Dünyamızın artan nüfusu ve her geçen gün gelişen endüstrilerle enerjiye olan ihtiyacımız da sürekli artmaktadır. Mevcut enerji kaynaklarına her geçen gün yenilerini eklemeye devam ederken yeni ve sürdürülebilir enerji kaynakları arayışı da devam etmektedir.
Bu arayış devam ederken çevreye verdiğimiz zarar da sürekli olarak artmaktadır. Her geçen gün hayatımıza daha fazla etki eden iklim değişikliği problemini, bilim insanları -doğaya bakarak- çeşitli yöntemlerle temiz bir enerji metodu geliştirmeye çalışarak çözüm arıyor. Osmotik Enerji (Mavi Enerji), diğer alternatif enerji kaynaklarI arasında daha temiz olarak dikkatleri üzerine çekmeyi başarmaktadır.
Gelecek vadeden bu enerji, doğaya zarar vermeden sadece doğal yollarla üretilen bir enerji kaynağı olarak bilinmektedir. Doğal alanların başında nehirlerin denize aktığı noktalarda, osmotik enerji elde edilebilir.
Osmotik Enerji Nedir ?
Osmotik enerji ilk olarak 1954'te RE Pattle adlı bir İngiliz mühendis tarafından önerildi. Bazen "ozmotik güç" olarak adlandırılır, çünkü osmoz prensibini kullanır. Farklı yoğunluklara sahip suyun aynı yoğunluğa ulaşana kadar yarı geçirgen bir zar aracılığıyla, birbirileri arasındaki geçişine (difüzyonuna) osmoz denmektedir. Bu iki çözelti, suyun içeri girmesine izin veren ancak tuz iyonlarına izin vermeyen ince bir "yarı geçirgen" zarla ayrılırsa, su doğal olarak azdan daha çok tuzlu tarafa geçecektir. Membran boyunca su akışı, bir tarafta türbinleri çalıştırmak ve güç üretmek için kullanılabilen basınç oluşturur.
Şekil.1
Tatlı su ve tuzlu sudaki tuzluluk arasındaki yoğunluk (gradyan) ne kadar yüksekse, sistemde o kadar fazla basınç oluşur. Benzer şekilde, sisteme ne kadar çok su girerse, o kadar fazla güç üretilebilir. Aynı zamanda tatlı su ve deniz suyunun olabildiğince temiz olması önemlidir. Sudaki maddeler, membran destek yapısı içinde veya membran yüzeylerinde kalabilir, bu da membrandan akışı azaltarak güç çıkışında azalmaya neden olur. Kirlenme adı verilen bu olay; sistemin tasarımına, zarın özelliklerine ve zar elemanına bağlıdır.
Osmatik enerji ilk olarak 1954’te bulunmuş olsa da ilk kullanılan yöntem 1970’lerde yarı geçirgen zarların suni olarak üretimiyle gerçek potansiyelini göstererek ticari kullanım için imkân bulmuştur. Zaman içinde osmotik enerjinin potansiyeli keşfedildikçe üretimi için farklı yöntemler de geliştirilmiştir.
İlk kullanılan yöntem Basınç Gecikmeli Osmosis ( Pressure-Retarded Osmosis -PRO), deniz suyunu basınçlandırmak için suyu yarı geçirgen bir zar mekanizmasıyla çalışmaktadır. Tatlı su ve deniz suyu bir zarın her iki tarafına yerleştirilir ve deniz suyu tarafına basınç uygulanır. Deniz suyu tarafı basıncı artarken aynı zamanda tuzluluk oranı azalırken, tatlı su bir türbin yoluyla boşaltılır, geri kalanı da Şekil.1'de gösterildiği gibi, gelen deniz suyunu basınçlandırmak için bir basınç değiştiriciye aktarılır. Bu yöntemle tuzlu su tankında su miktarının artışı basıncı yükselterek enerji üretilmesine imkân vermektedir. Şekil.1'de PRO işleminin şematik gösterimi yer almaktadır.
İkinci bir yöntem olan Ters elektrodiyaliz (RED) santralinin şeması PRO santralinin şemasına benzer, ancak membranlardaki işlemler farklıdır. Bu yöntem de PRO gibi zar mekanizması kullansa da farklı olarak tuz iyonlarını geçirme özelliğiyle çalışmaktadır. Anyon ve katyon akışları bu nedenle ayrılır ve uygun elektrotlar kullanılarak toplanabilen net bir elektrik aktarımı oluşturur. AEM, anyon değişim membranı; CEM, katyon değişim zarı gösterilmektedir. Bu yöntem de PRO gibi zar mekanizması kullansa da farklı olarak tuz iyonlarını geçirme özelliğiyle çalışmaktadır.
Şekil.2
Osmotik enerji saat, hava durumu veya mevsimsel değişikliklerden etkilenmediği için sürekli ve stabil bir temiz enerji kaynağı olarak görülmektedir. Oldukça zararsız atık ürünü olan acımsı tatlı su, su kaynaklarının tuzluluk oranlarını değiştirebileceğinden dolayı deniz canlıları için nasıl bir risk altına alacağı da bilinmemektedir ve bu da dezavantaj olarak karşımıza çıkmaktadır.
Türkiye’de Osmotik Enerji üretilebilir mi ?
2018 yılında İTÜ, MEM-TEK ve İSKİ ortaklığıyla İstanbul’da yapılan bir araştırmaya göre zengin akarsu kaynaklarının tuzlu suyla buluştuğu konumlara uygulanacak PRO tip osmotik enerji santralleriyle minimumda 25.45 MW (mega-watt) elektrik üretilmesi mümkün görülmektedir. Araştırmada seçilmiş akarsu yataklarının akış hızının yüzde 20’si kullanıldığında ise 101.8 MW elektrik enerjisi üretilebileceği belirlenmiştir.
Ülkemiz sınırları içinde denize dökülen sekiz büyük nehir için yapılan değerlendirmede yıllık kapasitenin yaklaşık 1000 MW olduğu hesaplanmıştır. Osmotik enerjinin ülkemiz acısından önemli bir enerji kaynağı olduğu görülmektedir. Ancak bu kapasite fiziksel şartlara ve yağış miktarına nehir debilerine bağlı olduğu için dezavantaj olarak da karşımıza çıkmaktadır.
Osmotik enerjide henüz verimliliğin enerji maliyetlerini karşılayamaması nedeniyle alternatif yöntemler geliştirilmesi gerekliliğini göz önünde bulundurmak gerekiyor.
Kaynaklar
[1] https://thinktech.stm.com.tr/uploads/raporlar/pdf/1422020142032799_stm_osmotik_enerji.pdf
[2] https://www.ctc-n.org/technologies/osmotic-power
[3] https://www.sciencedaily.com/news/earth_climate/renewable_energy/
[4] https://www.nature.com/articles/s41570-017-0091/figures/1