Olağanüstü Sıvı, Güneş Enerjisini Şişelenmiş Güneş Işığı Gibi Depoluyor
Benjamin Franklin’in 18. yüzyıldaki şimşek deneyinden beri, medeniyet şimşeği bir şişeye hapsetme fikrine ilgi duymuştur. Ancak zamanla bu fikir, gerçek anlamdan mecazi anlama evrilmiştir. Bugün ise gerçek anlama geri dönüldüğünü görüyoruz.
Bilim insanları, Dewar pirimidon çözeltisi kullanarak güneşi, ya da en azından enerjisini, şişeye hapsetmenin bir yolunu bulmuş olabilirler.
Güneş enerjisi kullanımındaki en büyük zorluklardan biri, güneş battığında ne olacağıdır. Gün boyunca, güneş enerjisi toplayıcıları güneş spektrumunun tamamından enerji yakalar ve kullanılabilir enerjiye dönüştürür.
Bu enerjinin bir kısmı, en yaygın olarak piller olmak üzere çeşitli depolama çözümleri kullanılarak daha sonra tüketim için depolanır.
Ancak bu çözümlerin çoğu hantal, karmaşık, pahalı veya enerji depolama ve dönüştürme konusunda verimsizdir. Örneğin, kimyasal piller oldukça hantaldır.
Ayrıca, şarj sırasında elektriksel enerjinin kimyasal enerjiye ve deşarj sırasında tekrar elektriksel enerjiye dönüşümü her zaman verimli değildir ve genellikle enerji kayıplarına yol açar.
UCSB’den Doçent Grace Han ve ekibi, güneş enerjisini doğrudan ısı olarak depolayarak pillere olan ihtiyacı ortadan kaldıran yeni bir malzeme geliştirdi.
Bu, güneş ışığını moleküler düzeyde kimyasal bağlarda doğrudan depolayan ve daha sonra ısı olarak serbest bırakan, gelişmekte olan bir güneş teknolojisi sınıfı olan moleküler güneş-termal (MOST) enerji depolamasının yeni bir biçimidir.
Araştırmacıların yaklaşımı, ışığa duyarlı modifiye pirimidon molekülleri içeren özel olarak tasarlanmış bir sıvı kullanıyor. Güneş ışığına maruz kaldığında, her molekül geri dönüşümlü bir yapısal değişime uğrayarak düşük enerjili bir konfigürasyondan gergin, yüksek enerjili bir forma geçiyor.
Her molekülü minik bir yay olarak düşünebilirsiniz. Güneş ışığı, molekülü bükülmüş, enerji açısından zengin bir Dewar konfigürasyonuna zorlayarak yayı “sarar”.
Molekül daha sonra, depoladığı enerjiyi kaybetmeden, bazen aylarca veya yıllarca bu durumda kilitli kalır. Isı veya asit gibi bir katalizör uygulandığında, molekül orijinal şekline geri döner ve depoladığı enerjiyi ısı olarak açığa çıkarır.
Bu işlem tekrarlanabilir olup, yeniden kullanılabilir ve geri dönüştürülebilir teknolojinin arzu edilen bir özelliğidir.
Araştırmacılardan ve makalenin baş yazarı Han Nguyen, “Fotokromik güneş gözlüklerini düşünün. İçerideyken lensler şeffaftır. Güneşe çıktığınızda kendiliğinden kararırlar. İçeri döndüğünüzde ise lensler tekrar şeffaf hale gelir,” diyor.
“İşte bu tür tersine çevrilebilir değişimle ilgileniyoruz. Ancak renk değiştirmek yerine, aynı fikri enerji depolamak, ihtiyaç duyduğumuzda serbest bırakmak ve ardından malzemeyi tekrar tekrar kullanmak için kullanmak istiyoruz.”
Araştırmalarda sıklıkla olduğu gibi, araştırmacılar ilhamlarını doğadan aldılar. Sentezlenen molekül, ultraviyole ışık altında tersine çevrilebilir yapısal değişikliklere uğrayabilen DNA’da bulunan bir bileşenin yapısına dayanmaktadır.
Şimdi, 2017 tarihli bu araştırma makalesinde vurgulandığı gibi , azobenzen bazlı moleküller ve dihidroazulen/vinilheptafulven sistemleri gibi tersinir moleküler reaksiyonların türünde temel farklarla başka moleküler güneş enerjisi depolama sistemleri de mevcuttur. Bununla birlikte, teknolojinin çoğu hala araştırma ve erken pilot aşamalarındadır.
Dewar pirimidon sistemi, pratik kullanılabilirliğe ulaşan ilk sistem olma özelliğini taşıyarak önemli bir ilerlemeyi temsil etmektedir. Araştırmada, Dewar izomeri yaklaşık 0,5 mL suyu kaynatacak kadar ısı açığa çıkarmıştır.
Nguyen, “Suyu kaynatmak enerji yoğun bir süreçtir,” dedi. “Oda sıcaklığında su kaynatabiliyor olmamız büyük bir başarı.”
Dewar pirimidon sisteminin diğer MOST depolama sistemlerine kıyasla harika olduğunu belirledik. Peki diğer depolama çözümlerine karşı nasıl bir performans sergiliyor?
Cevap aynı: “Harika.” Araştırmacıların sistemi bir atılım olarak görmelerinin nedenlerinden biri de bu. Öncelikle, güneş ışığını elektriğe ve ardından kimyasal enerjiye dönüştüren pillerin aksine, bu sistem enerjiyi doğrudan, ısı olarak depoluyor.
Dahası, yapısını kaybetmeden tekrar tekrar şarj ve deşarj (bükülme ve çözülme) yapabilmesinin yanı sıra, molekül aylarca enerji depolayabilir. Dewar izomeri son derece kararlıdır ve oda sıcaklığında hesaplanan yarı ömrü 481 güne kadar çıkmaktadır.
Sistem, çözünmüş moleküllerden oluşan bir çözelti olduğu için, son derece ölçeklenebilir ve mevcut sistemlere entegre edilmesi kolaydır. Enerji depolama kapasitesini artırmak, daha büyük miktarda çözelti kullanmak kadar basittir.
Çözelti ayrıca geleneksel tesisat kullanılarak pompalanabilir, taşınabilir ve depolanabilir. Bu özellik, “şişelenmiş güneş” tanımının ardındaki nedendir.
Son olarak, enerji depolamanın en zorlu testlerinden birinde, UCSB pirimidon sistemi yaklaşık 1,6 MJ/kilogramlık bir enerji yoğunluğuna ulaşarak, standart bir lityum iyon pilin yaklaşık 0,9 MJ/kg olan değerinin neredeyse iki katına ulaşmıştır!
Bu özellikler, teknolojiyi birçok kullanım alanına uygun hale getiriyor. İşte örnek bir senaryo: Bir çatı veya yapı üzerindeki güneş kolektörü, sıvı MOST malzemesini dolaştırır. Gün boyunca güneş ışığı, molekülleri enerji açısından zengin bir forma dönüştürür.
“Şarj edilmiş” sıvı, yalıtımlı bir tankta depolanır. Örneğin sıcak su, yemek pişirme veya alan ısıtması için ısıya ihtiyaç duyulduğunda, sıvı bir reaktörden geçirilir ve burada bir tetikleyici, depoladığı enerjiyi serbest bırakmasına neden olur. Sıvı orijinal haline geri döner ve ertesi gün yeniden şarj edilmeye hazır hale gelir.
Bir diğer kullanım alanı ise mevsimsel enerji depolamasıdır: çözüm yaz aylarında şarj edilebilir, depolanabilir ve kış aylarında ısıtma için kullanılabilir. Dewar pirimidon ayrıca termoelektrik jeneratörler ve termodinamik çevrimlerle (türbinler) entegre edilerek elektrik üretme potansiyeline de sahiptir.
Derleyen: Feyza ÇETİNKOL
Kaynak: Olağanüstü Sıvı, Güneş Enerjisini Şişelenmiş Güneş Işığı Gibi Depoluyor
Gözde Bulunan Yeni Hücre Türü Biyoloji Ders Kitaplarını Değiştirebilir
/Olağanüstü Sıvı, Güneş Enerjisini Şişelenmiş Güneş Işığı Gibi Depoluyor/