Sürdürülebilirlik

Deniz Suyundan Hidrojen ve Tatlı Su? Güneş Enerjili Bir Çözüm Ortaya Çıkıyor

mm
Yayınlandı
Güncellendi
Securities.io sitesini Google'daki tercih ettiğiniz kaynaklara ekleyin
Açıklama: Securities.io, incelediğimiz ürünlerin bağlantılarını kullandığınızda ücret alabilir. Bu, editoryal değerlendirmelerimizi etkilemez. Kayıtlı bir yatırım danışmanı değiliz; bu bir yatırım tavsiyesi değildir. Bağlı kuruluş açıklamamızı okuyun.

Su ve Hidrojen Talebine Yanıt

Dünya genelinde nüfusu artan birçok bölgede en çok ihtiyaç duyulan kaynaklardan biri tatlı sudur. Bu, artan bir endişe ve potansiyel olarak jeopolitik istikrarsızlık faktörüdür; örneğin, Nile Nehri’nin sularını kim kullanacak tartışması Mısır ve Etiyopya’yı neredeyse savaşa sürükledi.

Tuzdan arındırma yöntemleri giderek yaygınlaşsa da, çok enerji yoğunludur ve hatta güneş paneli büyük ölçekli dağıtımı bile genellikle yeterli olmaz.

Bir diğer ihtiyacımız, depolanabilir ve ağır ekipmanlar ile sanayi için yakıt olarak kullanılabilecek daha fazla yenilenebilir enerji. Teoride hidrojen iyi bir seçenek olurdu, ancak şu ana kadar yüksek maliyetler nedeniyle ölçekli olarak uygulanamadı.

Burada da güneş enerjisi yardımcı olabilir, ancak elektroliz yoluyla hidrojen üretiminin maliyeti kullanımını sınırlamaktadır.

Görünüşe göre her iki sorun da yeni bir güneş enerjili elektroliz teknolojisiyle, tatlı su yerine deniz suyu kullanılarak aynı anda çözülebilir. Bu teknoloji, hidrojen üretiminin yan ürünü olarak tatlı su da üretmektedir.

Bu teknoloji, Johns Hopkins Üniversitesi, Michigan State Üniversitesi, Cornell Üniversitesi, Lehigh Üniversitesi ve MIT araştırmacıları tarafından icat edildi ve sonuçları Energy & Environmental Science dergisinde “Deniz suyundan %12’nin üzerinde verimlilikle güneş enerjili yeşil hidrojen üretimi” başlığıyla yayımlandı.

Deniz Suyunu Kullanışlı Hale Getirmek

Deniz suyu, Dünya üzerindeki en bol kaynak olabilir; gezegenin %70’ini kaplar. Ayrıca dünyanın çoğu nüfusu için erişimi kolaydır; %40’tan fazlası en yakın kıyıya 100 km (62 mil) içinde, %50’den fazlası ise 200 km (124 mil) içinde yaşar.

“Bu yüzden bu teknolojiyi geliştirdik. ‘Tamam, Dünya üzerindeki en bol kaynak nedir?’ diye düşündük. Güneş ve deniz suyu temelde sonsuz ve aynı zamanda ücretsiz kaynaklardır.”Lenan Zhang – Assistant professor at Cornell Engineering

Ne yazık ki, deniz suyu tuzludur ve hem insan tüketimi hem de tarım sulaması için uygunsuzdur. Bu nedenle kurak bölgelerde alternatif tatlı su kaynakları düşünülmektedir; örneğin atmosferik su toplama veya atık suyun daha iyi arıtılması.

Yine de, tuzdan arındırma, birçok ülkeye bol su sağlamak için ölçekli tek dayanıklı çözüm gibi görünüyor. Bu ülkeler genellikle güneşli bölgelerde olduğundan, iyon membranlarıyla tuzdan arındırma ya da doğrudan buharlaştırma yoluyla güneş enerjili tuzdan arındırma potansiyel bir çözümdür. Ancak bu sistemlerin sabit maliyetleri su üretimini oldukça pahalı hâle getiriyor.

“Su ve enerji günlük yaşamımız için kritik öneme sahiptir, ancak genellikle daha fazla enerji üretmek istiyorsanız daha fazla su tüketmeniz gerekir.

Öte yandan, içme suyuna ihtiyacımız var, çünkü küresel nüfusun üçte ikisi su kıtlığıyla karşı karşıya.

”Lenan Zhang – Assistant professor at Cornell Engineering

Yan not olarak, deniz suyu aynı zamanda ultra saf (distile) su gerektiren hidrojen üretimi için uygun bir kaynak değildir.

Güneş Işığının Daha İyi Kullanımı

Şu ana kadar, tuzdan arındırmanın ekonomisi, suyu mümkün olduğunca ucuza üretmeye çalışırken büyük ve pahalı güneş toplama tesisleri inşa etme sorunuyla karşılaştı.

Araştırmacıların bu çalışmada yaptığı, bu tesislerin aynı anda daha değerli bir şey (hidrojen) üretmesini sağlamak ve aynı zamanda su üretmekti.

Genel olarak, fotovoltaik kurulumlar güneş enerjisinin yalnızca bir kısmını kullanabilir; %100 verimlilik mümkün değildir ve bazı dalga boyları panelin silikonunda kullanılmak için çok kısa ya da çok uzundur.

Bu, fotovoltaik tesislerde çok fazla güneş enerjisinin boşa harcanmasına neden olur. Daha da kötüsü, bu güneş enerjisi ısı üretir ve bu da panel verimliliğini daha da azaltır (çoğu tasarım 30°C (86°F) altında en iyi çalışır).

Her Şeyi Aynı Anda Yapmak

Araştırmacılar, aynı cihazın aynı anda enerji, hidrojen ve tatlı su üretmesi durumunda potansiyel sinerjileri, yalnızca güneş ve deniz suyu kullanarak değerlendirdiler.

  • Hidrojen ve tatlı su üretimi aynı cihazda yapılır, sermaye maliyetlerini paylaşır ve tam güneş spektrumunu kullanır.
  • Su deniz suyundan elde edilir, hidrojen üretimindeki kaynak kısıtlamalarını ortadan kaldırır.
  • Ultra saf tatlı su üretimi ısı emer, güneş panellerini soğuk tutar ve elektrik üretimini artırır.
  • Deniz suyu elektrokatalizörle temas etmez; hidrojen üretimi sırasında korozyon ve istenmeyen kimyasal reaksiyon sorunları ortadan kalkar.
  • Güç aynı cihazda doğrudan hidrojen üretiminde kullanıldığı için batarya, şebeke yükseltmeleri vb. gereksizdir.

İleri Üretim

Kavram olarak basit görünse de, tüm bu işlemleri aynı anda verimli bir şekilde gerçekleştirmek gerçek bir mühendislik zorluğudur.

Buharlaştırıcı ve PEM elektrolizörü bir hava boşluğu ile ayrılmıştır; bu, deniz suyu ile elektrokatalizörler arasında doğrudan teması önler.

  • Suğu ince bir film halinde tutan ve doğrudan güneş paneliyle temas eden bir kapiler fitil kullanarak buharlaşma ile paneli soğutma.
  • Termal etkiyi kullanarak buhar basıncını artırmak; bu, distile su üretim oranlarını ve verimli hidrojen üretimini yükseltmek için gereklidir.
  • Buğudan sıvıya faz geçişi sırasında açığa çıkan enerjiyi hidrojen üretim verimliliğini artırmak için kullanmak.
  • Tek yönlü deniz suyu akışıyla tuz birikimini önlemek; bu, tüm tuzdan arındırma sistemlerinde kalıcı bir sorundur.

İşlemin sonunda, biraz daha tuzlu deniz suyu tekrar denize gönderilebilir ve hidrojen üretiminde kullanılmamış distile su temiz içme suyu olarak kullanılabilir.

“Tasarım zorluğuydu çünkü çok karmaşık bir çiftleşme var: tuzdan arındırma ile elektroliz, elektroliz ile güneş paneli ve güneş paneli ile tuzdan arındırma, bunlar güneş, elektrik, kimyasal ve termal enerji dönüşümü ve transferiyle birbirine bağlanıyor.”Lenan Zhang – Assistant professor at Cornell Engineering

Prototipi Test Etmek

Hibrit güneş distilasyonu-su elektrolizi (HSD-WE) cihazını test ederken, araştırmacılar 10 cm x 10 cm’lik küçük hücrenin doğal güneş ışığı altında doğrudan deniz suyundan saat başına 200 mililitre hidrojen üretebildiğini ve %12,6 enerji verimliliğine sahip olduğunu buldular.

Test, gerçek deniz suyu ve gerçekçi hava koşullarıyla, özellikle bulutlu havanın günün bir noktasında hidrojen çıktısını azalttığı dış ortamda gerçekleştirildi.

Ekonomik Yaşanabilirlik

Araştırmacılar prototiplerinin çeşitli konumlardaki hidrojen üretimini hesapladılar. Güncel ortalama yeşil hidrojen fiyatı $10/kg ile karşılaştırıldığında, ilk yılın ardından çok daha verimli olduğu, üç yıllık işletmede $5/kg ve 15 yıllık işletmede $1/kg seviyelerine düştüğü açıktır.

Bunun nedeni, geleneksel yeşil hidrojen maliyetlerinin enerji ve sermaye maliyetleriyle sınırlı olarak hızla plato seviyesine ulaşmasıdır.

Klasik elektrolizöre kıyasla, HSD-WE çoğunlukla pasiftir ve enerjisini doğrudan güneşten alır; bağlantı, su taşıma, depolama vb. ek sermaye maliyetleri yoktur.

“Karbon emisyonunu ve kirliliği önlemek istiyoruz. Aynı zamanda maliyete de önem veriyoruz, çünkü maliyet ne kadar düşük olursa, büyük ölçekli benimseme için pazar potansiyeli o kadar yüksek olur. Gelecekteki kurulumlar için büyük bir potansiyel olduğuna inanıyoruz.”Lenan Zhang – Assistant professor at Cornell Engineering

Şirket Su Kıtlığını Çözen

XYL Fiyat Grafiği

Avrupa Veolia ile birlikte, Xylem su arıtma, atık su tedavisi ve tuzdan arındırmada küresel bir liderdir. 23.000+ (bunların 6.000+’i mühendis) çalışanı vardır ve 150 ülkede faaliyet gösterir; ABD’ye odaklanmış olup 35.000+ doğrudan endüstriyel müşteriye sahiptir.

Ana pazarı belediye içme suyu ve atık su olmakla birlikte, sağlık, enerji, gıda & içecek, petrol & gaz, mikroelektronik gibi diğer sektörlere de özel çözümler sunar.

Kaynak: Xylem

Xylem, ozon jeneratörleri, UV lambaları, tuzdan arındırma membranları, ultra saf su jeneratörleri gibi suyu temizlemek veya üretmek için kritik patentli ekipmanları sağlayabilir. Ayrıca türbinler, pompalar, borulama, enjeksiyon, yazılım gibi suyla ilgili operasyonlar için eşit derecede kritik “daha basit” ekipmanların yanı sıra bakım, onarım ve kurulum hizmetleri de sunar.

Kaynak: Xylem

Su pazarı hâlâ çok parçalı bir yapıya sahiptir; Xylem sektördeki en büyük şirketlerden biri olmasına rağmen, 80 milyar dolarlık hizmet verilen adreslenebilir pazarın sadece %10’luk bir payına sahiptir.

Şirket, satışlarının yaklaşık %4’ünü Ar-Ge’ye harcıyor. PFAS (Per- ve polifluoroalkil maddeler, veya sonsuz kimyasallar) ile ilgili yeni düzenlemelerden fayda sağlaması bekleniyor; 6.000+ hizmet tesisi bu PFAS tedavisine ihtiyaç duyuyor.

Genel olarak, bu durum şirketin yatırım profilini, genellikle döngüsel bir endüstri şirketine benzemekten çıkarıp, genel ekonomiyle birlikte ya da biraz üzerindeki bir oranda büyüyen bir hizmet şirketine benzetiyor; bu da çoğu tüketicisinin durumudur.

Xylem Inc. ile En Son Haberler

Referans Alınan Çalışmalar:

  1. Xuanjie Wang, et al. (2025) “Deniz suyundan %12’nin üzerinde verimlilikle güneş enerjili yeşil hidrojen üretimi”. Energy Environ. Sci., 2025, İleri Makale. https://doi.org/10.1039/D4EE06203E

mm

Jonathan, genetik analiz ve klinik deneylerde çalışan eski bir biyokimyacı araştırmacıdır. Şu anda yenilik, piyasa döngüleri ve jeopolitik konulara odaklanan bir hisse senedi analisti ve finans yazarıdır ve bu konularda 'The Eurasian Century' adlı yayınında yazmaktadır.