Çinli bilim insanları deniz suyundan hidrojen, tatlı su ve uranyum üreten 250 kW’lık entegre tesisi geliştirdi.

Çin Bilimler Akademinin Dalian Kimyasal Fizik Enstitüsünden Deng Dehui ve Liu Yanting önderliğinde bir ekip, deniz suyundan hidrojen ve tatlı su üretirken aynı zamanda değerli deniz kaynaklarını geri kazanan 250 kilowattlık (kW) bir sistem geliştirdi. Çalışmada, sistemin geleneksel alkali su elektroliziyle karşılaştırıldığında elektrik kullanımını yüzde 14,4 artırdiği belirlendi. Ekip, deniz suyundan hidrojen üretiminin önündeki temel teknik engelleri aşmak amacıyla elektrolizi bir tuzdan arındırma (desalinasyon) süreciyle birleştirdi ve normalde hidrojen üretiminde kaybedilen ısının yeniden kullanılmasını sağladı.

Geliştirilen tesis, yenilenebilir elektrik enerjisiyle çalışan ticari ölçekli bir sistemin aynı anda üç farklı ürünü—temiz hidrojeni, sanayide kullanılan tatlı suyu ve uranyum gibi değerli kaynakları—tek bir süreçle üretebildiğini gösteriyor. Araştırmacılar, bu entegre yaklaşımın hem enerji verimliliğini artırdığını hem de maliyet avantajı sunduğunu belirtti.

Denz Suyu Elektrolizinin Karşılaştığı Zorluklar

Yenilenebilir enerji kaynaklarından üretilen hidrojen, daha temiz bir enerji kaynağı olarak inceleniyor. Deniz suyunun bol ve geniş bir kaynak olması büyük avantaj sunarken, doğrudan deniz suyundan elektroliz birkaç teknik sorun ortaya çıkarıyor. Deniz suyundaki klorür iyonları anotda tepkimeye girerek elektrodu aşındırabiliyor; kalsiyum ve magnezyum iyonları ise katotta mineral birikintileri oluşturarak zamanla performansın düşmesine yol açabiliyor.

Bu sorunların üstesinden gelmek için geliştirilen ikinci yöntem, önce deniz suyundan tuzu ayırıp ardından ortaya çıkan tatlı suyu elektrolize ediyor. Ters ozmoz ve damıtma ile uygun kalitede su üretilebiliyor; ancak desalinasyon ek ekipman gerektiriyor ve elektrik talebini artırıyor. Araştırmacılar, bu yaklaşımı temel alarak sürecin normalde kaybedilen enerjisini geri kazanmanın bir yolunu aradı.

Harcama Isısı ile Tuzdan Arındırma

Ticari elektroliz sistemleri genellikle yaklaşık 80 ila 90 santigrad derece (176 ile 194 fahrenheit) arasında çalışıyor. Çalışmada, bu sıcaklıklarda elektriğin yaklaşık yüzde 30’unun düşük kaliteli harcamaya dönüştüğü belirtildi. Araştırmacılar, elektrolizörü bu ısyı yakalamak için bir desalinasyon ünitesine bağladı. Harcamadan oluşan ısı, vakum damıtma kulesine yönlendiriliyor ve deniz suyunun yalnızca 40 ila 50 santigrad derece (104 ile 122 fahrenheit) arasında kaynayıp buharlaşmasını sağlıyor.

Oluşan buhar tatlı suya yoğunlaştırılıyor. Çin Bilimler Akademinin açıklamasına göre sistem, elektrolizörü besleyecek kadar yeterli su üretirken ek tatlı suyu da temin edebiliyor. Konsantre deniz suyundan ise tuz, uranyum, brom ve diğer deniz kaynakları geri kazanılabiliyor.

Bu entegre sistemle, deniz suyundan hidrojen üretirken aynı anda tatlı su ve değerli deniz minerallerini geri kazanan tek bir tesis kurduk. Kaybedilen ısının yeniden kullanılması hem enerji verimliliğini artırıyor hem de maliyetleri düşürüyor.

Deng Dehui, Çin Bilimler Akademisi Dalian Kimyasal Fizik Enstitüsü

Büyük Tesis 40 Gün Çalıştı

Araştırma, ekibin 2023 yılında geliştirdiği 25 kilowattlık üniteye dayanıyor. Bu sistem aynı desalinasyon teknolojisini kullanıyordu ve Çin Petrol ve Kimya Sanayii Federasyonu tarafından uluslararası düzeyde önde gelen bir performansla değerlendirildi. Araştırmacılar şimdi tasarımı 250 kW ölçeğine çıkardı.

Büyük tesis, yılda 380 bin standart metreküp (yaklaşık 13,4 milyon standart feet) hidrojen üretebiliyor. Üretilen hidrojenin saflığı yüzde 99,99’a ulaşıyor. Tesis ayrıca yılda 256 ton (yaklaşık 282 Amerikan tonu) tatlı su üretiyor. Test sırasında sistem, günlük aç-kapa koşulları altında performansında belirgin bir düşüş olmadan 40 gün çalıştı.

Düşük Maliyet Yeşil Hidrojeni Destekleyebilir

Çalışma, entegre sistemin elektrik kullanımının geleneksel alkali su elektroliziyle karşılaştırıldığında yüzde 14,4 arttığını buldu. Araştırmacılar ayrıca sistemin, ardından elektroliz gelen geleneksel deniz suyundan desalinasyon yönteminden daha rekabetçi olabileceğini tespit etti.

Tahmini hidrojen üretim maliyeti, elektriğin karadan rüzgar enerjisiyle saat başına 0,033 dolar (yaklaşık 1,60 TL) maliyetle sağlandığında kilogram başına 2,10 dolar (yaklaşık 103 TL) olarak hesaplandı. Elektrik maliyeti güneş enerjisinden saat başına 0,049 dolar (yaklaşık 2,70 TL) olduğunda bu maliyet kilogram başına 2,90 dolara (yaklaşık 143 TL) yükseliyor. Çalışma, bu rakamları kilogram başına yaklaşık 3,90 dolar (yaklaşık 192 TL) olan güncel hidrojen satış fiyatıyla karşılaştırdı.

Deng, gelecekteki çalışmaların daha iyi katalizörler, elektrolizörden harcamanın geri kazanımının iyileştirilmesi ve işletme parametrelerinin yapay zeka tabanlı optimizasyonuyla sistemin verimliliğinin artırılmasına odaklanması gerektiğini söyledi. Çalışma, Nature Energy dergisinde yayımlandı.