Proje Başlığı: İnce Film Kompozit Membranlar ile Basınç Geciktirmeli Ozmoz (PRO) Prosesi Kullanılarak Sürdürülebilir Enerji Üretimi
Proje Özeti:
Günümüzde küresel enerjinin çoğunlukla fosil yakıtlardan sağlanması ile ortaya çıkan yüksek sera gazı emisyonları iklim değişikliğine neden olmakta, bunun tehlikeli ve uzun dönem etkileri de artarak devam etmektedir. Fosil yakıtlara bağımlılığın azalması için çevreye daha az etkisi olan alternatif yenilenebilir enerji kaynaklarının araştırılması ve geliştirilmesi gerekliliği gün geçtikçe daha da önem kazanmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynakları arasında hidro, jeotermal, güneş, rüzgar, odun, bitki artıkları, biyokütle, gel-git ve dalga sayılmaktadır. Son yıllarda oldukça ilgi çeken “Tuzluluk gradyanı esaslı ozmotik enerji” veya “mavi enerji” olarak da bilinen enerji kaynağı, artan enerji ihtiyacını karşılamada farklı bir yenilenebilir alternatif olarak ortaya çıkmıştır. Temiz enerji eldesi için iki farklı tuz konsantrasyonundaki akımın karıştırılmasına dayanan bu uygulamalarda ciddi bir enerji potansiyeli olduğu bilinmektedir. Basınç geciktirmeli ozmoz (pressure retarded osmosis, PRO) ve ters elektrodiyaliz (reverse electrodialysis, RED) prosesleri bu alternatif kaynağın başlıca uygulanan prosesleridir. Tuzluluk gradyanı esaslı ozmotik enerjinin, dünyada tatlı suyun deniz suyu ile birleştiği her yerde varlığı söz konusudur. Bu tür nehir ağzı coğrafik oluşumlarından elde edilecek global enerjinin yaklaşık miktarının 2,6 TW olduğu tahmin edilmektedir. Bu değer dünya enerji gereksiniminin % 20’sini temsil etmektedir. PRO prosesi ile ilgili ilk deneysel araştırma sonuçları İsrailli bir araştırmacı olan Sidney Loeb tarafından 1975 yılında sunulmuştur ve yıllar boyu gelişimini sürdürerek ilk prototip uygulamalı sistem olarak Statkraft firması tarafından Norveç’te 2009 yılında işletmeye alınmıştır. Bu sistem PRO enerji santrali olarak dünyada ilk büyük ölçekli enerji santrali olma özelliği taşımaktadır. Deniz suyuna ek olarak doğal çorak sular ve endüstriyel atıksular da ciddi miktarda mavi enerji kaynağı olarak değerlendirilebilmektedir. PRO prosesi membran esaslı enerji prosesi olup filtre edilmiş tatlı su ve deniz suyunun yarıgeçirgen membran modülüne pompalanması ile işletilmektedir. Geleneksel PRO sistemlerinin anahtar bileşenleri sistemde kullanılan membranlardır. Bu bileşenin verimliliği mavi enerji üretim maliyeti açısından çok önemlidir. PRO prosesinde kullanılan mevcut membranların enerji performansı 2,7 W/m2 iken son zamanlarda yürütülen laboratuvar çalışmaları sonucu net enerji yoğunluğunun 14,4 W/m2 değerine kadar artırıldığı belirtilmektedir. Son yıllarda özellikle ticari olarak membran üretiminde söz sahibi olan Fujifilm, Fumatech, Nitto Denko, OsmoBlue, Pentair X Flow, Porifera ve Toray Endüstrileri gibi firmalar PRO prosesi için daha verimli ve ekonomik membran üretimi üzerinde aktif olarak çaba göstermektedirler. Ülkemizde, Akdeniz, Karadeniz, Marmara ve Ege denizlerine boşalan nehir sayısı 17 olup, tuzluluk gradyanı esaslı enerji kaynağı potansiyelinin oldukça yüksek olduğu düşünülmektedir. Bu nedenle projenin temel hedeflerinin başında, ülkemizdeki bu potansiyelin tuzluluk gradyanı esaslı enerji üretim verimliliği açısından değerlendirilmesi gelmektedir. Bu kapsamda, enerjinin yaklaşık miktarının gerçek su örnekleri ile PRO prosesi uygulanarak ortaya konması hedeflenmektedir.
Abdullah Gül Üniversitesi, Erciyes Üniversitesi, Niğde Üniversitesi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Georgia Institute of Technology ortaklığı ile gerçekleştirilmesi planlanan proje temel olarak üç aşamada gerçekleştirilecektir. Birinci aşamada, PRO prosesi için beş farklı ince film kompozit membranın enerji üretim performansları değerlendirilecektir. İkinci aşamada, seçilen membranların yüzey modifikasyonu işlemleri ile hidrofiliklik, membran dayanımı, su geçirgenliği, ters tuz akısı, basınç dayanıklılığı gibi özelliklerinin iyileştirilmesi hedefi ile enerji üretim performanslarının ve su akısı değerlerinin arttırılmasına yönelik deneysel çalışmalar planlanmaktadır. Projenin son aşamasında, Akdeniz, Karadeniz, Marmara ve Ege Denizlerinden deniz suyu ve bu denizlere Seyhan, Küçük Menderes, Susurluk ve Yeşilırmak nehirlerinin karıştığı noktalardan örnekler alınarak ülkemizde tuzluluk gradyanı esaslı bu enerjiye ilişkin potansiyel belirlenecektir. Bugüne kadar, ülkemizde henüz tuzluluk gradyanı esaslı ozmotik enerji potansiyelinin belirlenmesine yönelik herhangi bir çalışma bulunmamaktadır. Üç tarafı denizlerle çevrili, deniz ve nehir karışımı coğrafik oluşumların sıkça görüldüğü ülkemizde bu enerji potansiyelinin belirlenmesi için ilk adım niteliğinde olan bu proje yenilenebilir enerji kaynaklarımızın değerlendirilmesi açısından büyük önem arz etmektedir.
