A víz világnapjára: Szélfútta megoldás Izrael vízproblémájára?"

Egy új, izraeli gyártmányú szélturbina lehetővé teszi a víz sótalanítását elektromos áram nélkül; a Technion kutatóinak találmánya forradalmi változásokat hozhat az édesvíz elérhetőségében világszerte. A ynetnews.com írása alapján.

Izraelben a tenger szinte szó szerint a vízcsapokba ömlik. Az izraeliek büszkék országuk sótalanítás terén elért eredményeire: a Izrael Földközi-tenger partjainál öt üzem található, amelyek a hazai lakossági vízfogyasztás mintegy 75%-ának megfelelő ivóvizet termelnek, és további két létesítmény épül az elkövetkező években.

Tökéletes megoldás egy sivatagi ország számára? 

Talán, de mindennek ára van: ahhoz, hogy a tengervizet vagy a brakkvizet (édes és tengervíz keveréke, leginkább folyótorkolatoknál) ihatóvá tegyék, az izraeli sótalanító üzemek rengeteg villamos energiát fogyasztanak.

Egy új találmány, amelyet nemrég mutattak be a Grand Water Research Institute (GWRI) ötödik, félévente megrendezett diákkonferenciáján, megpróbálja megoldani ezt az energiaproblémát, és akár forradalmat is hozhat a sótalanított víz elérhetőségében világszerte.

A haifai Technion kutatóinak találmánya egy egyedülálló szélturbinából áll, amelynek működéséhez nincs szükség áramra, olcsó, könnyen használható és egyszerűen karbantartható.

A sótalanítási folyamatok által felhasznált elektromos energia ma körülbelül 3,5 kilowattórát (kWh) tesz ki egy köbméter vízre vetítve. A szemléltetés kedvéért: 2015-ben az Izraelben megtermelt elektromos energia mintegy 4%-át használták fel sótalanításra.

Amellett, hogy az ilyen hatalmas energiafogyasztás - amelyet Izraelben főként fosszilis tüzelőanyagok elégetésével állítanak elő – magas környezeti költségekkel jár, jelentős áramigénye miatt a sótalanítás és víztisztítás technológiája a világon több mint egymilliárd ember számára elérhetetlen, akik így nem jutnak tiszta ivóvízhez.

Az új találmány középpontjában egy a legtöbbünk számára ismeretlen turbina típus áll – a függőleges tengelyű szélturbina (VAWT). Ez a turbina egy függőleges tengely körül forog, szemben az közismertebb szélturbinákkal, amelyek tengelye vízszintes.

"Egy 'normál' szélturbina lapátjának csúcsa körülbelül hétszer gyorsabban forog, mint az azt mozgató szél, míg a mi lapátjaink körülbelül ugyanolyan sebességgel forognak, mint a szél – vagyis akár hétszer lassabban, mint a hagyományos szélturbinák" – magyarázza David Keisar, a Technion Gépészmérnöki Karának munkatársa, aki a kutatást – David Greenblatt professzor irányításával – a Grand Technion Energy Program (GTEP) doktori disszertációjának részeként végezte.

"Függőleges tengelyű turbináink még alacsony szélsebességnél is jól működnek, és méretükhöz és fordulatszámukhoz képest nagyon hatékonyan termelnek energiát." Keisar szerint az a tény, hogy a függőleges tengelyű turbinák lassan forognak, sokkal csendesebbé teszi őket, mint a vízszintes tengelyűeket, valamint biztonságosabbak a madarak számára is – amik látják a lapátokat, és nem repülnek bele.

Keisar szerint a VAWT-k használatának másik előnye abban rejlik, hogy a forgó lapátok a turbina teljes magasságát átfogó tengelyhez kapcsolódnak – így a turbina forgási sebességét kihasználó bármilyen eszköz – legyen az elektromos generátor vagy bármilyen más eszköz – a talaj közelében helyezhető el, és nem a turbina tetején, ahogy azt a vízszintes tengelyű turbinák megkövetelik.

Ez a tény leegyszerűsíti a telepítést, valamint az üzemeltetést és karbantartást.

Mindezen előnyök említése felveti a kérdést: miért nem használunk mindig függőleges tengelyű turbinákat a jól ismert vízszintes tengelyűek helyett?

"A vízszintes tengelyű turbinák még mindig jobbak a nagy teljesítményű áramtermelésben, és gazdaságilag is ezek a leghatékonyabbak nagy léptékben" – magyarázza Keisar. Ráadásul szerinte a VAWT-k tengelye és csapágyai (a forgás közbeni súrlódást csökkentő alkatrészek) hajlamosak gyorsabban szétesni és eltörni, mint vízszintes tengelyű társaik esetében.

"Ez a probléma azonban főleg akkor merül fel, ha a függőleges tengelyű turbinák nagyok" – nyugtat meg Keisar. "Ha kicsik, akkor jól működnek és sokkal robusztusabbak."

Ezért a kis rendszereknél, amelyeket távoli helyeken, nem szakemberek által történő használatra szánnak, a függőleges tengelyű turbinák előnyei –, hogy képesek alacsony sebességű széllel működni, függetlenül a szél irányától, valamint a könnyű telepítés és karbantartás – jobb megoldássá teszik őket a vízszintes tengelyűeknél.

A szivattyú a sós vizet egy fordított ozmózisos sótalanító rendszeren keresztül helyezi nyomás alá - ez manapság a sótalanítás fő típusa Izraelben és világszerte. A fordított ozmózis során a tengervizet vagy brakkvizet nagy nyomáson egy részben áteresztő membránon vezetik át: a víz szabadon áramlik át rajta, de a sók mintegy 99%-a elzáródik. A membránon való áthaladás után a víz iható, mivel szinte teljesen mentes a sóktól.

"Sikerült létrehoznunk egy olyan rendszert, amely a bemenő szélenergia mintegy 12-17 százalékát közvetlenül hidraulikus erővé alakítja át, szinte bármilyen szélsebesség és különösen széles sótartalom-tartomány esetén is" – mondja Keisar. "Ez ugyanolyan hatékony – ha nem hatékonyabb, – mint a szélenergiából áramot termelni, majd azt elektromos szivattyúval hidraulikus energiává alakítani".

"Az általunk kifejlesztett rendszer teljesen áram nélkül működik - nincs szükség arra, hogy megtermeljük vagy külső forrásból, például elektromos hálózatból vagy bármilyen energiatároló rendszerből vegyük" – mondja Keisar.

A kutatók jelenleg szabadalmaztatják rendszerüket, és céljuk, hogy kereskedelmi forgalomba hozzák. Reményeik szerint az első rendszerek, amelyek a rászoruló közösségek friss vízzel való ellátására szolgálnak, néhány éven belül üzembe állhatnak.

Keisar szerint a sótalanítás nem az egyetlen cél, amit ezek a rendszerek szolgálhatnak: "általában az ivóvíz minőségének javítására is használhatók, mivel olyan víztisztító rendszerekkel lehet őket összekapcsolni, amelyek képesek sokféle szennyeződést eltávolítani a vízből" – mondja. "Az elképzelés az, hogy különböző rendszereket fejlesszünk ki, amelyek a függőleges tengelyű szélturbinákat vízkezelő gépekkel kombinálják, mindezt egyszerűen, olcsón és könnyen kezelhető módon". A kutatók által kifejlesztett egyszerű rendszer globális szinten forradalmi jelentőségű lehet, mivel olyan energiaszegény közösségek is használhatják, amelyek nem jutnak tiszta édesvízhez. Az ENSZ szerint ma mintegy 1,2 milliárd ilyen ember él a világon – és a jelenlegi előrejelzések szerint ez a szám 2030-ra mintegy 1,6 milliárdra nő.