Amerika Birleşik Devletleri’nde her yıl yaklaşık 4 trilyon kilovat saat elektrik üretiliyor ve bunun yüzde 90’ı termik santraller kullanılarak yapılıyor. Santrallerde kullanılan suyun iki ana görevi bulunuyor: türbinleri döndürmek için yeterli basınç üretmek ve tesisi güvenli çalışma seviyelerine soğutmak.

Yakın zamanda Massachusetts Institute of Technology araştırmacıları, sisin elektrik yüklü parçacıkların (iyonların) bir ışını ile hızlıca hareket etmesi sonucu, su damlacıklarının aniden elektriksel olarak yüklendiğini ve bu yüklenmenin daha sonra damlacıkların ağa çekilmesine neden olduğunu keşfettiler. Science Advances dergisi yazarı Maher Damak makalesinde, makine mühendisliği doçenti Kripa Varanasi’nin sisten esinlenerek keşfettiği buhar yakalama sisteminin su tükenme krizine çözüm olacağından bahsetti.

Günümüzde var olan termik santraller devasa büyüklükte olmakla birlikte, onları soğutmak da eşit derecede büyük ve zor bir işlem. Tüm fosil yakıtla çalışan termoelektrik santraller, yalnızca Amerika Birleşik Devletleri’nde günde 500 milyar litreden fazla temiz su tüketirken, nükleer santrallerin su tüketimi ise  günde bir milyar litre temiz suya kadar varıyor. IEEE Spectrum’a göre, 12 saat boyunca 60 vatlık bir ışık üretmek içinse, 60 litre su tüketiliyor.

ABD’deki tüm nehir, göl ve rezervuarlardan elde edilen tatlı suyun yüzde 39’u fosil yakıt veya nükleer güç kullanan termik santrallerin tüm soğutma ihtiyaçlarını karşılamak için kullanılıyor ve ne yazık ki, bu suyun çoğu atmosfere doğru hareket ederken buharlaşıyor. Görüldüğü üzere su kullanımı enerji üretiminde hayati bir önem taşısa da, her yıl buharlaşma nedeniyle yüzlerce milyar temiz su kaybı oluyor.

MIT araştırmacıları tarafından önerilen yeni sistem ile kaybolan suyun önemli bir bölümü geri kazanılabiliyor. Geri kazanılan su, tesiste tekrar kullanılabilir duruma ya da termik santrallerini soğutmak için deniz suyu kullanan kıyı şehirleri için temiz içme suyu kaynağı haline gelebiliyor.

Elektrostatik sis toplama cihazı yapma fikri, hem endüstriyel soğutma kulelerinden hem de Varanasi’nin doğal sis veya buhardaki su damlacıklarını yeniden yakalamak için tasarlanmış yüksek verimli bir su geri kazanım sistemi geliştirme vizyonundan doğdu.

Varanasi, su damlacıklarını buhardan yakalamadaki mevcut verimsizlikleri iyileştirmeyi amaçlıyor. Diğer önceki sistemler tipik olarak, yüksek buhar konsantrasyonlarına sahip alanlarda dikey olarak asılan plastik veya metal ağlardan oluşuyordu ve su buharının sadece %1-3’ünü soğutma kulelerinden toplayabiliyorlardı.

Kaynak: MIT/Youtube

Yukarıdaki resimde su, işlem görmemiş ve ağ şarj edilmemiş durumda. Buharın çoğunluğunun ağdaki delikler arasında gittiği görülebiliyor; ağa doğru giden buhar dışarıya doğru zorlanıyor, bu da sadece küçük miktarlarda suyun doğrudan yüzeyde toplanması için bir tele yönelmesine izin veriyor. İhmal edilebilir derecede az miktarda su buharı geri çekiliyor ve buharın geri kalan kısmının yüzde 99’u atmosfere doğru hareket ediyor. Temiz su geri kazanım sisteminde ise, su damlacıkları bir iyon ışını ile hızlıca gezdiriliyor ve üzerlerinde manyetizma etkisi yaratmak suretiyle, su molekülleri teller etrafında artık sapma göstermeden ilerleyebiliyor. Ağdaki deliklere doğru yönlendirilen su molekülleri bile tel ile bir çarpışma rotasına yönlendiriliyor. Böylece su damlacıkları, daha önce onları ağ örgüsüne süren aerodinamik kuvvetlerin üstesinden gelebiliyor.

30 dakikalık bir deney yapıldığında, araştırmacılar elektrik yüklü ağ ile 30 ml su toplayabilirken, gerilimsiz ağ ile üç damla su üretebiliyorlar. Varanasi, daha yüksek kalitedeki damıtılmış suyun, artık sadece boşa harcandığını ve toplamaya çalıştıkları şeyin de bu olduğunu belirtiyor.

MIT’e göre, enerji santrali operatörleri, yeni teknolojileri benimseme konusunda oldukça tutucu olma eğiliminde. Şirketler, potansiyeli olan çözümlere değil, zaten endüstriyel ölçekte kanıtlanmış olan teknolojilere güveniyorlar.

Şirketlere, sistemin gerçekten işe yaradığına dair kanıtlarla güvence vermek için MIT; Amerika’nın en çok doğal gaz temin edilen kojenerasyon santrali olan Central Utility Plant’in soğutma kulelerinin üstüne elektrik, ısıtma ve soğutma ihtiyaçlarını karşılayacak şekilde su toplama cihazının tam ölçekli bir test versiyonunu kuruyor.

MIT, sistemin ne kadar verimli olduğunu kanıtlamak için onu riske atarak şirketlerin yeni teknolojiyi dikkate almasını sağlamayı planlıyor.

Kaynak: Melanie Gonick/MIT

MIT araştırmacıları, MIT’in merkezi enerji santrali üzerinde de bir prototip buhar toplama cihazı kurmaya hazırlanıyorlar. Teknoloji basit ve etkili olmakla birlikte büyük modifikasyonlar gerektirmeden güç istasyonlarına kolayca entegre edilebiliyor. MIT mühendisleri ekibinin kurduğu sistemin 2018 yaz sonunda bitmesi planlanıyor.

Buhar toplama cihazının termoelektrik santrallerde sayısız milyarlarca galon su tasarrufunu, işletme maliyetlerini düşürmeyi ve verimliliği arttırmayı, aynı zamanda da dünyanın bazı bölgelerindeki su atıklarının azalmasını sağlayacağı aşikar.

Kapak Görseli Kaynak: Pixabay

Kaynak: Interesting Engineering