Yeni Güneş Pillerinin Anahtarı: Şekil Değiştiren Kimyasal
Fotoğraf : Kasper Moth-Poulsen, ekibinin sıvı pilini test etmek için kullandığı güneş kolektörünü gösteriyor.
Kullanmakta olduğunuz cihaza ne güç verir? Şüphesiz, Elektrik. Amerika Birleşik Devletleri’nde kullanılan elektriğin üçte ikisi fosil yakıtlarla ( kömür, petrol veya doğal gaz) çalışan enerji santrallerinden üretiliyor. Güneş enerjisi elektriğin sadece yüzde 1,3’ünü üretir. Ancak güneşten gelen enerji, güneş parlamadığında (gece gibi) kullanılmak üzere depolanabilirse, her ihtiyacımız için kolayca enerji sağlayabilir. Şimdi İsveç’teki araştırmacılar, bunu yapmanın bir yolu olduğunu düşünüyor.
Kimya mühendisi Kasper Moth-Poulsen, sorunlara çözüm tasarlamak için kimya ve fizik bilgilerinden yararlanmaktadır. Kendisi İsveç’in Göteborg şehrindeki Chalmers Teknoloji Üniversitesi’nde çalışıyor. Güneşten gelen enerjiyi saklama sorununu çözmek için İsveç ve İspanya’daki diğer araştırmacılarla ekip oluşturdu. Onların çözümü: Bu enerjiyi bir sıvı içinde askıya alınmış moleküllerin bağlarının içinde saklamak.
Moleküller iki veya daha fazla atomdan oluşur. Bu atomlar, onları bir arada tutan bağlar aracılığıyla elektronları paylaşırlar. Farklı molekül tipleri, farklı 3D şekillere sahiptir. Örneğin, metan, tetrahedron adı verilen üç taraflı bir piramit şeklindedir. Diğer moleküller farklı şekillerdedir. Bir moleküle enerji eklemek şeklini değiştirebilir. Artık atomları arasında yeni bağlar oluşabilir böyle bu bağlar farklı miktarlarda enerji tutabilirler. Bir molekül daha sonra enerjiyi absorbe ettiğinde, bu enerji bu yeni bağlar içinde sıkışıp kalabilir.
Yeni güneş enerjisi pilinin anahtarı da işte budur.
Güneş enerjisini depolamak için bir molekül içindeki bağların kullanımı yeni değildir. Moth Poulsen’in grubu yıllardır konu üzerinde çalışıyor. Ancak başlangıçta çalıştıkları moleküller, Rutenyum adı verilen nadir ve pahalı bir metal içeriyordu. Araştırmacılar daha az maliyetli bir alternatife ihtiyaç duyuyordu.
İlham için, diğer kimyagerler ile çalışmaya başladılar. Yakında Norbornadiene adlı umut verici bir aday buldular. Molekülün çoğunluğu tüm canlılarda bulunan karbon ve hidrojen atomlarından oluşur. Bu, molekülün ucuz ve yapımının kolay olduğu anlamına gelir.
Fotoğraf: Araştırmacıların elde ettiği güneş ışığını absorbe eden bir molekül mavi renkle gösterilmiştir. Atomları güneş enerjisini kimyasal bağlara hapseder. Bu molekülün enerji depolayan versiyonu ise kırmızı ile gösterilmiştir ve bir katalizör üzerinden geçirildiğinde , atomlar arasındaki bağlar değişir ve molekül enerjisini ısı olarak serbest bırakır.
Ancak hala bir sorun vardı. Bu kimyasal yalnızca ultraviyole (UV) ışığını ve güneş ışığının küçük bir kısmı absorbe edebiliyordu. Bu molekülü daha kullanışlı hale getirmek için, araştırmacılar onu güneş ışığının daha fazla dalga boyunu (renkleri) absorbe edebilecek şekilde ayarladılar. Bu yenilik kulağa kolay geliyor. Ancak, bu ayarlama yedi yıl sürdü. Artık molekülleri enerjiyi sadece UV’den değil, aynı zamanda mavi ve yeşil ışıktan da alabilir hale geldi.
Molekülün bir ucu bu ışığa tepki verir. Bu enerjiyi absorbe ettiği için, molekül yeni bir şekle girer. Atomları arasındaki yeni bağlar bu enerjiyi hapseder ve molekül oda sıcaklığına soğuduktan sonra bile atomlar enerjiyi sıkı tutabilir.
Ancak enerjiyi depolamak, ihtiyaç duyduğunuzda bu enerjiyi serbest bırakmadığınız sürece yararlı olmaz. Böylece Moth-Poulsen’in ekibi, depolanan enerjiyi ısı olarak serbest bırakmanın bir yolunu buldu. Araştırmacılar sıvıyı katalizör görevi gören bir tuz türü üzerinden geçirirler. Katalizörler kimyasal reaksiyonları hızlandıran malzemelerdir. Reaksiyonlarda tükenmezler, ancak tepkime hızını etkilerler. Tuz, molekülün orijinal şekline geri dönmesine neden olur. Bunu yaptığında, molekül bağlarında depolanan enerjiyi serbest bırakır. Bu, sıvının sıcaklığını 63.4 santigrat derece (114 derece Fahrenheit) yükseltir. Bir evi ısıtmak için yeterlidir. Ekip, bulgularını Enerji ve Çevre Bilimi dergisinin Ocak sayısında yayınladı.
Gelecek: Güneş Enerjisi
Moth-Poulsen, bu moleküllerle üretilen sıvı bir pilin güneş enerjisini günler, aylar ve hatta yıllar boyunca saklayabileceğini söylüyor. Böylece, uzun yaz günlerinde absorbe edilen enerji, geceleri veya kış günlerinde, günlerin kısa olduğu zamanlarda kullanılmak üzere tutulabilir.
Ekip, sistemi İsveç’teki laboratuvarlarında çatı katındaki bir deney ile test etti. Sistem iyi çalışıyor ancak her eve yerleştirilecek kadar iyi değil. İlk olarak, ekibin, molekülün güneş enerjisinden sağladığı emilim miktarını arttırmaları gerekiyor. Moth-Poulsen, “Bu enerjinin yüzde 5-10’una ulaşmayı hedefliyoruz” diyor.
Molekülün bağlarında daha fazla enerji depolamak, daha sonra daha fazla ısı açığa çıkaracakları anlamına gelir. Moth-Poulsen, sistem elektrik üretmese de, serbest bıraktığı ısının, türbini çalıştırmak için kullanılabileceğini söylüyor. Bir gün, böyle bir sistem, dış elektrik kaynaklarına herhangi bir bağlantı olmaksızın binalar için hem ısı hem de güç olabilir. Ayrıca bu binalar fosil yakıtlardan elde edilen enerjiye ihtiyaç duymadan sıcak kalabilirler.
Moth-Poulsen, “Son zamanlarda bazı yeni numaralar keşfettik,” diyor. Bunların ev ısıtma sisteminin daha iyi çalışmasına yardımcı olmasının yanı sıra satın alınabilirliği ve çekiciliğini arttırmasını umuyoruz.
Fotoğraf: Moth-Poulsen’in ekibi tarafından oluşturulan sıvı pil, ekibin bir evi ısıtmak için tasarladığı bir sistemin (resimli) bir parçası olacaktı.
Jeffrey Grossman yeni verileri heyecan verici buluyor. Grossman, Cambridge’deki Massachusetts Institute of Technology’de bir malzeme bilimcisi ve çalışmaya dahil değildi.
Deepa Khushalani da çalışmaya dahil değildi. Hindistan’ın Mumbai kentindeki Tata Temel Araştırma Enstitüsü’nde kimyager ve malzeme bilimcisi. Şu anda, Khushalani yeni teknolojinin elektrik üretme umutları konusunda daha az heyecanlı. Bir türbini veya başka bir motoru çalıştırmak için, molekülün suyu buhara dönüştürecek kadar ısıyı serbest bırakması gerektiğini belirtti. Bu, sistemin suyu 100 ° C’den (212 ° Fahrenheit) daha fazla ısıtması gerektiği anlamına gelir. Khushalani, elektrik depolayan pillerin, güneşin enerjisini kullanmak için daha pratik bir yol olduğundan şüpheli.
Ancak Moth-Poulsen, yeni enerji depolama molekülünden ihtiyaç duyulan ekstra ısıyı almayı planlıyor. Ekibi de sarı ve turuncu ışıktan enerjiyi absorbe etmesini sağlamak için çalışıyor. Isıtma ve soğutma, Avrupa Birliğinde kullanılan enerjinin neredeyse yarısını oluşturur. “Eğer yeni teknoloji bunun üzerinde küçük bir etki yaratabiliyorsa, çok büyük bir fark yaratacaktır” diyor.
Kaynak : sciencenewsforstudents.org
