Çinli bilim insanları, deniz suyundan yeşil hidrojen ve tatlı su üretimini birleştiren yeni bir sistem geliştirdi.
Çin Bilimler Akademisi’ne bağlı Dalian Kimya Fiziği Enstitüsü’nden Deng Dehui ve Liu Yanting liderliğindeki araştırma ekibinin geliştirdiği sistem, hidrojen üretimi sırasında ortaya çıkan atık ısıyı yeniden kullanarak enerji kaybını azaltıyor.
Bilimsel dergi Nature Energy’de yayımlanan araştırmaya göre sistem, deniz suyundan hidrojen ve tatlı su üretirken geriye kalan yoğunlaştırılmış deniz suyundan uranyum, brom, tuz ve diğer deniz kaynaklarının geri kazanılmasına da imkan sağlıyor.
Hidrojen üretimindeki iki temel soruna çözüm
Yenilenebilir enerji kullanılarak deniz suyundan hidrojen elde edilmesi, yeşil hidrojen üretiminin potansiyel yöntemlerinden biri olarak görülüyor. Ancak mevcut teknolojiler çeşitli teknik ve ekonomik sorunlarla karşı karşıya.
Deniz suyunun doğrudan elektrolizinde yüksek miktardaki klorür iyonları elektrotlarda korozyona yol açarken, kalsiyum ve magnezyum iyonları da sistemde kireçlenmeye neden olarak verimliliği düşürüyor.
İkinci yöntemde ise deniz suyu önce ters ozmoz veya damıtma yoluyla tuzdan arındırılıyor, ardından elde edilen saf su elektroliz edilerek hidrojen üretiliyor. Ancak bu yöntemin ek ekipman gerektirmesi ve yüksek enerji tüketimi maliyetleri artırıyor.
Çinli araştırmacılar bu yöntemi geliştirerek hidrojen üretimi sırasında ortaya çıkan ve normalde kullanılamayan atık ısıdan yararlanmayı hedefledi.
Atık ısı tatlı su üretiminde kullanılıyor
Mevcut ticari elektroliz sistemlerinde kullanılan elektriğin yaklaşık yüzde 30’u, 80 ila 90 santigrat derece sıcaklıktaki düşük kaliteli atık ısıya dönüşüyor. Bu ısının geri kazanılması zor olduğu için genellikle soğutma sistemleriyle uzaklaştırılıyor. Bu süreç ise ilave enerji ve tatlı su tüketimine yol açıyor.
Araştırmacılar, elektroliz sistemini bir tuzdan arındırma ünitesine bağlayarak bu kaybı değerlendiren bir yöntem geliştirdi.
Elektroliz sırasında ortaya çıkan atık ısı doğrudan vakumlu damıtma kulesine aktarılıyor. Böylece deniz suyu, normal kaynama sıcaklığından çok daha düşük olan 40 ila 50 santigrat derecede buharlaştırılıyor. Oluşan buhar daha sonra yoğunlaştırılarak tatlı suya dönüştürülüyor.
Çin Bilimler Akademisi’ne göre sistem, elektroliz işleminin ihtiyaç duyduğu tatlı suyun tamamını karşılayabildiği gibi ihtiyaçtan daha fazla tatlı su da üretebiliyor.
Uranyum ve brom da geri kazanılabilecek
Tatlı suyun ayrıştırılmasının ardından geriye kalan yoğunlaştırılmış deniz suyu da değerlendirilebiliyor.
Araştırmacılar, bu sudan farklı aşamalarla tuzun yanı sıra uranyum, brom ve diğer deniz kaynaklarının geri kazanılabileceğini belirtiyor.
Ekip, geliştirdikleri tuzdan arındırma teknolojisini ilk olarak 25 kilovatlık küçük ölçekli bir sistemde denedi. Söz konusu teknoloji 2023 yılında Çin Petrol ve Kimya Sanayi Federasyonu tarafından uluslararası düzeyde öncü olarak değerlendirildi.
Araştırmacılar daha sonra sistemi büyüterek 250 kilovatlık bir pilot tesis kurdu.
Yılda 380 bin metreküp hidrojen
Araştırmaya göre 250 kilovatlık tesis yılda yaklaşık 380 bin standart metreküp yüksek saflıkta hidrojen üretebiliyor.
Aynı sistem yılda yaklaşık 256 ton tatlı su üretme kapasitesine sahip.
Geleneksel alkali su elektroliziyle karşılaştırıldığında yeni sistemin elektrik kullanım verimliliğinde yüzde 14,4 iyileşme sağladığı belirtildi.
Tesis ayrıca günlük olarak devreye alınıp kapatıldığı test koşullarında 40 gün boyunca belirgin bir performans kaybı yaşamadan istikrarlı şekilde çalıştı.
Hidrojen maliyetini düşürebilir
Araştırmacılar sistemin ekonomik performansını da değerlendirdi.
Çalışmaya göre kara tipi rüzgar enerjisinden sağlanan elektriğin kilovatsaat başına 0,033 dolar olması halinde hidrojen üretim maliyetinin kilogram başına yaklaşık 2,1 dolar olabileceği hesaplandı.
Elektriğin kilovatsaat başına 0,049 dolara mal olduğu güneş enerjisi senaryosunda ise hidrojen üretim maliyetinin kilogram başına yaklaşık 2,9 dolar olacağı öngörüldü.
Araştırmada hidrojenin mevcut satış fiyatının kilogram başına yaklaşık 3,9 dolar olduğu belirtilerek, sistemin ticari ölçekte ekonomik potansiyel taşıdığı ifade edildi.
Araştırma ekibinden Deng Dehui, gelecek çalışmaların daha gelişmiş katalizörlerin geliştirilmesi, elektroliz sistemlerindeki atık ısının daha verimli geri kazanılması ve yapay zeka yardımıyla çalışma parametrelerinin optimize edilmesine odaklanacağını belirtti.
Araştırmacılar bu çalışmalarla sistemin genel performansının ve enerji verimliliğinin daha da artırılmasını hedefliyor.
