Yeni Desalinasyon Methodu, Tuzlu Su Arıtımında Düşük Enerjili Alternatif Sunuyor
Fotoğraf : Rezervuar içindeki besleme çözeltisi pompa kullanılarak akış hücresinin, biri tuzu giderilmiş diğeri derişik iki girişine ayrı ayrı beslendi. Bu akış hücresine, güç kaynağı kullanılarak kablolar boyunca elektriksel akım uygulanarak sağlanıyor (fotoğrafta gösterilmemiş). Herbir çıkıştaki, bilgisayarla izlenen akış iletkenlik ölçer kullanılarak deşarjın (çıkıştaki akış) iletkenliği ölçüldü.
İhtiyaç duyanlara daha güvenli içme suyu sağlanması biraz daha kolay olabilir. Penn State araştırmacılarına göre, yeni desalinasyon tekniği önceki methodlardan daha az enerji kullanarak tuzu sudan ayırabiliyor.
Evan Pugh Professor ve Çevre Mühendisliği Stan and Flora Kappe Professor olan Bruce Logan ‘’Dünyada tatlı suya ulaşım azlığı var. Kullanılan sular, tuzdan ya da diğer kirliliklerden dolayı daha çok bozulmuş durumda, bu yüzden azalan optimal su kaynaklarına artan bir ihtiyaç olduğunu görüyoruz’’ açıklamasında bulundu.
Bu problemin üstesinden gelmek için Logan ve iş arkadaşları, çevre mühendisliği asistan profesörü Christopher Gorski ve çevre mühendisliği doktora sonrası bilim insanı Taeyoung Kim, pil elektrodu deiyonizasyonu (battery electrode deionization – BDI) denilen desalinasyon methodunu ortaya attılar. BDI, rejenerasyon aşamasını ortadan kaldırarak ve işlemi tamamlamak için gereken voltajı düşürerek standart kapasitif deiyonizasyon (CDI) tekniklerini geliştiriyor.
Standart CDI tekniklerini suyu iyonlarına ayırarak desaline ediyor. Tipik bir CDI hücresi akış kanalının karşıt taraflarına yerleştirilmiş iki elektrottan oluşuyor. Elektrotlar, hücrelere bir elektrik akımı uygulandığında oluşan elektrik alış verişi yoluyla tuz iyonlarını yakalıyor. Daha sonra hücre uygulanan elektriksel akımın yönünü değiştirerek, ikinci döngüde tuz iyonlarını salarak yenileniyor. CDI, membran gerektirmediğinden ve diğer popüler yöntemlere göre daha düşük enerji gerektirdiğinden, tuzu sudan uzaklaştırmak için rekabetçi bir teknoloji haline geliyor. CDI sistemleri ile ilgili sorun, tipik olarak 1.2 volt uygulandığında düşük tuz adsorpsiyonu ile sınırlandırılmış olmasıdır. Uygulanan voltajın artırılması tuz adsorpsiyonunu iyileştirir, ancak aynı zamanda istenmeyen yan reaksiyonların potansiyelini artırabilir ve bu da enerji harcar ve kalıcı elektrot korozyonu oluşturabilir.
Ekip özel olarak hazırlanmış iki kanallı akış hücresi içeren BDI sistemini geliştirdi. Kanallar bir membran ile ayrılıyor ve her iki ucunda da aynı olan iki pil elektrodu sabitleniyor.
Hücre etkinliğini test etmek için ekip, sabit elektrik akımı uygularken herbir kanalı belirli bir akış hızında tuzlu çözelti ile besledi. Membrane yığın yoğunluğuna bağlı olarak farklı akım yoğunlukları kullanıldı. Sonra araştırmacılar hücre gerilimi akışını, en az -0.6 volta ve en çok 0.6 volta ulaştığında ters çevirdiler.
Ekip, BDI sisteminin sadece 0.6 voltluk bir voltaj kullanırken, CDI ile tutarlı seviyelerde tuzu etkili bir şekilde uzaklaştırdığını keşfetti. Ayrıca, gerekli düşük voltaj büyük desalinasyon yeteneğine ulaşıldı ve geleneksel CDI’den daha az enerji harcandı.
Ekip, iki kanalda, tuzdan arındırılmış ve konsantre suyu aynı anda ürettiğinden beri iki-döngü yaklaşımından kurtuldu, bu yüzden sistem yenilenme basamağına daha fazla ihtiyaç duymuyor. Ek olarak da, elektrotlar arasına daha fazla membran eklenmesinin enerji tüketimini daha da azalttığını buldular.
Logan, “Diğer insanlar ikinci CDI döngüsünden enerjiyi yakalamaktan bahsettiler, ancak yapmak gerçekten zor ve bu nedenle pratik değil. Sistemimiz, ikinci rejenerasyon aşamasını, sadece uygulanan elektrik akımının yönünü değiştirerek yakalanan akış ile önledi. Bu, çalışmanın çok kolay olmasını sağlıyor ve çok az enerji kullanıyor” dedi.
Mevcut yapılandırma, deniz suyu gibi son derece tuzlu suyun tuzunu gidermek için uygun olmasa da, sonuçlar, BDI tekniğinin, kuyu suyu ya da yer altı suyu gibi çok az tuzlu suyu ya da arıtma tesisine girmeden önce desalinasyon için düşük enerjili etkili bir method olabileceğini gösterdi.
Logan, ‘’Deniz suyunu kullanmayı doğası gereği engelleyecek bir şey yok, sadece tuzu artmış su, artan enerji tüketimi, membran kirlenmesi gibi uğraşmamız gereken başka maddeler var, belki bunlar diğer yaklaşımlara göre uygulanabilirliği azaltabilir.’’ açıklamasında bulundu.
Araştırmacılar şimdi ölçek büyütme ve sistemin stabilitesini geliştirmek için planlar yapıyorlar.
Logan ‘’ Bu bir inovatif teknolojidir. Bu olağanın dışında ve ticarete konu olmayan bir şey değil. Bu sudan tuzu ayırmak için yeni yolların en sonuncusu.’’ dedi.
Bu araştırma eylül ayında Environmental Science & Technology Letters’ da yayımlandı. Finansman, National Science Foundation, King Abdullah University of Science and Technology ve Penn State University tarafından sağlandı.
Kaynak : sciencedaily.com
