Ydinvoiman hyödyntäminen ei rajoitu pelkästään sähkön tuottamiseen. Se tarjoaa myös merkittäviä mahdollisuuksia yhteiskunnan muiden tarpeiden täyttämiseen, erityisesti lämmön hyödyntämiseen, mikä parantaa termodynaamista suorituskykyä vähentämällä ympäristöön vapautuvaa lämpöä. Yksi tärkeimmistä sovelluksista on ydinvoiman käyttö makean veden suolanpoistoon. Kansainvälinen atomienergiajärjestö (IAEA) on edistänyt ydinenergian käyttöä ei-sähkösovelluksissa ja ylläpitää kansainvälisiä foorumeita, joissa keskustellaan sen käytön vahvistamisesta. Viime vuosina useat kansainväliset toimijat ovat osoittaneet kiinnostusta kehittää ohjelmia, jotka liittyvät ydinvoimaloiden ja matalatehoisten reaktoreiden yhdistämiseen muiden arvoa lisäävien tuotteiden tuottamiseen.

Ydinvoimala voi tuottaa sekä sähköä että lämpöä, joita voidaan käyttää eri tarkoituksiin, mukaan lukien makean veden tuottaminen suolanpoistoteknologioilla. Ydinvoiman käyttö suolanpoistoon on saanut laajaa huomiota ja tukea monilta eri mailta. Esimerkiksi Japanissa, Yhdysvalloissa, Intiassa ja Pakistanissa on jo pitkään kehitetty ja käytetty ydinvoimaloiden yhdistämistä suolanpoistoon. IAEA on myös kehittänyt ja tarjonnut erilaisia työkaluja suolanpoiston taloudelliseen arviointiin ja termodynaamiseen optimointiin. Tällaisia työkaluja, kuten ND-työkalu, on käytetty monilla eri alueilla, joissa suolanpoistoa on yhdistetty ydinvoimaloihin.

Ydinvoimala, joka tuottaa makeaa vettä, on käynnistynyt monilla paikkakunnilla ympäri maailmaa. Esimerkiksi Japanissa on käytössä laitoksia, jotka pystyvät tuottamaan jopa 2000 m3 päivässä, kun taas Kazakstanissa kyetään tuottamaan jopa 80 000 m3 päivässä. Yhdysvalloissa, Diablo Canyonin voimalaitos on esimerkki laitoksesta, joka tuottaa 4500 m3 päivässä. Nämä laitokset käyttävät hyväkseen ydinvoiman tuottamaa lämpöä ja sähköä prosessissa, joka tuottaa raikasta juomavettä.

Eri tyyppiset ydinreaktorit voivat liittyä suolanpoistolaitoksiin, ja useita reaktorityyppejä on kehitetty tätä varten. Ydinvoimalat, kuten LMFR (Liquid Metal Fast Reactor), PWR (Pressurized Water Reactor), BWR (Boiling Water Reactor) ja PHWR (Pressurized Heavy Water Reactor), ovat kaikki esimerkkejä reaktoreista, jotka voivat tuottaa sekä sähköä että lämpöä. LMFR-reaktorit voivat tuottaa erittäin korkeita lämpötiloja ja ovat erittäin polttoainetehokkaita. PWR-reaktorit, jotka käyttävät korkeapainesuurta vettä jäähdytyksessään, pystyvät siirtämään lämpöä toiseen vesikiertoon, joka tuottaa höyryä turbiinin pyörittämiseksi. Toisaalta BWR-reaktorit tuottavat suoraan höyryä, joka pyörittää turbiinia. Lisäksi PHWR-reaktorit hyödyntävät raskasta vettä moderatorina ja käyttävät luonnollista uraania polttoaineena.

Ydinvoimaloiden vesivarantojen käyttö on kuitenkin erittäin tärkeää suunnitteluprosessissa. Ydinvoimalat tarvitsevat suuria määriä vettä sekä pää-, apu- että jäähdytysjärjestelmiin. Tämä vedenkulutus on oleellinen tekijä, kun suunnitellaan voimalan rakentamista. Vedenkulutus voidaan jakaa kolmeen pääkategoriaan: jäähdytysveden, demineralisoidun veden ja juomaveden tarpeet. Jäähdytysvesi, joka on suurin vesimäärä voimalassa, käytetään poistamaan jäännöslämpöä turbiinista, kun taas demineralisoitua vettä tarvitaan prosessijärjestelmiin, erityisesti reaktorin pää- ja apukiertojärjestelmiin. Juomavettä käytetään voimalaitoksen yleisiin tarpeisiin, kuten sanitaatioon ja palojärjestelmiin.

Vesivarojen lisäämiseen liittyvät tarpeet ovat erityisen tärkeitä alueilla, joissa veden saanti on rajallista. Tällöin ydinvoiman käyttö makean veden tuottamiseen voi ratkaista vesipulaa ja parantaa alueiden elinoloja. Ydinvoimaloiden rinnalle rakennettavat suolanpoistolaitokset voivat tuottaa raikasta vettä sekä teollisiin että kotitalouskäyttöihin.

Tässä kontekstissa on tärkeää ymmärtää, että ydinvoimala voi omavaraisesti tuottaa demineralisoitua vettä ja poistaa perinteisten ioninvaihtohartsien tarpeen, mikä vähentää ympäristövaikutuksia ja auttaa vähentämään hiilidioksidipäästöjä. Tämä on askel kohti kestävämpää ja vähäpäästöisempää energiantuotantoa.

Lisäksi hybridijärjestelmät, jotka yhdistävät lämpö- ja kalvoratkaisut suolanpoistoon, ovat olleet tutkimuksen kohteena jo yli 20 vuoden ajan. Nämä järjestelmät hyödyntävät ydinvoimalan tuottamaa höyryä suolanpoistoon ja voivat parantaa veden tuottamisen tehokkuutta. Tällaiset yhdistelmäratkaisut voivat tarjota merkittäviä etuja alueilla, joissa veden tarpeet ovat suuria ja samanaikaisesti tarvitaan ympäristöystävällisiä energiaratkaisuja.

Ydinvoiman ja suolanpoiston yhdistäminen voi olla keskeinen osa globaalien vesikriisien ratkaisemista, erityisesti alueilla, joilla on korkea vesistressi.

Aurinkoenergian hyödyntäminen veden haihduttamiseen ja kestäviin energiaratkaisuihin

Veden haihtuminen aurinkoenergian avulla on jäänyt monilta osin huomiotta, vaikka se on valtava ja osittain käyttämätön resurssi. Maapallo absorboi noin 35 % auringon säteilyenergiasta, ja tästä huomattava osa, noin 60 petawattia (10^15 W), menee vesistöihin. Tämä suuri määrä energiaa voisi helposti kattaa globaalin energiatarpeen, joka on vain noin 1 terawatti (10^12 W). Veden aurinkohaihdutus on jatkuva ja spontaani faasimuutosprosessi, jossa nestemäinen vesi muuttuu höyryksi ympäristön lämpöenergiaa imemällä. Tämä prosessi on luonteeltaan erilaista verrattuna perinteisiin liikkuviin vesivoimaloihin, kuten vesivoimaan, sillä veden rooli aurinkohaihdutuksessa ei ole suora energian kantaja vaan väline, joka muuntaa ympäristön lämpöä sähköksi.

Perinteisissä aurinkoenergiapohjaisissa meriveden suolanpoistojärjestelmissä haihdutusprosessin käynnistämät erityisolosuhteet, kuten nopea höyryn muodostuminen, veden virtauksen kiihtyminen ja suolapitoisuuserot termoelementtievaporatiivissa haihdutuksessa, luovat ainutlaatuisia mahdollisuuksia sähköntuotantoon ja puhtaan veden tuottamiseen. Näin ollen aurinkoenergian ja veden haihdutuksen integroiminen tarjoaa erittäin houkuttelevan ratkaisun hajautettuihin veden ja energian toimituksiin.

Veden ja energian kytkeytyminen toisiinsa on keskeinen kysymys, joka vaikuttaa molempien saatavuuteen ja turvallisuuteen. Tällä hetkellä veden ja energian teknologiat toimivat suurimmaksi osaksi erillään, vaikka niiden yhdistäminen voisi merkittävästi parantaa tehokkuutta. Veden niukkuus on kasvava ongelma, ja suolanpoisto merivedestä on keskeinen strategia veden puutteen ratkaisemiseksi. Maapallon suurin osa vedestä on merivettä, joten sen suolanpoisto on ratkaisevan tärkeää. Toisaalta sähkö on olennainen osa nyky-yhteiskuntaa, mutta sen tuotanto ja kysyntä ovat epätasapainossa. Fossiilisten polttoaineiden käyttö sähkön tuottamiseen on ollut vallitseva menetelmä yli vuosisadan ajan, mutta nykyisin tämä menetelmä on täynnä kasvavia ympäristöriskejä ja turvallisuusuhkia, jotka johtuvat rajallisten fossiilisten resurssien kulutuksesta ja saastumisen lisääntymisestä, joka puolestaan kiihdyttää ilmastonmuutosta.

Perinteinen meriveden suolanpoistomenetelmä, käänteisosmoosi (RO), on tunnettu korkeista energiakustannuksistaan ja matalista veden palautusasteistaan, pääasiassa suolavesiliuoksen keskittymisen ja osmoottisen paineen rajoitteiden vuoksi. Sen sijaan kalvopohjainen suolanpoisto (MD) tarjoaa parempia ratkaisuja käänteisosmoosin haasteisiin, kuten alhaisemmat käyttöpaineet ja paremman suolanpoistotehokkuuden. MD-tekniikassa kuitenkin ilmenee ongelmia, kuten lämpöpolarisaatio ja suurien energiantarpeiden hallinta. Tähän haasteeseen tuo uudenlaista kestävää lähestymistapaa fototerminen kalvovaihtomenetelmä (PMD), joka yhdistää auringonvalon ja kalvoteknologian luodakseen tuoretta vettä ilman sähköä.

Aurinkoenergian fotovoltaisten (PV) järjestelmien integroiminen aurinkohaihdutukseen voi ratkaista monia teknologian nykyisiä rajoitteita ja parantaa energiantuotannon ja veden puhdistamisen tehokkuutta. PV-järjestelmät, jotka käyttävät aurinkosäteilyä suoraan sähköntuotantoon, ovat erinomaisia sen vähäisten hiilidioksidipäästöjen ja teknologian kehittyneisyyden vuoksi. Tämä mahdollistaa aurinkoenergian hyödyntämisen yhä laajemmin energiantuotannossa, mutta PV-järjestelmien tehokkuus on rajoitettu niiden kyvyllä muuntaa valoa sähköksi. Auringon lyhytaaltoiset fotonit, jotka ylittävät puolijohteen kaistanleveyden, muuttuvat sähköenergiaksi, mutta pitkät aallonpituudet, jotka jäävät kaistan alapuolelle, muuntuvat lämmöksi ja menevät osittain hukkaan.

PV-järjestelmien heikkoutena on myös se, että auringonvalon lämpö lisää paneelien lämpötilaa, mikä puolestaan heikentää niiden tehokkuutta. Tämän ongelman korjaamiseksi tutkijat etsivät tehokkaita jäähdytysmenetelmiä PV-paneeleille. Aurinkopaneelien lämmönhallinta on tärkeä osa suurten aurinkosähkölaitosten suunnittelua, koska suuri lämpökuorma voi pahentaa kaupunkialueiden lämpösaarekeilmiötä, joka vaikuttaa ympäristön lämpötiloihin ja ilmastoon.

Ehdotettu lähestymistapa on yhdistää PV-järjestelmät ja PMD-tekniikka siten, että aurinkoenergiasta saatu korkean energian fotonit kerätään PV-paneeleihin sähkön tuottamiseen, kun taas matalamman energian fotonit voidaan ohjata haihdutusprosessiin. Tämä hybridimalli parantaa aurinkoenergian käytön tehokkuutta, kun se yhdistää sähköntuotannon ja veden puhdistuksen. Samalla se vähentää ympäristölle aiheutuvia haittoja, sillä se hyödyntää aurinkoenergiaa monipuolisesti ja kestävällä tavalla.

On myös tärkeää muistaa, että desali- prosessi palvelee kahta tavoitetta: se tuottaa tuoretta vettä ja samanaikaisesti jäähdyttää PV-paneeleita, mikä parantaa niiden suor

Mikä on muuttolintujen rooli maaseudun ja kaupunkien ekosysteemeissä?
Miten koneet voivat luoda väärää tietoa ja miksi tämä on tärkeää ymmärtää?
Miten tunnistaa ja ehkäistä pyöräilijöiden kipuja ja vammoja?
Miten visio, missio ja arvot ohjaavat liiketoimintaa?
Miten Saat Auringon Häivymään: Tarina Yksiin Seitsemään