Mavi Enerji 2.000 Nükleer Santralin Yerini Alabilir
Sözde “mavi enerji” kullanan ozmotik santraller, yeni bir zar sayesinde 2.000’e kadar nükleer santralin yerini alabileceği düşünülmektedir.
Stanford (ABD). Federal Çevre Dairesi’ ne (UBA) göre, küresel elektrik üretiminde hidroelektriğin payı 2011 yılında yüzde 16 oldu. Elektrik, jeneratörleri çalıştırmak için kullanılan suyun kinetik enerjisi tarafından üretilmektedir. Ayrıca “mavi enerji” olarak da bilinen ozmoz enerjisi 1950’li yıllarda keşfedilmiştir. Bu doğal olgu yüksek tuzlu su ile düşük tuzlu suyun karıştığı ortamda bulunmaktadır, örneğin, nehirlerin denizlere döküldüğü yerlerde. Tuz molekülleri, tuz içeriğini dengelemek için karıştırma işlemi sırasında kendi başlarına hareket ederler. Tuzlu su ile karışan bir litre tatlı su başına 2,2 kJ’ye kadar enerji açığa çıkar.
Elektrik üretmek amacıyla, bu iklim açısından nötr süreci kullanabilen enerji santralleri için ilk araştırma yaklaşımları, 1970’lerin başlarında tanıtıldı. 2009 yılında Norveç’te elektrik şebekesine bağlanan ilk ozmotik santral prototipinin işletimi, sadece dört yıl sonra durduruldu. Bu, ozmotik santralleri, ekonomik açıdan çekici olmayan kömür ve nükleer santrallere kıyasla yüksek kurulum ve işletme maliyetleri ile haklı çıkardı.
Ozmotik Enerji Üretimine Yeni Yaklaşım
Geleneksel ozmoz santralleri, yarı geçirgen bir zarla birbirinden ayrılmış iki su havzasından oluşur. Membran tatlı sudan tuzlu suya geçtiğinde, tuzlu su havzasındaki basınç yükselir ve enerji bir türbini çalıştırmak için kullanılır. Stanford Üniversitesi’ nden bilim adamlarının yakın zamanda ACS Omega dergisinde sundukları Karışım Entropi Bataryası farklı bir işlevsel ilkeye sahiptir ve çalışma lideri Kristian Dubrawski’nin açıkladığı gibi, ne yüksek bakım gerektiren bir membran ne de elektrik türbinleri gerektirir.
Stanford Üniversitesi’ndeki Karışım Entropi Bataryası, biri katkılı polipirolden ve biri Prusya mavisi renk pigmentinden yapılmış iki elektrota dayanmaktadır. Elektrik üretmek için batarya, döngüsel olarak tatlı su ve deniz suyu ile doldurulur. Elektrik yüklü tuz parçacıkları elektrotlardan dışarı akar ve tekrar içeri girer. Harici bir devre, süreçte açığa çıkan elektrik enerjisinin elektrik şebekesine beslenmesini sağlar.
Karışım Entropi Batarya Prototipleri Başarıyla Test Edildi
San Francisco yakınlarındaki bir körfezden gelen deniz suyu ile Karışım Entropi Bataryasının ve Palo Alto’daki bir kanalizasyon arıtma tesisinden gelen arıtılmış atık suyun pratik bir testi başarılı oldu. Dubrawski’ye göre, “kıyıya yakın kanalizasyon arıtma tesisleri, teknolojiyi kurmak için iyi bir başlangıç noktası.” Bilim adamının açıkladığı gibi, Karışım Entropi Bataryası bu kanalizasyon arıtma tesislerinin elektrik ihtiyacını tamamen karşılayabilir.
Genel olarak, araştırmacılar, Karışım Entropi Bataryaları ile nehir haliçlerinde yılda 625 terawatt saat elektrik üretme potansiyeli görmektedirler. Bu, dünyanın elektrik ihtiyacının yaklaşık yüzde üçüne tekabül etmektedir. Geliştiricilerine göre, rüzgar ve güneş enerjisine kıyasla, Karışım Entropi Bataryasının büyük bir avantajı, günün saatine, hava durumuna ve mevsime bakılmaksızın çalışmasıdır. Ancak Dubrawski, “pilin ticari uygulamalar açısından çekici hale gelmesi için güç yoğunluğunun bir büyüklük sırasına göre arttırılması gerektiğini” de eklemektedir.
Yeni Membran 2.000 Nükleer Santralin Yerini Alabilir
Piscataway’deki Rutgers Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, Science dergisinde Stanford Üniversitesi’nin tanıttığı Karışım Entropi Bataryası’ndan bile daha fazla potansiyele sahip olası bir kullanım sundular. Mevcut çalışmada yer almayan Fransız bilim insanları, iyon potansiyellerinin bor nitrür nanotüplerle (BNNT) etkin bir şekilde kullanılabilir olduğunu 2013’te zaten keşfettiler. O zamanki hesaplamalar, yalnızca bir metrekarelik bir BNNT zarının yılda 30 megavat saat elektrik üretebileceği sonucuna vardı. Bu da aşağı yukarı 400 hanenin elektrik tüketimine denk gelmektedir. Bununla birlikte, bu muazzam potansiyeli kanıtlaması gereken deneyler, bilim insanlarının onlardan büyük bir zar üretememeleri nedeniyle yalnızca bireysel nanotüplerle gerçekleştirildi.
Rutgers Üniversitesi’ndeki bilim insanları BNNT’ye demir atomları ekleyerek bunu yapmanın bir yolunu buldular. Daha sonra bir mıknatıs yardımıyla nanotüpleri membran üzerine doğru bir şekilde yerleştirmek mümkündür . Son adımda, nanotüplerin açıklıkları bir plazma meşalesi ile tekrar serbest şekilde yakılır. Bu şekilde üretilen BNNT membranı, deneylerde tek bir BNNT’nin 8000 katını üretebilmiştir. Şu anda, henüz tam olarak gelişmemiş süreç nedeniyle BNNT zarının sadece yüzde ikisi çalışmaktadır. Üretim sürecindeki daha fazla iyileştirme, BNNT zarının performansını önemli ölçüde arttırabilir.
Rutgers Üniversitesi’ndeki bilim insanları BNNT’ye demir atomları ekleyerek bunu yapmanın bir yolunu buldular. Daha sonra bir mıknatıs yardımıyla nanotüpleri membran üzerine doğru bir şekilde yerleştirmek mümkündür . Son adımda, nanotüplerin açıklıkları bir plazma meşalesi ile tekrar serbest şekilde yakılır. Bu şekilde üretilen BNNT membranı, deneylerde tek bir BNNT’nin 8000 katını üretebilmiştir. Şu anda, henüz tam olarak gelişmemiş süreç nedeniyle BNNT zarının sadece yüzde ikisi çalışmaktadır. Üretim sürecindeki daha fazla iyileştirme, BNNT zarının performansını önemli ölçüde arttırabilir.
Bilim insanlarına göre, okyanuslara her yıl akan 7.000 kilometreküp tatlı suyun tamamı elektrik üretmek için kullanılırsa, zarı kullanan ozmotik enerji santralleri yılda 2,6 terawatt’a kadar elektrik üretebilir. Bu kabaca ortalama 2.000 nükleer santralin elektrik üretimine tekabül etmektedir.
Kaynak: forschung-und-wissen.de
