Isıdan Elektrik Üretmek için Altın Değerinde Yeni Bir Bileşik
Atık ısıdan elektrik enerjisi üreten termoelektrik jeneratörler, eğer çok can sıkıcı bir sorun olmasaydı, sera gazı emisyonlarını azaltmak için faydalı bir araç olabilirdi. Genellikle malzemelerin çok sıcak olan taraflarına elektrik kontağı yapma ihtiyacı bir akım üretebilir.
Isı, cihazların zamanla arızalanmasına neden olur. Enine termoelektrikler olarak bilinen cihazlar, sadece jeneratörün soğuk ucunda temas gerektiren iletken cihaza dik çalışan bir akım üreterek bu sorunu önler. Umut verici bir teknoloji olarak kabul edilse de, bu yan gerilimi yarattığı bilinen malzemeler pratik olarak verimsizdir ya da bilim adamlarının düşüncesi bu yönde.
Ohio Eyalet Üniversitesi araştırmacıları, yeni bir çalışmada, renyum ve silikon elementlerinden oluşan katmanlı bir kristal olan bir malzemenin, enine termoelektrik cihazların altın standardı olduğunu ortaya çıkardı.
Bilim adamları bu bileşiğin, nadir bir özellik nedeniyle oldukça etkili bir termoelektrik jeneratör olarak işlev gördüğünü gösterdi: Birbirine paralel hareket etmek yerine bağımsız olarak hareket edebilen hem pozitif hem de negatif yükleri aynı anda taşımak, onları bir elektrik akımı üretmek için kontaklara doğru zikzak yapmaya zorlar.
Araştırmacılar, yaklaşık iki inç uzunluğunda kristale sahip bir termoelektrik jeneratör inşa ederek, kristal cihaza belirli bir açıyla yerleştirildiğinde etkileyici miktarda güç üretebileceğini de tespit ettiler.
Ohio Eyaletinde kimya ve biyokimya profesörü olan ortak yazar Joshua Goldberger, “Bu malzemelerin geleneksel termoelektrik jeneratör teknolojisi kadar etkili olduğunu ancak büyük dezavantajlarının üstesinden geldiğini gösterdik.
Bu tür bir cihazın uygulanabilir olduğu ilk kez gösterildi. Daha önceki herhangi bir enine cihazdan çok daha yüksek verimlilikleri olan bu bileşik, ticari olarak satın alabileceğiniz kadar iyi ancak çok daha fazlasını vaat ediyor, daha basit ve daha güvenilir” dedi.
Enerjinin %97’si ısıdan üretilirken, ısının çoğunun bacalardan, araba egzoz borularından ve benzerlerinden atılmasına izin veririz.
Çalışmanın ortak yazarlarından ve Ohio State’de Mekanik ve Havacılık Mühendisliği Profesörü olan Joseph Heremans, “Atık ısı gerçekten önemli. Her zaman, ısıdan güç üreten tüm motorların verimliliğini, onlardan alabileceğiniz ve kullanabileceğiniz iş miktarını iyileştirme arayışı olmuştur” dedi.
Uzun zamandır, ısı alıp elektrik üretebilen hareketli parçaları olmayan küçük motorlar bulmayı hayal ediyorduk diyen araştırmacılar artık hayallerine kavuştu.
Çoğu malzeme yalnızca bir tür yük iletir ve çoğu termoelektrik cihazın birden fazla bileşenden oluşmasına neden olur ancak bunlarla temas kurmanın karmaşıklığı, inşa edilmesi kolay ve yüksek sıcaklıklara dayanabilen verimli ve etkili bir termoelektrik jeneratörü oluşturma çabalarını engellemiştir.
İki yıl önce bu araştırma ekibi, bir elektrik akımı oluşturan sırasıyla negatif ve pozitif yüklerin kaynakları olan elektronların ve deliklerin kuzey-güney otoyoluna benzeyebilecek bir yol boyunca çalışmasına izin veren farklı bir bileşikte beklenmedik özellikler keşfetti.
Bu keşiften sonra araştırmacılar, aynı şeyi yapmak için diğer bilim adamları tarafından bulunan kristaller üzerinde mevcut araştırmaları taradılar.
Goldberger, “Bu ilgimizi çekti çünkü ilk başta var olabileceğini anlamamıştık. Var olabileceğini anladığımızda, bu malzemeleri bulmak için gerçekten uğraşıyoruz” dedi. Bugüne kadar, keşfedilen ve uluslararası bir veritabanında kataloglanan 110.000’den fazla kristal yapıdan bu özelliklere sahip 15 malzemeyi deneysel olarak doğruladılar.
Malzemelerin birkaç tanesi keşfedilmişti ancak hiçbiri işlevsel olarak kullanılmadı. Ohio State’de Malzeme Bilimi ve Mühendisliği profesörü ve çalışmanın ortak yazarı Wolfgang Windl, “Bulduğumuz şey, onunla gerçekten bir şeyler yapabileceğimizi gösteriyor” dedi.
“Tek yapmamız gereken kabloları bir uca koymak ve kristali belirli bir şekilde yönlendirmek. Evinizde, arabanızda veya roketinizde bulunan atık ısı ne olursa olsun onu ısıtıyorsunuz ve bu, kendi başına ve temelde sonsuz bir şekilde emisyonsuz güç üretecek. Bu benim için biraz kara büyü gibi.”
Teorik olarak bu bileşikle yapılan bir jeneratör, ısının üretildiği herhangi bir yerde kullanılabilir, kristalin boyutu değişken olabilir ve bu çalışmada kristalin boyutu, içinde büyüdüğü fırının boyutuna göre belirlendi.
Heremans, jeneratörün aracı ileri itmek için araba egzozundan yeterli elektrik üretebileceğini söyledi ancak bu teknolojiyi daha küçük ölçekte kullanmanın uygun olduğunu düşünüyor. “Daha küçük ölçekli uygulamalar, çok pahalı oldukları için karmaşık çözümlerin hoş karşılanmadığı yerlerdir. Bunun gibi basit bir çözümün muhtemelen en iyi olduğu yer burasıdır” dedi.
Kaynak: phys.org
