Karbon ayak izi bırakmadan içme suyu üretilebilir mi?

Doğu ve batı kıyıları denizle çevrelenen Suudi Arabistan'ın kavrulmuş toprakları dünyanın en sıcak ve en kurak yerlerinden biri. Bu kurak ülkenin karşı karşıya olduğu zorluklar düşünüldüğünde “Su, su, nereye baksan yalnızca su; ama hiçbir yerde yok içecek bir damla” dizeleri akla geliyor.

Başkent Riyad'da yağış ortalamaları yılda sadece 7,62 santimken ülkenin bazı bölgeleri 10 yıl veya daha uzun süre yağmur görmeyebilir. Yaz aylarında, şehirlerdeki sıcaklıklar düzenli olarak 40 santigrat dereceyi aşıyor, çölde 55 santigrat dereceye yükseliyor. Ülkede göl veya nehir yok ve yeraltı akiferleri hızla tükeniyor.

Elbette Suudi Arabistan suyun değerini çok iyi biliyor.

Fakat Coleridge'in ünlü şiiri "Yaşlı Gemici"deki (The Rime of the Ancient Mariner) kayıp ve umutsuz denizcilerin aksine, Suudi bilim insanları tuzdan arındırma (desalinasyon) yoluyla etraflarındaki tuzlu deniz suyunu yararlı hale getirdi. Şimdi dünyanın en büyük tuzdan arındırılmış su üreticisi olarak bu temel kaynağın hem ekonomik hem de sürdürülebilir olduğu bir geleceğe doğru ilerliyorlar.

Sıfır karbon salımıyla tuzdan arındırma

Geleneksel olarak tuzdan arındırma, içilebilir sıvıyı tuzlardan ve diğer kirleticilerden ayırmak için deniz suyunun ısıtıldığı damıtma yoluyla elde edilir. İşlem sadece enerji yoğun değil, aynı zamanda pahalıdır.

Fakat bu, 2016'da Veliaht Prens Muhammed bin Selman'ın Suudi toplumunun her alanında yaşamı iyileştirmeyi amaçlayan stratejik bir plan olan 2030 Vizyonu'nu duyurmasıyla değişti. Plan (yenilenebilir kaynaklardan elde edilen enerjiyi artırmak ve karbon salımlarını azaltmak gibi) şimdi Suudi Çevre İnisiyatifi'nin bir parçasını oluşturan bir dizi sürdürülebilirlik taahhüdü içeriyordu.

Damlama etkisi her yerde ama özellikle de ülkenin su endüstrisinde görüldü. Girişimin başını krallığın tuzdan arındırılmış suyunun yaklaşık yüzde 70'ini üreten Tuzlu Su Dönüştürme Kurumu (Saline Water Conversion Corporation, SWCC) çekiyor.

SWCC, tesislerindeki termal damıtma teknolojisini, tuzlu suyu ince membran filtrelerden geçiren ve daha enerji verimli bir süreç olan ters ozmozla değiştirmek için bir program başlattı. SWCC'ye göre bu yöntem damıtmaya kıyasla genellikle aynı miktarda su üretmek için gereken enerjinin sadece 4'te birini kullanıyor.

SWCC'nin danışman mühendisi Nikolay Voutchkov'a göre kurum, kullanılan enerji miktarını yarıya indirmek için (Suudi Arabistan merkezli bilim insanları tarafından geliştirilen) yeni bir membran filtrasyon teknolojisi geliştirdi. Gerçekten de o kadar etkili ki SWCC, Mart 2021'de dünyanın en az enerji kullanan su desalinasyon tesisiyle yeni bir Guinness Dünya Rekoru kırdı.

Voutchkov "Şimdiye kadar elde ettiğimiz başarılara rağmen hala daha iyisini yapmaya yönelik dürtümüz sürüyor" dedi.

SWCC, 2030'a kadar enerji tüketimini yarıya indirmeyi ve 2050'ye kadar karbon nötr hale gelmeyi hedefliyor. Voutchkov bu değişimin çoğunun tesislerde kullanılan teknolojilerin daha da geliştirilmesinden geçtiğini söylüyor. Bunlar arasında gelişmiş membran filtrasyon sistemleri, atıkları hemen hemen sıfıra indirecek yeni enerji geri kazanım cihazları ve enerji verimi daha yüksek pompalar yer alıyor. Hepsi de fosil yakıt kullanımını azaltmaya katkıda bulunuyor.

SWCC ayrıca damıtma süreçlerine daha gelişmiş karbon yakalama ve depolama süreçleri getirmeyi ve CO2 salımlarının daha fazla tutulmasını teşvik etmek için tesislerinde kapsamlı bir ağaç dikme programı başlatmayı planlıyor.

Tuzdan arındırma tesisleri de daha akıllı hale getiriliyor. Voutchkov, yapay zeka sistemlerinin yardımıyla makinelerin, su üretirken enerji ve kimyasal kullanımlarını kendi kendilerine en üst düzeye çıkarabildiğini söylüyor.

Bu karbon salımlarının bir kısmı da belki güneşin gücünden yararlanılarak önlenebilir: Suudi Arabistan'daki Kral Abdullah Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'ndeki (Kaust) bilim insanları bunu araştırıyor.

Düşünülen fütüristik önerilerden biri, deniz suyunu buharlaştırmak ve tatlı su üretmek için güneşten gelen ısıyı yoğunlaştıracak bir "güneş kubbesi". Buhar gücüyle elektrik üretmek için benzer türde teknolojilerden halihazırda istifade ediliyor fakat bilim insanları bunun tam ölçekte uygulanmasını uygun bulursa ilk defa tuzdan arındırma için kullanılacak.

Fakat Kaust'ta daha gerçekçi prototipler halihazırda inşa edildi. Birinde, tuzdan arındırma ekipmanı güneş panelleriyle birleştirildi, böylece bu paneller tarafından üretilen ısı deniz suyunun buharlaşmasını sağladı. Testler her saat güneş paneli yüzeyinde metrekare başına 1,64 litreye kadar su üretilebildiğini ve suyun tarımda kullanılması için başka bir işleme ihtiyaç duyulmadığını ortaya koydu.

Salamurayı kaynağa dönüştürmek

Tuzdan arındırma (düşük enerji kullanılan ters ozmoz yöntemiyle bile) beraberinde başka bir zorlukla gelir: Salamura (kesif tuzlu su). Bu yan ürün kıyı yaşamını ve ekolojiyi etkileme potansiyeline sahip çünkü bazı tuzdan arındırma tesisleri onu öylece denize boşaltıyor. Gerçekten de gölleri ve nehirleri olmayan bir ülke olarak Suudi Arabistan, dünyanın en büyük salamura üreticisi.

Bir kez daha, Voutchkov'un iddialı bir planı var: Yan ürünü bir kaynağa dönüştürmek. Voutchkov, "Tuzdan arındırma endüstrisi salamura boşaltımının deniz ortamına etkisi konusunda sıklıkla sorun yaşıyor" diye anlatıyor.

Fakat gerçek şu ki, günümüzde tuzdan arındırma endüstrisi ve düzenleyiciler proje geliştirme ve uygulama süreçlerinin tüm aşamalarında çevreye muhtemel etkilerini tahmin etmek, izlemek ve kontrol etmek için kapsamlı bir sisteme sahip.

Voutchkov'a göre Suudi Arabistan'da deniz ortamının muhafaza edildiğinden ve korunduğundan emin olmak için tuzdan arındırma tesislerinden yapılan boşaltımlar sürekli olarak izleniyor ve tüm atıklar çevre açısından güvenli bir standartta işleniyor.

Bilim insanı, salamuranın sodyum klorür, magnezyum ve rubidyum gibi mineraller açısından zengin olduğunu ve bu değerli kaynakların ayrıştırılmasının tamamen yeni bir endüstriyel zinciri destekleyebileceğini ekliyor.

Voutchkov,  "Ticari gelirler, Suudi Arabistan'daki su üretiminin maliyetini tamamen sübvanse etme ve bizi Krallık için yeni yenilenebilir enerji kaynaklarına yönlendirme potansiyeline sahip" diyor.

Krallıkta minerallerin ve nadir metallerin salamuradan ayrıştırılacağı bir "salamura madeni" görevi görecek yeni bir arıtma tesisi inşa etmeye yönelik planlar şimdiden hazırlanıyor. Örneğin klor ve kostik soda gibi ürünler üreten yerel klor-alkali şirketlerine sodyum klorür satılacak.

SWCC'de Araştırma, Yenilik ve Tuzdan Arındırma Teknolojileri Enstitüsü Müdürü Dr. Ahmed el-Amudi'ye göre tesis çalışır duruma geldiğinde bu hammaddelerin Suudi Arabistan'daki birkaç klor-alkali üreten şirkete teslim edileceğine dair anlaşmalar şimdiden yapıldı.

Dr. el-Amudi'nin ekibi ayrıca çevre açısından güvenli enerji üretmek amacıyla salamuradan rubidyumu ayrıştırmanın yollarını araştırmak için ABD Enerji Bakanlığı'yla ortak bir araştırma programı üzerinde çalışıyor.

Hidrojel teknolojisi

Namibya'nın yağışların az ve faunanın suya aç olduğu sisli çöllerinde, yaratıcılık karşılığını alır. Bu nedenle ancak bir çilek kadar büyük bir yaratık olan sis böceği, uzun kum tepelerine tırmanırken ve amuda kalkarken görülebilir. Su açısından zengin bu yüksekliklerde sis, böceğin vücudunda yoğunlaşır ve doğrudan ağzına akar. Böylece su, havadan başarılı ve görünüşte büyülü bir şekilde ayrışmış olur.

Kaust'taki araştırmacılar benzer şekilde dahiyane sonuçlara ulaşan bir teknolojiyi mükemmelleştiriyor. 2018'de Peng Wang ve üniversitenin Su Desalinasyonu ve Yeniden Kullanım Merkezi'ndeki ekibi, başka bir kullanım ve hatta içme suyu için havadaki suyu yakalayabilen bir hidrojel (siyah, yumuşak bir damlaya benzeyen bir polimer) üretti.

Hidrojel suya özel bir açlık duyan ve zararsız bir tuz olan kalsiyum klorür içeriyor; bu tuz havadaki su buharını ve nemi emip doğru koşullara maruz kaldığında sıvıyı serbest bırakıyor.

Kaust'un prototip testlerinde 35 gram hidrojel, 37 gram su yakaladı. Birkaç saat güneşte bırakıldıktan sonra saf su jelden ayrıldı ve toplandı. Laboratuvar 3 litre su toplamanın günde yarım sent kadar düşük bir maliyete mal olabileceğini tahmin etti; bu, önümüzdeki yıllarda ülkenin daha az zengin bölgeleri için özel önem taşıyan bir unsur.

Bir sonraki aşama su üretimini kesintili bir süreçten sürekli hale getirmekti; ekip bu hedefe 2019'da ulaştı. Ve ekip 2020'de, özellikle Ortadoğu'nun sıcağında hayli işe yarar bir yeniliğe imza atarak hidrojelden gelen suyun soğutmada kullanıldığı bir güneş paneli prototipi geliştirmeyi başardı.

Sıcaklıklar yükseldikçe güneş panellerinin aslında daha az enerji ürettiği ve daha verimsiz hale geldiği az bilinen bir gerçektir. Kaust araştırmacıları testlerde, hidrojel tarafından salınan suyun güneş panellerini 10 santigrat derece kadar fazla soğutarak verimliliklerini önemli ölçüde artırabildiğini belirledi.

Projenin baş araştırmacısı Renyuan Li, araştırma sonuçlarını açıklarken şunları söyledi:

Su buharı her yerde olduğundan ve bu soğutma teknolojisinin farklı ölçeklere uyarlanması kolay olduğundan, bu soğutma teknolojisinin birçok uygulamanın gereksinimlerini karşılayabileceğine inanıyoruz.

Teknoloji elektronik cihazlar için birkaç milimetre kadar küçük, bir bina için yüzlerce metrekare kadar büyük veya enerji santrallerinin pasif soğutması için daha da büyük hale getirilebilir.

Suyun geleceği

İklim değişikliğinin etkileri arttıkça su gibi kaynaklar yalnızca daha değerli hale gelecek, bu da onu ucuz ve sürdürülebilir bir şekilde üretmenin her zamankinden daha önemli olduğu anlamına geliyor. Ve Suudi Arabistan'da halihazırda gerçekleşmekte olan araştırma ve yenilikler, dünyanın su kıtlığı olan diğer bölgelerinde de uygulanabilecek bir model olabilir.

Dr. el-Amudi'nin dediği gibi:

Su yaşam için çok önemli ve gelecek nesiller için onu korumamız gerekiyor.
Suudi Çevre İnisiyatifi, Suudi Arabistan'ın iklim değişikliğiyle mücadele amaçlı yekpare devlet yaklaşımıdır

Plastik karbon salınımında kömürü geride bırakabilir

Güney Kore karbon emisyonunu yüzde 40 azaltmak istiyor

Google' dan dünyaya bıraktığımız karbon izlerine ücretsiz erişim