Classification of Geothermal Waters in Turkey with Piper Diagram and Its Effect on Concrete

Year 2025, Volume: 15 Issue: 1, 193 - 203, 01.03.2025

Arif Emre Sağsöz , Murat Caf , Ahmet Tuğrul Yildiz , Rıza Polat

https://doi.org/10.21597/jist.1535122

Abstract

The need for energy is increasing simultaneously with technological developments, increasing population and the desire for a better lifestyle. Increasing energy demand also triggers an increase in CO2 emissions from fossil fuels. In order to prevent this situation, the demand for sustainable, clean, renewable energy sources is on the agenda. Solar, wind, sea, biomass, geothermal, etc. energies obtained from sources reduce the problems caused by CO2 emissions and create a more sustainable environment. In Turkey, which is one of the richest countries in terms of geothermal resources, the temperature, pH and chemical content of the waters differ. These differences affect the service life of concrete-based materials in the facilities where geothermal waters are used, both as a result of the investigations carried out in existing geothermal facilities and as a result of literature research. For this purpose, geothermal waters in Turkey have been classified in terms of temperature and chemical content. Piper Diagram, one of the graphical methods of water chemistry, was used in the classification. As a result, it was observed that the wells containing sodium, chlorine and bicarbonate type water in Turkey are more abundant, generally have pH values below 10 and have different temperatures between 20-240°C. It has been observed that geothermal waters have different effects on concrete such as curing, abrasion, precipitation, etc., which are generally negative due to their different temperature and chemical properties.

Keywords

Geothermal waters, Concrete, Durability, Sustainability, Piper Diagram

Türkiye’deki Jeotermal Suların Piper Diyagramı ile Sınıflandırılması ve Beton Üzerine Etkisi

Abstract

Dünyada teknolojik gelişmeler, artan nüfus, daha iyi yaşam tarzı arzusu ile eş zamanlı olarak enerji ihtiyacı da artmaktadır. Artan enerji ihtiyacı fosil yakıtlardan kaynaklı CO2 emisyonlarının artmasını da tetiklemektedir. Bu durumun önüne geçmek için sürdürülebilir, temiz, yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelik talep gündeme gelmektedir. Güneş, rüzgâr, deniz, biokütle, jeotermal vb. kaynaklardan elde edilen enerjiler CO2 emisyonlarından kaynaklı sorunları azaltmakta ve daha sürdürülebilir ortam oluşturmaktadır. Jeotermal kaynaklar bakımından en zengin ülkelerden biri olan Türkiye’deki sular, sıcaklık, pH ve kimyasal içeriklerinden dolayı farklılık göstermektedir. Bu farklılıklar ise jeotermal suların kullanıldığı tesislerde beton esaslı malzemelerin servis ömürlerini etkilediği hem mevcut jeotermal tesislerde yapılan incelemeler hem de literatür araştırmaları sonucunda görülmektedir. Bu amaçla, Türkiye de bulunan jeotermal suların sıcaklık, pH ve kimyasal içerik bakımından sınıflandırılması yapılmıştır. Sınıflandırmada su kimyası grafiksel yöntemlerinden biri olan Piper Diyagramı kullanılmıştır. Sonuç olarak, Türkiye de bünyesinde sodyum, klor ve bikarbonat tip su barındıran kuyuların daha fazla olduğu, genellikle pH değerlerinin 10’un altında ve 20-240°C arasında farklı sıcaklıklara sahip oldukları görülmüştür. Jeotermal sular farklı ısı ve kimyasal özelliklerinden dolayı beton üzerinde genel olarak olumsuz olmak üzere kürleme, aşındırma, çökelme gibi farklı etkilere sahip olduğu değerlendirilmiştir.

Keywords

Jeotermal Sular, Beton, Durabilite, Sürdürülebilirlik, Piper Diyagram

References

• Al-Obaidi, S., Davolio, M., Monte, F. L., Costanzi, F., Luchini, M., Bamonte, P., & Ferrara, L. (2022). Structural validation of geothermal water basins constructed with durability enhanced ultra high performance fiber reinforced concrete (Ultra High Durability Concrete). Case Studies in Construction Materials, 17, e01202.
• Baradan, B. (2012). Yazıcı H, Aydın S, BETON. Dokuz Eylül Üniversitesi Müh. Fak. Yayınları.
• Baradan, Bülent, & Aydın, S. (2013). Betonun Durabilitesi (Dayanıklılık, Kalıcılık). Beton 2013 Hazır Beton Kongresi, 265-288.
• Chen, H.-J., Yang, T.-Y., & Tang, C.-W. (2009). Strength and durability of concrete in hot spring environments. Comput. Concrete, 6(4), 269-280.
• Çetin, A. (2014). Ülkemizin jeotermal enerji kapasitesi ve yapılabilecekler. Geleceği Önemseyenler Derneği. Ankara.
• Çomaklı, S. (2021). Jeotermal suların farklı tip çimentolar ile üretilmiş harçların durabilitesine etkisinin incelenmesi (Yüksek Lisans). Atatük Üniversitesi.
• Dickson, M. H., & Fanelli, M. (2018). What is geothermal energy? İçinde Renewable Energy (s. Vol1_302-Vol1_328). Routledge. Geliş tarihi gönderen https://www.taylorfrancis.com/chapters/edit/10.4324/9781315793245-25/geothermal-energy-mary-dickson-mario-fanelli
• Eroğlu, A., & Aksoy, N. (2003). Jeotermal Sularnn Kimyasal Analizi. VI. Ulusal Tesisat Mühendisliği Kongresi ve Sergisi, Bildiriler Kitabn, 143-183.
• Fridleifsson, I. B. (2001). Geothermal energy for the benefit of the people. Renewable and sustainable energy reviews, 5(3), 299-312.
• Güçlü, B. (2022). Farklı cürufların kullanıldığı betonlarda jeotermal suların etkileri. Atatürk Üniversitesi, Yök Tez.
• Hutter, G. (2020). Geothermal power generation in the world 2015–2020 update report. Proceedings of the world geothermal congress, Reykjavik, Iceland, 26.
• Kars, T. (2023). Jeotermal sulara maruz kalan uçucu kül ve silis dumanı içeren betonların özelliklerinin incelenmesi. Atatürk Üniversitesi, Yök Tez.
• Kaygusuz, K., & Kaygusuz, A. (2004). Geothermal energy in Turkey: The sustainable future. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 8(6), 545-563.
• Külekçi, Ö. C. (2009). Yenilenebilir enerji kaynakları arasında jeotermal enerjinin yeri ve Türkiye açısından önemi. Ankara Üniversitesi Çevrebilimleri Dergisi, 1(2), 83-91.
• MTA Genel Müdürlüğü. (2005). Türkiye Jeotermal Kaynaklar Envanteri.
• Nogara, J., & Zarrouk, S. J. (2018). Corrosion in geothermal environment Part 2: Metals and alloys. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 82, 1347-1363.
• Piper, A. M. (1944). A graphic procedure in the geochemical interpretation of water‐analyses. Eos, Transactions American Geophysical Union, 25(6), 914-928. https://doi.org/10.1029/TR025i006p00914
• Shatat, M. R. (2014). Effect of hydrothermal curing on the hydration characteristics of artificial pozzolanic cement pastes placed in closed system. Applied Clay Science, 96, 110-115. https://doi.org/10.1016/j.clay.2014.04.032
• Şener, M. F., Öztürk, M. Z., & Baba, A. (2023). A review of the geothermal system evolution and distribution in the Central Anatolian Crystalline Complex (Türkiye). Turkish Journal of Earth Sciences, 32(6), 703-720.
• Yıldız, A. T. (2020). Jeotermal Suların Mineral Katkılı Harçların Kalıcılık Özelliklerine Etkisi (Yüksek Lisans). Atatürk Üniversitesi.