Anasayfa Enerji, Kategoriler Atık Isıdan Elektrik Üretmek Hayal Değil!

Atık Isıdan Elektrik Üretmek Hayal Değil!

Northwestern Üniversitesi’nden araştırmacılar atık ısıyı elektriğe şimdiye kadar ulaşılan en üstün verimle dönüştürebilen bir termoelektrik malzeme geliştirdi. Termoelektrik malzemeler iki farklı ucu arasında sıcaklı farkı olduğunda bir elektriksel gerilim oluşturuyor. Benzer şekilde üzerine bir elektriksel gerilim uygulandığında da iki ucu arasında sıcaklık farkı oluşturuyor. Dünyada kullanılan enerjinin üçte ikisinin ısı şeklinde kaybolduğu düşünülürse termoelektrik malzemeler konusundaki bu gelişme çok olumlu bir gelişme.

Yeni malzemenin bir paradigma kayması yaratabileceği düşünülüyor. Mevcut termoelektrik malzemelerin verimsizliği bu malzemelerin ticarileşmesine imkan vermemişti. Çevre açısından kararlı yapıda olan ve atık ısının yüzde 15 ila 20’sini elektriğe dönüştürebilen yeni malzemeyle termoelektriğin artık endüstride yer alabileceği düşünülüyor.

Otomobil endüstrisi (benzindeki potansiyel enerjinin büyük kısmı egzoz borularından ısı olarak kayboluyor), cam ve tuğla üretimi, rafineriler, kömüre ve doğal gaza dayalı elektrik santralleri gibi ağır sanayiler ile büyük yanmalı motorların kullanıldığı sistemler (örneğin büyük gemiler ve tankerler) bu teknolojinin olası uygulama alanları arasında. Bu alanlardaki ısı atıklarının sıcaklığı 400-600⁰C civarında oluyor. Buysa termoelektrik uygulamalar için çok uygun.

Yaygın bir yarıiletken olan kurşun tellürüre dayanan yeni malzeme bilinen en etkin termoelektrik malzeme. Bu yeni malzemenin termoelektrik kalite katsayısı yani ZT’si 2,2, bu da şimdiye kadar bildirilen değerler arasında en yükseği. Malzeme Northwestern Üniversitesi’nden kimyacılar, fizikçiler, malzeme bilimciler ve makine mühendislerinin işbirliğiyle geliştirildi. Çalışma Nature’ın 20 Eylül sayısında yayımlandı.

Araştırmanın başında bulunan Mercouri G. Kanatsidis, geliştirdikleri sistemin her sıcaklıkta en iyi işleyen termoelektrik sistem olduğunu ve bu verimlilik konusunda rekor kıran bu yeni malzemeden önce de termoelektrik malzemeler gitgide gelişmeye ve daha fazla uygulama alanında denenmeye başlamıştı. Örneğin Mars aracı Curiosity’ye, yeni malzemenin yarısı kadar verimliliğe sahip olsa da (1 ZT’lik) kurşun tellürid termoelektrikler güç sağlıyor. BMW de otomobillerinde egzoz sisteminden atılan ısıyı kullanan termoelektrik malzeme kullanmayı deniyor.

Termoelektrik malzemelerde atık ısı dönüşümünün etkinliği bir çeşit kalite katsayısı olan ZT ile belirleniyor. Bu katsayı payında elektriksel iletkenlik ve termoelektrik güç, paydasındaysa ısı iletkenliği olan bir oran. Dolayısıyla bu katsayının büyük olması için elektriksel iletkenliğin ve termoelektrik gücün yüksek, ısı  iletkenliğinin ise düşük olması gerekiyor. Araştırma ekibinden Vinayak P. Dravid bu değişkenlerin hepsini istenen yönde değiştirmenin kolay olmadığını belirtiyor. Bu zorluk uzun yılar daha yüksek ZT değerlerine ulaşmasının önünde bir engel teşkil etmiş ve ZT değerleri uzun bir süre 1 civarında sabit kalmış.

Kanatzidis ve Dravid son yıllarda termoelektrik malzemelere nanoyapılar ekleyerek ZT değerlerini gitgide yükseltmeye çalıştı. 2011 Ocağı’nda Nature Chemistry’de 800 Kelvi sıcaklıkta 1,7lik bir ZT değeri gösteren br malzeme elde ettiklerini bildirdiler. Bu, elektron saçılımını azaltmak ve malzemenin enerji dönüştürme etkinliğini artırma amacıyla kurşun tellüdid içinde nanoyapılar kullanılan ilk çalışmaydı. Yeni geliştirilen malzemenin verimliliği ise öncülü olan bu malzemeden %30 daha yüksek, Dravid termoelektriğin enerji sorununun çözümünün önemli bir parçası olacağını düşünüyor. Yeni termoelektrik malzemenin yüksek verimliliği ise termoelektriğin yaygın olarak kullanılmaya başlamasının çok da uzak bir gelecekte olmayacağını düşündürüyor.

Bilim ve Teknik

Sosyal medyada paylaş;

TAGS:

Fatih Kara

Sakarya Üniversitesi, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği bölümü öğrencisiyim. Mühendislik dünyasıyla ilgili gelişmeleri paylaşmak ve öğrencilik hayatlarına devam arkadaşlara bir nebze de olsa yardım edebilmek amacıyla 2011'de MalzemeBilimi.Net'i kurdum. Şimdi ise elliye yakın yazarımızla bu alandaki açığı doldurmaya çalışıyoruz. Sen de "değerli okur" bir şeyler biliyorsan ve bu bilgileri paylaşmak istiyorsan yazarımız ol. Hem bilgilerinle piyasaya kendini ispatla hem de araştırma yapmayı seven kişilere kaynak ol. Saygılarımla...