Güneş Enerjili Tuzdan Arındırma – 2,2 Milyar İnsan İçin Su Kıtlığını Çözmek

Verilere göre, United Nations Environment Programme, gezegen nüfusunun yaklaşık %50’si, yani yaklaşık 4 milyar insan, yılda en az bir ay su sıkıntısı yaşıyor.

2025 yılına kadar, 1,8 milyar insanın, Gıda ve Tarım Örgütü (FAO) tarafından “mutlak su kıtlığı” olarak adlandırılan bir durumla karşılaşması muhtemel.

Böylesine devasa ve her yerde yaygın bir sorunu ele almak, keşfedilmemiş veya yeterince araştırılmamış kaynakları kullanan yenilikçi çözümler gerektirir.

Örneğin, su kıtlığı sorunuyla mücadele etmek, deniz suyunun taze suya dönüştürülmesini içerebilir; deniz suyu bolluğu nedeniyle bu en etkili çözümlerden biridir. Sürecin renewable energy kullanılarak, örneğin güneş enerjisiyle yürütülmesi daha iyi olur.

Deniz Suyundan İçme Suyu Üreten Enerji Verimli Cihaz

Deniz suyunu taze içme suyuna dönüştürmek tuzdan arındırma gerektirir. Ancak, mevcut tuzdan arındırma sistemleri, deniz suyunu membranlardan geçirerek tuzu sudan ayırır ve sadece enerji yoğun olmakla kalmaz, aynı zamanda cihazın yüzeyinde tuz birikimine de maruz kalır. Sonuç olarak, su akışı tıkanır ve verimlilik azalır. Bu tuz birikintileri, makinelerin sürekli çalışması için uygun olmamasına ve maliyetli olmasına, sık bakım gerektirmesine yol açar.

University of Waterloo araştırmacılarından oluşan bir ekip, doğanın su döngüsünden ilham alan ve ağaçların köklerden yapraklara su taşıma yöntemlerinden yoğun bir şekilde faydalanan bir solution inspired by the water cycle of nature geliştirdi.

Waterloo Kimya Mühendisliği Bölümü’nden Dr. Michael Tam’e göre:

“İlhamımız, doğanın kendini nasıl sürdürdüğünü ve suyun ortamda nasıl buharlaşıp yoğuştuğunu gözlemlemekten geliyor.”

Mekanizma doğal su döngüsünden ilham aldığından, büyük bakım gerektirmiyor.

Süreç, suyu buharlaştıran, yüzeye taşıyan ve kapalı bir döngüde yoğuşturan mühendislik çözümünü içerir. Sonuç olarak, tuz birikiminin etkili bir şekilde önlenmesi ve cihazın verimliliği bozulmadan ömrünün uzatılması sağlanır.

Cihazın faydalarına ek olarak, yenilenebilir enerji kullanması, cihazı enerji verimli kılıyor. Güneş enerjisiyle çalışır ve Güneş’in enerjisinin yaklaşık %93’ünü dönüştürebilir.

Verimlilik, piyasada mevcut olan mevcut tuzdan arındırma sistemlerine göre beş kat daha iyidir ve metrekare başına yaklaşık yirmi litre taze su üretir.

İlginç bir şekilde, bu miktar, Dünya Sağlık Örgütü’nün her birey için temel içme ve hijyen amaçlı günlük önerdiği su miktarıyla aynıdır.

Cihazın güneş enerjisini verimli kullanması için araştırmacılar baz malzeme olarak Nikel (Ni) kullandı. Nikel köpük temeli, iletken bir polimer kaplama ve termoresponsif polen parçacıklarıyla donatıldı. Bu bileşim, malzemenin güneş ışınımı spektrumu boyunca ışığı absorbe etmesini sağladı.

Suyun yukarı doğru hareketi için ince bir tuzlu su tabakası ısıtıldı ve taşındı. Bu, suyun doğal ağaç kılcal damarlarından geçişine benzer. Su buharlaştıkça, geriye kalan tuz cihazın alt kısmına hareket eder.

Çözümün basitliği, daha geniş benimsenmeye hazır olmasını sağlıyor. Taşınabilirliği, özellikle kıyı ve ada ülkelerinde, uzak bölgelerde kullanılmasını garanti eder.

Çözümün genel faydalarını özetlerken, Waterloo Kimya Mühendisliği Bölümü’nden Dr. Yuning Li şunları söyledi:

“Bu yeni cihaz sadece verimli değil, aynı zamanda taşınabilir, bu da taze suya erişimin sınırlı olduğu uzak bölgelerde kullanım için ideal olmasını sağlıyor.”

Potansiyel faydaları daha ayrıntılı açıklamak için, Dr. Michael Tam şunları söyledi:

“Test başarılı olduğu kanıtlanırsa, teknoloji kıyı topluluklarına sürdürülebilir şekilde taze su sağlayabilir ve Birleşmiş Milletler Sürdürülebilir Kalkınma hedefleri 3, 6, 10 ve 12’yi ilerletebilir.”

Yukarıda bahsedilen araştırma, bilim camiasında ve sürdürülebilir tatlı su çözümleri üzerinde çalışan kişilerde büyük umut uyandırırken, diğer araştırmacılar da bu alanda çalışıyor.

Gelecek bölümde, MIT araştırmacılarının 2022’de önerdiği taşınabilir bir tuzdan arındırma biriminin geliştirilmesini tartışacağız.

Güneş çağının insanlık için daha parlak bir gelecek sağladığını öğrenmek için buraya tıklayın.

Temiz, Saf İçme Suyu Üreten Taşınabilir Tuzdan Arındırma Birimi

Nisan 2022’de, MIT araştırmacıları 10 kilogramın altında, bir bavul büyüklüğünde bir taşınabilir tuzdan arındırma birimi geliştirdi. Bu birim, bir cep telefonu şarj cihazını çalıştırmak için gereken gücün altında bir enerjiyle çalışabiliyordu. 50 ABD doları karşılığında satın alınabilir; önceki bölümde tartıştığımız cihaz gibi, bu da suyun filtrelerden geçmesine ihtiyaç duymadan, sadece elektrik gücüyle içme suyundaki parçacıkları temizliyordu.

İyon Konsantrasyon Polarizasyonu Tekniği Birimi Filtre Gerektirmeyen Hale Getiriyor

Araştırmacıların on yıllık çalışmasının bir sonucu olan bu süreç, su kanalının üstüne ve altına yerleştirilen membranlara bir elektrik alanı uygulamayı içeriyordu. Membranlar, su akarken pozitif ya da negatif yüklü parçacıkları, tuz moleküllerini, bakterileri ve virüsleri itebiliyordu. Bu süreç, hem çözünmüş hem de askıda katı maddelerden kurtulmaya yardımcı olabiliyordu.

Araştırmacılar, çözümlerini geliştirirken, makine öğrenimi dahil en iyi mevcut teknikleri akıllıca kullandılar. Makine öğrenimi, süreçte toplam altı modül bulunduğu için ICP ve elektrodiyaliz modüllerinin ideal kombinasyonunu bulmada etkili oldu.

Araştırmacılar ayrıca, bu tür cihazların etkili olabilmesi için çok sayıda kullanıcıya ulaşması gerektiğini göz önünde bulundurarak, kullanımının kolay ve basit olmasına dikkat ettiler. Bu nedenle, otomatik tuzdan arındırma ve arıtma için sadece bir düğme ile çalıştırılabilecek şekilde tasarlandı.

Tuzluluk seviyesi ve parçacık sayısı belirli bir tolerans eşiğinin altına düştüğünde kullanıcılara bildirim gönderebiliyordu. Veri okumasını basit ve sezgisel hale getirmek için araştırmacılar, bir akıllı telefon uygulaması sunarak birimin kablosuz kontrolünü ve güç tüketimi ile su tuzluluğu hakkında gerçek zamanlı tüm verileri raporlamasını sağladı.

Kısmen DEVCOM Soldier Center, Abdul Latif Jameel Water and Food Systems Lab (J-WAFS), Northeastern University’nin Experimental AI Postdoc Fellowship Programı ve Roux AI Institute tarafından finanse edilen araştırma tatmin edici sonuçlar verdi.

Araştırmacılar çözümü laboratuvardan çıkarıp Boston’daki Carson Beach’te test etti. Elde edilen su, askıda katı maddelerin sayısını en az 10 kat azaltarak Dünya Sağlık Örgütü kalite yönergelerinin üzerine çıktı; prototip ise saatte 0,3 litre içme suyu üretti ve litre başına sadece 20 watt-saat enerji gerektirdi.

Deneyin oyun değiştirici niteliğini açıklayan kıdemli yazar Jongyoon Han, elektrik mühendisliği ve bilgisayar bilimi ile biyolojik mühendislik profesörü ve Research Laboratory of Electronics (RLE) üyesi, şunları söyledi:

“Bu, benim ve ekibimin 10 yıllık bir yolculuğunun gerçekten bir doruk noktası. Bireysel tuzdan arındırma süreçlerinin fiziksel temelleri üzerinde yıllarca çalıştık, ancak tüm bu ilerlemeleri bir kutuya yerleştirip bir sistem inşa edip okyanusta göstermek benim için gerçekten anlamlı ve ödüllendirici bir deneyimdi.”

Üniversite araştırmacıları bu kutsal çabada yoğun bir şekilde yer alırken, suyu tuzdan arındırma işini üstlenen birkaç şirket de var. Büyük ölçekli benimsenme, ticari ölçekte çalışan ölçeklendirilmiş çözümler gerektirdiği için katkıları da aynı derecede kritiktir. Aşağıdaki bölümlerde, bu şirketlerden birkaçına göz atacağız.

#1. Consolidated Water Co. Ltd. (NASDAQ: CWCO)

Şirket, müşterilerine Deniz Suyu Ters Ozmoz tuzdan arındırma sistemlerinin tam tasarım‑inşa hizmetlerini sunmaya hazır mühendislik hizmetleri sunmaktadır. Şirket, kurulum, genişletme veya yeniden yapılandırma gibi tüm hizmet döngüsünü kapsamaktadır.

Nasdaq’ta listelenen ve işlem gören şirket, DesalCo aracılığıyla tuzdan arındırma için yönetim, mühendislik ve inşaat hizmetlerini yürütmektedir; DesalCo, ters ozmoz deniz suyu tuzdan arındırma tesislerinin Orijinal Ekipman Üreticisi (OEM) olarak tedarikçiler tarafından tanınmaktadır.

Teknolojik olarak, şirket tuzdan arındırma için iki temel yöntemi tanımaktadır:

(i) Thermal distillation
(ii) Membrane separation.

Şirket, daha düşük enerji maliyetleri nedeniyle ikincisini tercih etmektedir. Şirket, tuzlu ve deniz suyu tuzdan arındırma için ters ozmoz membran ayrımını kullanmaktadır. Bu, tuzlu suyun basınçlandırıldığı ve taze suyun, tuzları reddeden yarı geçirgen bir membrandan geçerek tuzlu sudan ayrıldığı bir akışkan ayırma sürecidir.

Consolidated Water’ (CWCO ) ın Deniz Suyu Ters Ozmoz tesisi, Bahamalar Commonwealth’ının Nassau, New Providence şehrinde bulunmaktadır. Temmuz 2006’da devreye alınan tesis, günde 12 milyon ABD galonu su işleme kapasitesine sahiptir.

2023 yılında şirket, PERC Water Corporation (“PERC”)’in kalan %39 hissesini satın alarak bu yan kuruluşun %100 sahibi oldu; PERC, ABD’nin Güneybatısında su altyapı tesislerini tasarlar, inşa eder, işletir ve yönetir.

Aynı yıl, PERC, Hawaii, Honolulu’da yeni bir tuzdan arındırma tesisi tasarlamak, inşa etmek ve işletmek için 204 milyon dolar değerinde yeni bir sözleşme aldı.

Şirketin Cayman Adaları’ndaki perakende operasyonları, Grand Cayman’da Abel Castillo Water Works (“ACWW”) ve West Bay bölgelerinde bulunan üç deniz suyu ters ozmoz tuzdan arındırma tesisinde içilebilir su üretmektedir.

ACWW’de bulunan iki tesisin toplam üretim kapasitesi günde 3,0 milyon galondur. West Bay tesisinin üretim kapasitesi ise günde 1.000.000 galondur.

2023 yılında şirket, 2022 yılı 94,1 milyon ABD doları olan gelirine kıyasla önemli bir artışla 180,2 milyon ABD doları gelir elde etti. 2023’te şirket, devam eden faaliyetlerden 30,7 milyon dolar net gelir ve hisse başına 1,93 dolar olmak üzere rekor bir net kar ve hisse başına kazanç kaydetti. Şirketin adi hisse senedi fiyatı Kasım 2023’te 38,29 ABD dolarına ulaşarak tüm zamanların en yüksek seviyesine ulaştı.

#2. Veolia 

Şirket, tuzdan arındırmayı su kıtlığıyla mücadelede kilit bir çözüm olarak görüyor. Dünya genelinde yüzlerce tuzdan arındırma tesisi ve sistemi inşa ettiğini, hem belediye hem de endüstriyel ihtiyaçlar için tatlı su ürettiğini iddia ediyor. Şirketin en son öne çıkan projeleri arasında Bahreyn’deki Al Dur 2 tesisi, Suudi Arabistan’daki Rabigh 3 tesisi ve Birleşik Arap Emirlikleri’ndeki Umm Al Quwain IWP tesisi yer alıyor.

2007 yılından beri şirket, Oman Power and Water Procurement Company (OPWP) ile birlikte Sur’daki deniz suyu ters ozmoz tesisinin inşası ve işletmesinden sorumlu. Bu tesis, 600.000’den fazla kişiye içme suyu sağlamaktadır. Veolia ayrıca endüstriyel ihtiyaçlar için tuzdan arındırma tesisleri inşa etmektedir.

Veolia’nın tescilli Barrel teknolojisi, güvenli, kompakt ve dijital bir RO tuzdan arındırma sistemidir; tak ve çalıştır yaklaşımı hızlı bir takvim sağlamaya yardımcı olurken, gömülü dijital sensörler etkili uzaktan izlemeyi garanti eder.

Veolia, doğrudan tuzdan arındırma çözümlerinin yanı sıra, süreçleri daha akıllı, daha güvenli ve daha sürdürülebilir hâle getiren dijital araçlar ve uzmanlık kombinasyonu ile müşterilerine de yardımcı olur.

Kurulu hizmet portföyü, müşterinin tam ihtiyaçlarına göre özelleştirilmiş su arıtma hizmetleri sunar. Veolia’nın mobil su hizmetleri, müşterinin saha operasyonlarını geçici ve uzun vadeli su arıtma ihtiyaçları için destekleyen kiralık varlıkları kapsar. Son olarak, su arıtma kimyasal programları kapsamında şirket, su hijyeni ve HYDREX kimyasal çözümleri sunarak hizmet ve su arıtma ekipmanlarının performansını artırmaya yardımcı olur.

Veolia (OTC: VEOVY) hisseleri tezgah üstü (OTC) piyasada işlem görmektedir. 2024’ün ilk yarısında şirket, 22,141 milyar Euro gelir kaydetti; bu, H1 2023’teki 22,755 milyar Euro gelirden hafif bir düşüş. Bu 22,141 milyar Euro’nun yaklaşık 8,8 milyar Euro’su su ihtiyaçlarını karşılayan iş biriminden gelmektedir. Diğer iki birim ise atık ve enerjiyle ilgilidir.

Tuzdan Arındırmanın Artan Önemi

Şu anda suyun önemli bir kısmı tuzdan arındırmadan geliyor. Uluslararası Tuzdan Arındırma Derneği tarafından sunulan verilere göre, toplam sözleşmeli tuzdan arındırma kapasitesi artık 100 milyon m³/gün seviyesini aşmış ve tuzdan arındırmanın yaklaşık %60’ı insan tüketimine yöneliktir. Tahminlere göre, yaklaşık 300 milyon insan günlük su ihtiyaçları için bu sürece güvenmektedir. Kuveyt gibi ülkeler, tatlı su kullanımının neredeyse %100’ünü tuzdan arındırma yoluyla sağlamaktadır.

Ancak, tuzdan arındırma projeleri henüz dünya genelinde eşit bir şekilde dağıtılmamıştır. Orta Doğu ve Kuzey Amerika bölgeleri, dünya tuzdan arındırma kapasitesinin %70’inden fazlasını oluşturmaktadır. Bu %70’lik dilimin %53’ünden fazlası yalnızca Orta Doğu’ya aittir.

Veriler ayrıca 2022 yılında 21.000’den fazla deniz suyu tuzdan arındırma tesisi olduğunu ve günlük 99 milyon m³ tuzdan arındırılmış su üretildiğini göstermektedir. Ancak bu üretim hacmi, günde 150 milyondan fazla m³ brin yan ürününe de yol açmaktadır. Brin, tuzdan arındırma tesislerinin denize atılan hafifçe konsantre deniz suyudur. Brinin tuz içeriği, deniz suyunun 40 g/l iken yaklaşık 60 g/l’dir; brin atımının sıcaklığı ise deniz suyundan birkaç derece daha yüksektir.

Gelecek araştırmalar, daha çevre dostu yollar bulmak için zaman ve kaynak yatırımı yapmalıdır. Bu tesislerin çalıştırılmasında güneş enerjisinin kullanılması, karbon ayak izini önemli ölçüde azaltır. Ancak gelecekteki araştırmalar, deniz suyunun neredeyse tamamının taze içme suyuna dönüştürülmesini sağlamalıdır. Bu, yan ürün olarak zararlı bir atığın ortaya çıkmamasını garantiler.

Başarılı taşıma ve dağıtım mekanizmaları, bu suyun kıyı ülkelerinin ötesine geçmesini ve yakınında önemli bir içme suyu kaynağı olmayan kurak, susuz bölgelerle buluşmasını sağlayacaktır.

Kurak bölgelerde temiz su sağlamak için güneş enerjisinin nasıl yardımcı olabileceğini öğrenmek için buraya tıklayın.