Küresel enerji tüketiminin yaklaşık yarısı ısınma ihtiyacından kaynaklanıyor ve bu talebin büyük bölümü hâlâ fosil yakıtlarla karşılanıyor. Elektrik tarafında batarya teknolojileri ilerlerken, ısının uzun süreli ve verimli biçimde depolanması mühendislik açısından önemli bir sorun olmaya devam ediyor.
ABD’de Kaliforniya Üniversitesi Santa Barbara bünyesinde çalışan araştırmacılar, güneş enerjisini moleküler bağlarda depolayarak aylar sonra ısı olarak geri verebilen yeni bir sıvı yakıt geliştirdi.
MOLEKÜLER GÜNEŞ TERMAL DEPOLAMA (MOST) NEDİR?
Geliştirilen sistem, “Molecular Solar Thermal” (MOST) adı verilen enerji depolama konseptine dayanıyor. Bu yaklaşımda güneş ışığı, bir molekülün kimyasal yapısını değiştirerek enerjiyi bağlarda hapsediyor. İhtiyaç anında molekül eski formuna dönerken depolanan enerji ısı şeklinde açığa çıkıyor.
Geçmişte MOST sistemleri düşük enerji yoğunluğu, hızlı bozunma ve toksik çözücü gereksinimi gibi nedenlerle pratik uygulamaya geçememişti.
GÜNEŞ YANIĞI MEKANİZMASI
Araştırma ekibine liderlik eden Han P. Nguyen ve ekibi, çözüm için biyolojik bir süreci inceledi. Yoğun UV ışınlarının DNA’daki timin bazları arasında oluşturduğu “Dewar izomeri” yapısının enerji depolama potansiyeline sahip olduğu fark edildi.
Bu yapı eski hâline dönerken ısı açığa çıkarıyor. Ekip, DNA’daki timine kimyasal olarak benzeyen 2-pirimidon türevi bir molekül tasarlayarak kontrollü ve tekrar edilebilir bir enerji depolama sistemi geliştirdi.
Ortaya çıkan yapı, güneş altında “şarj olan”, gerektiğinde ısı veren ve yeniden kullanılabilen bir sıvı yakıt gibi çalışıyor.
LİTYUM-İYON BATARYALARI GERİDE BIRAKTI
Yeni geliştirilen sistemin enerji yoğunluğu 1,65 MJ/kg seviyesine ulaştı. Bu değer, lityum-iyon bataryaların genellikle 1 MJ/kg’ın altında kalan kapasitesinin neredeyse iki katına denk geliyor.
Daha önce öne çıkan MOST malzemeleri norbornadien (0,97 MJ/kg) ve azaborinin (0,65 MJ/kg) seviyesinde kalmıştı. Yeni pirimidon tabanlı sistem bu değerleri belirgin biçimde aşmış durumda.
ÇÖZÜCÜ GEREKTİRMEYEN SIVI TASARIM
Önceki MOST sistemlerinin önemli dezavantajlarından biri çözücüye ihtiyaç duymasıydı. Bu durum enerji yoğunluğunu düşürüyordu.
Nguyen’in ekibi, oda sıcaklığında sıvı formda çalışan bir molekül tasarlayarak bu sorunu ortadan kaldırdı. Sistem çözücü gerektirmiyor ve suyla uyumlu çalışabiliyor. Deneylerde açığa çıkan enerjinin suyu kaynatabilecek düzeyde olduğu gösterildi.
Önerilen senaryoda sıvı yakıt, çatıdaki güneş kolektörlerinde şarj edilecek ve depolama tankına aktarılacak. Isı gerektiğinde asit katalizörlü bir reaksiyon odasında enerji serbest bırakılacak ve ısı eşanjörü aracılığıyla merkezi ısıtma sistemine aktarılacak.
SINIRLAR VE POTANSİYEL
Sistem şu an yalnızca UV-A ve UV-B aralığındaki ışığı (300-310 nm) absorbe ediyor. Bu aralık, Güneş spektrumunun yaklaşık yüzde 5’ine karşılık geliyor. Ayrıca kuantum veriminin düşük olması, tam şarj için daha uzun güneş maruziyeti gerektiriyor.
Buna rağmen molekülün kararlılığı dikkat çekiyor. Bazı türevlerde oda sıcaklığında 481 güne kadar yarı ömür hesaplandı. Bu, yazın depolanan enerjinin kışın ısıtma için kullanılabileceği anlamına geliyor. Sistem 20 şarj-deşarj döngüsünde ise ihmal edilebilir düzeyde bozunma gösterdi.
Araştırma sonuçları, uzun süreli ısı depolama alanında yeni bir dönemin kapısını aralayabilecek potansiyele işaret ediyor.
Haber Merkezi
