Yeni Keşif Vücut Isısından Enerji Üretmenin Yolunu Açıyor

Kendinizi daha önce bir termal görüntüleme kamerasıyla gördüyseniz, vücudunuzun çok fazla ısı ürettiğini bilirsiniz. Bu aslında metabolizmamızın bir atık ürünüdür. İnsan vücudunun her bir metrekaresi saatte yaklaşık 19 kibrit çöpüne eşdeğer ısı yayar.

Ne yazık ki bu ısının büyük bir kısmı atmosfere karışır. Bunu enerji üretmek için kullanabilseydik harika olmaz mıydı? Araştırmalarım bunun gerçekten de mümkün olabileceğini gösterdi. Meslektaşlarım ve ben, çevre dostu malzemeler kullanarak enerji üretimi için vücut ısısını yakalamanın ve depolamanın yollarını keşfediyoruz.

Amaç, giyilebilir teknolojiler için yerleşik bir güç bankası gibi hareket ederek hem enerji üretebilen hem de depolayabilen bir cihaz yaratmak. Bu sayede akıllı saatler, fitness takip cihazları ya da GPS takip cihazları gibi cihazlar vücut ısımızdan faydalanarak çok daha uzun süre, hatta süresiz olarak çalışabilir.

Atık ısı üreten sadece vücudumuz değildir. Teknolojik olarak gelişmiş dünyamızda, araçlarımızın motorlarından mal üreten makinelere kadar her gün önemli miktarda atık ısı üretilmektedir.

Tipik olarak, bu ısı da atmosfere salınır ve enerji geri kazanımı için kaçırılmış önemli bir fırsatı temsil eder. Yeni ortaya çıkan “atık ısı geri kazanımı” kavramı bu verimsizliği gidermeyi amaçlamaktadır. Aksi takdirde boşa harcanacak olan bu enerjiyi kullanarak endüstriler operasyonel verimliliklerini artırabilir ve daha sürdürülebilir bir çevreye katkıda bulunabilirler.

Termoelektrik etki, ısının elektriğe dönüştürülmesine yardımcı olabilen bir olgudur. Bu etki, elektronlar sıcak taraftan soğuk tarafa akarak kullanılabilir elektrik enerjisi üretirken, sıcaklık farkının bir elektrik potansiyeli oluşturmasıyla çalışır.

Ancak geleneksel termoelektrik malzemeler genellikle kadmiyum, kurşun veya cıvadan yapılır. Bunlar, pratik uygulamalarını sınırlayan çevresel ve sağlık riskleriyle birlikte gelir.

 

Ahşabın Gücü

Ancak daha güvenli ve sürdürülebilir bir alternatif sunan ahşaptan da termoelektrik malzemeler üretebileceğinizi keşfettik.

Ahşap, yüzyıllardır insan uygarlıklarının ayrılmaz bir parçası olmuş, yapı malzemesi ve yakıt kaynağı olarak hizmet vermiştir. Endüstriyel süreçlerde sıklıkla kaybedilen atık ısıyı değerli elektriğe dönüştürmek için ahşaptan türetilmiş malzemelerin potansiyelini ortaya çıkarıyoruz.

Bu yaklaşım sadece enerji verimliliğini arttırmakla kalmıyor, aynı zamanda günlük malzemeleri sürdürülebilir enerji çözümlerinin temel bileşenleri olarak nasıl gördüğümüzü de yeniden tanımlıyor.

Limerick Üniversitesi'ndeki ekibimiz, Valencia Üniversitesi ile işbirliği içinde, İrlanda ahşap ürünlerini, özellikle de kağıt endüstrisinin bir yan ürünü olan lignini kullanarak atık ısıyı elektriğe dönüştürmek için sürdürülebilir bir yöntem geliştirdi.

Çalışmamız, lignin bazlı membranların bir tuz çözeltisine batırıldığında düşük sıcaklıktaki atık ısıyı (200°C'nin altında) verimli bir şekilde elektriğe dönüştürebildiğini göstermektedir. Lignin membranı boyunca sıcaklık farkı, tuz çözeltisindeki iyonların (yüklü atomlar) hareket etmesine neden olur.

Pozitif iyonlar daha soğuk tarafa doğru sürüklenirken, negatif iyonlar daha sıcak tarafa doğru hareket eder. Yüklerin bu şekilde ayrılması, membran boyunca elektrik enerjisi olarak kullanılabilecek bir elektrik potansiyeli farkı yaratır.

Endüstriyel atık ısının yaklaşık yüzde 66'sı bu sıcaklık aralığına düştüğünden, bu yenilik çevre dostu enerji çözümleri için önemli bir fırsat sunuyor.

Bu yeni teknoloji birçok alanda büyük bir fark yaratma potansiyeline sahiptir. Büyük miktarlarda artık ısı üreten imalat gibi sektörler, bu atık ısıyı elektriğe dönüştürerek büyük faydalar sağlayabilir. Bu da enerji tasarrufu yapmalarına ve çevre üzerindeki etkilerini azaltmalarına yardımcı olacaktır.

Bu teknoloji, uzak bölgelerde güç sağlamaktan günlük uygulamalarda sensörlere ve cihazlara güç sağlamaya kadar çeşitli ortamlarda kullanım alanı bulabilir. Çevre dostu olması da onu binalarda ve altyapıda sürdürülebilir enerji üretimi için umut verici bir çözüm haline getiriyor.

 

Depolamayla İlgili Sorun

Atık ısıdan enerji elde etmek sadece ilk adımdır; enerjinin etkin bir şekilde depolanması da aynı derecede önemlidir. Süperkapasitörler, elektriği hızla şarj ve deşarj eden enerji depolama cihazlarıdır. Bu da onları hızlı güç dağıtımı gerektiren uygulamalar için vazgeçilmez kılmaktadır.

Bununla birlikte, fosil yakıt türevli karbon malzemelere olan bağımlılıkları sürdürülebilirlik endişelerini artırmakta ve üretimlerinde yenilenebilir alternatiflere olan ihtiyacı vurgulamaktadır.

Araştırma grubumuz, lignin bazlı gözenekli karbonun, bir lignin membranı kullanılarak atık ısının toplanmasıyla üretilen enerji depolama için süperkapasitörlerde bir elektrot görevi görebileceğini keşfetti.

Bu süreç, lignin membranının atık ısıyı yakalayıp elektrik enerjisine dönüştürmesini sağlarken, gözenekli karbon yapısı iyonların hızlı hareketini ve depolanmasını kolaylaştırır. Zararlı kimyasallardan ve fosil yakıtlara bağımlılıktan kaçınan yeşil bir alternatif sunan bu yaklaşım, atık ısıdan enerji depolama için sürdürülebilir bir çözüm sunmaktadır.

Enerji depolama teknolojisindeki bu yenilik, tüketici elektroniğinden giyilebilir teknolojiye ve elektrikli araçlara kadar her şeye güç sağlayabilir.

Muhammad Muddasar, Doktora adayı, Mühendislik Fakültesi, Limerick Üniversitesi

Bu yazı SCIENCEALERT’ de yayınlanmıştır.