Havayı Temizlerken Su Tasarrufu Sağlayan Buhar Toplama Teknolojisi

Fotoğraf : MIT’nin nükleer santralinin soğutma kulesi, yeni su geri kazanım sisteminin etkinliğini göstermiştir. Kulenin sağ tarafında, buhar bulutunu ortadan kaldıran yeni sistem kurulurken, işlenmemiş sol taraf sabit bir buhar akışı üretmeye devam ediyor.

ABD’deki göllerden, nehirlerden ve kuyulardan çekilen suyun yaklaşık beşte ikisi tarım, içme veya sanitasyon için değil, fosil yakıtlardan veya nükleer enerjiden elektrik sağlayan santralleri soğutmak için kullanılmaktadır. Bu tesislerin %65’inden fazlası evaporatif soğutma kullanmakta, bu da soğutma kulelerinden çıkan devasa beyaz dumana yol açmakta ve can sıkıcı olabilmektedir. Hatta bazı durumlarda tehlikeli sürüş koşullarına neden olabilmektedir.

Şimdi, MIT’de Varanasi Araştırma Grubu tarafından yakın zamanda geliştirilen teknolojiye dayalı küçük bir şirket, hem bu tesislerdeki su ihtiyacını hem de ortaya çıkan dumanı azaltmayı ve elektrik santrallerinin yerel su sistemleri üzerinde baskı oluşturduğu bölgelerde potansiyel olarak su kıtlığını gidermeye yardımcı olmayı umuyor.

Teknoloji prensipte şaşırtıcı derecede basittir, ancak onu endüstriyel tesislerde tam ölçekte test edilebilecek noktaya getirmek daha karmaşık bir öneriydi. Bu, şirketin kurucularının önce MIT’nin doğalgazla çalışan kojenerasyon tesisine ve ardından MIT’nin nükleer araştırma reaktörüne prototip sistemleri kurmaktan elde ettikleri gerçek dünya deneyimini gerektiriyordu.

Yalnızca çalışan bir endüstriyel tesisin ısısına ve titreşimlerine değil, aynı zamanda New England kışlarının zorluklarına da maruz kalmayı içeren bu zorlu testlerde sistem, hem buhar bulutunu ortadan kaldırmada hem de suyu geri almada etkinliğini kanıtlamıştır. Ve bu, prosesteki suyu arıttı, böylece proses suyu gelen soğutma suyundan 100 kat daha temizdi. Sistem şu anda ticari bir enerji santralinde ve bir kimyasal işleme tesisinde tam ölçekli testler için hazırlanmaktadır.

Yaşayan Bir Laboratuvar Olarak Kampüs

Teknoloji, başlangıçta makine mühendisliği profesörü Kripa Varanasi tarafından hem doğal sis ve dumandan hem de enerji santrali soğutma kulelerinden gelen su damlacıklarını yakalayan verimli su geri kazanım sistemleri geliştirmek için tasarlanmıştır. Proje, MIT Tata Teknoloji ve Tasarım Merkezi’nden sağlanan fon ile, Maher Damak doktora tez araştırmasının bir parçası olarak, kaynak olarak bazı kurak kıyı bölgelerinde içme suyu kaynağı olarak kullanılanlar gibi sis hasadı sistemlerinin verimliliğini artırmak için başlamıştır. Genellikle sis yığınlarının yoluna dikey olarak asılan plastik veya metal ağdan oluşan bu sistemler son derece verimsizdir ve içlerinden geçen su damlacıklarının yalnızca %1-3’ünü yakalarlar.

Varanasi ve Damak, her bir damlacığa hafif bir elektrik yükü vermek için küçük su damlacıklarını ilk önce elektrik yüklü parçacıklardan veya iyonlardan oluşan bir ışına maruz bırakarak buhar toplamanın çok daha verimli hale getirilebileceğini buldular. Daha sonra, damlacık akımı, zıt elektrik yüküne sahip bir pencere perdesi gibi bir tel ağdan geçer. Bu, damlacıkların ağa güçlü bir şekilde çekilmesine neden olur, burada yerçekimi nedeniyle düşerler ve ağın altına yerleştirilmiş tablalarda toplanabilirler.

Laboratuvar testleri fikrin işe yaradığını göstermiştir ve Karim Khalil’in de katıldığı araştırmacılar, temel konsept için 2018’de MIT 100.000$’lık Girişimcilik Yarışmasını kazanmışlardır. CEO olarak Damak, baş teknoloji sorumlusu olarak Khalil ve başkan olarak Varanasi ile Infinite Cooling adını verdikleri yeni şirket, MIT Sürdürülebilirlik Ofisi tarafından sağlanan fon ile MIT’nin doğalgazla çalışan Merkezi Hizmet Santrali’nin soğutma kulelerinden birinde bir test sistemi kurmak için hemen işe koyulmuştur. Çeşitli konfigürasyonları denedikten sonra sistemin gerçekten de dumanı ortadan kaldırabileceğini ve yüksek saflıkta su üretebileceğini gösterebilmişlerdir.

Nükleer Bilim ve Mühendislik Bölümü’nden Profesör Jacopo Buongiorno, NRL mühendisi Ed Block’un yardımıyla sistemin daha fazla test edilmesi için MIT’nin Nükleer Reaktör Laboratuvarı araştırma tesisinin kullanımını teklif ederek, işbirliği için iyi bir fırsat bulmuştur.

7/24 çalışması ve daha yüksek sıcaklıktaki buhar emisyonları ile tesis, sistemin daha sıkı bir gerçek dünya testini sağlamanın yanı sıra, Nükleer Düzenleme Komisyonu tarafından lisanslanan fiili bir işletim reaktöründe etkinliğini kanıtlayacaktır ki bu da elektrik kuruluşlarının sistemi benimseme konusunda kendilerini güvende hissetmelerini sağlamak için teknolojinin “riskini azaltma”da önemli bir adımdır.

Sistem, tesisin dört soğutma kulesinden birinin üzerine kurulduktan sonra testler, toplanan suyun soğutma sistemine gelen besleme suyundan 100 kat daha temiz olduğunu göstermiştir. Ayrıca, önceki versiyondan farklı olarak, buhar akışına paralel olarak dikey olarak ağ ızgaraları monte edilen kurulumun, tesisin çalışması üzerinde hiçbir etkisi olmadığı kanıtlanmıştır. Testlerin videosu, toplama ağına güç açılır açılmaz beyaz buhar bulutunun nasıl anında tamamen kaybolduğunu çarpıcı bir şekilde göstermektedir.

Sistemin Videosu:

Damak, reaktörün soğutma kulelerinden gelen buhar bulutunun yüksek sıcaklığı ve hacminin “duman açısından bir tür en kötü durum senaryosu”nu temsil ettiğini söylüyor ve “bunu yakalayabilirsek, temelde her şeyi yakalayabiliriz” diyor.

MIT’nin Nükleer Reaktör Laboratuvarı ile birlikte çalışan Varanasi, “oldukça önemli bir adım oldu çünkü bunu büyük ölçekte test etmemize yardımcı oldu. … Hem su kalitesini hem de sistemin performansını gerçekten doğruladı. Bu süreç, kampüsü canlı bir laboratuvar olarak kullanmanın önemini gösteriyor. Bu tür deneyleri büyük ölçekte yapmamızı sağlıyor ve ayrıca kampüsün su ayak izini sürdürülebilir bir şekilde azaltma yeteneğini gösterdi” demiştir.

Geniş Kapsamlı Faydalar

Elektrik santrali dumanları genellikle göze batan bir şey olarak kabul edilmektedir ve bulanık görüş potansiyeli ve hatta engelleyici dumanlar yollardan geçtiğinde potansiyel trafik tehlikeleri nedeniyle yeni enerji santralleri için yerel muhalefete yol açabilmektedir. Buongiorno, “Dumanları ortadan kaldırma yeteneği, tesislerin normal şartlarda kısıtlamaya maruz kalınacak yerlere yerleştirilmesine izin vererek önemli bir fayda sağlayabilir” demiştir. Aynı zamanda sistem, tesisler tarafından kullanılan ve daha sonra gökyüzünde kaybolan önemli miktarda suyu ortadan kaldırarak, özellikle kurak bölgelerde yardımcı olabilecek yerel su sistemleri üzerindeki baskıyı potansiyel olarak hafifletebilir.

Sistem esasen bir damıtma işlemidir ve ürettiği saf su, yüksek saflıkta su gerektiren soğutma sisteminden ayrı olan enerji santrali kazanlarına gidebilir. Bu, kazanlar için hem tatlı su, hem de arıtma sistemleri ihtiyacını azaltabilir.

Dahası, birçok kurak kıyı bölgesinde enerji santralleri doğrudan deniz suyuyla soğutulmaktadır. Bu sistem, esas olarak, yeni bir bağımsız tuzdan arındırma tesisi inşa etme maliyetinin çok küçük bir kısmı ile ve ısı esasen ücretsiz olarak sağlanacağından işletme maliyetlerinin çok daha küçük bir kısmı ile tesise bir suyu tuzdan arındırma yeteneği ekleyecektir.

Suyun kirlenmesi, tipik olarak, içerdiği tuzların ve diğer kirleticilerin miktarı ile artan elektriksel iletkenliği test edilerek ölçülmektedir. Khalil, enerji santrali soğutma sistemlerinde kullanılan suyun tipik olarak 3.000 µS/cm olarak ölçüldüğünü, Cambridge Şehri’ndeki su kaynağının ise tipik olarak 500 µS/cm veya 600 µS/cm olduğunu açıklamış ve bu sistem tarafından yakalanan suyun tipik olarak 50 µS/cm’in altında olduğunu söylemiştir.

MIT tesislerinde yapılan testlerin sağladığı doğrulama sayesinde şirket, bu yıl içinde başlaması gereken ticari tesislerdeki ilk iki kurulumu için düzenlemeleri güvence altına alabilmiştir. Biri, sistemin temiz su üretiminin büyük bir avantaj olacağı 900 megavatlık bir enerji santrali, diğeri ise Ortabatı’daki bir kimyasal üretim tesisindedir.

Varanasi, birçok yerde elektrik santrallerinin soğutma için kullandıkları su için ödeme yapmak zorunda olduğunu ve yeni sistemin su ihtiyacını yüzde 20’ye kadar azaltmasının beklendiğini söylemiştir. Tipik bir elektrik santrali için, tek başına bunun, yılda su maliyetlerinde yaklaşık bir milyon dolar tasarruf sağlayabildiğini söylemiştir.

Araştırmada yer almayan Nükleer Enerji Enstitüsü başkanı ve CEO’su Maria G. Korsnick, “İnovasyon, altmış yılı aşkın bir süredir ABD ticari endüstrisinin ayırt edici bir özelliği olmuştur” demiştir. “Değişen iklim, küresel su kaynakları da dahil olmak üzere yaşamın her yönünü etkilediğinden tedarik zincirindeki şirketler, çözümler için yenilikler yapmaktadır. Bu yenilikçi teknolojinin MIT’de test edilmesi, ticari uygulamalarda değerlendirilmesi için değerli bir temel sağlamaktadır,” demiştir.

Kaynak: techxplore.com