Yapılan Araştırmalar Sonucunda Atık Isıyı Enerjiye Çeviren Olağanüstü Bir Üreteç Geliştirildi
NASA'nın 2020 yılında Mars'a indirdiği Perseverance aracında da kullanılan termoelektrik üreteç, atık ısıyı elektriğe döndüren bir teknoloji kullanıyor ancak bu teknoloji, farklı sektörlerde faaliyet göstermek için yeterince verimli değildi. Yapılan araştırmalar sonucunda geliştirilen ve kısa süre önce test edilen üreteç ise sanayi sektöründe kartları yeniden dağıtabilir. Yeni üretecimizle ilgili detayları merak ediyorsanız içeriğimize buyurun. 👇
İki üniversitede yürütülen çalışma sonucunda, üreteçte kullanılabilecek yüksek performanslı bir termoelektrik malzeme üretildi.
Amerika Kuzeybatı Üniversitesi'yle Seul Ulusal Üniversitesi'nin ortak ürettiği saflaştırılmış kalay selenür formundaki malzeme, monokristal formundaki malzemelerden daha iyi performans göstererek bir rekora imza attı. Araştırmacılar, önceden yürütülen çalışmalarda performansı düşüren bir oksidasyon sorunu olduğunu fark edip bu sorunu gidererek yüksek dönüşüm oranına ulaştı.
Polikristal kalay selenür, muazzam enerji tasarrufu sağlayarak pek çok sektörde termoelektrik üreteçlerde kullanılabilir.
Hedeflerden biri de santral ya da fabrika gibi endüstriyel tesislerde biriken atık ısıyı elektriğe çevirmek. Dünyadaki fosil yakıtlardan üretilen enerjinin %65'i atık ısı olarak kenara ayrılıyor.
Termoelektrik üreteçler şu anda sadece Mars keşif aracı gibi özel araç ya da aygıtlarda kullanılıyor.
Kuzeybatı Üniversitesi'nde yeni malzemelerin kullanımında uzman olan kimyager Marcouir Kanatzidis, 'Bu üreteçler güneş pilleri gibi tutulmadı. Kaliteli üreteç üretmek hiç de kolay değil. Düşük maliyetli olup yüksek performans sergileyen malzemeler geliştirmeye ve termoelektrik üreteçleri yaygınlaştıracak değişiklikler yapmaya çalışıyoruz' diyerek işlerinin ne kadar zor olduğuna değindi.
Henüz birkaç gün önce yayımlanan çalışma, termoelektrik üreteçlerin içerisinde kullanılan malzemeler üzerinde duruyor ve bu bağlamda yapılan deneylerden bahsediyor.
Kanatzidis, üretecin verimliliğini etkileyen şeyin içinde kullanılan malzeme olduğuna değinirken üretecin bir tarafının sıcak diğer tarafının ise soğuk olduğunu, malzemenin ise ortada bulunduğunu açıkladı. Malzemeye ısı akışı gerçekleşmesi sonucunda ısının bir kısmının elektriğe dönüştürülüyor ve elde edilen elektrik kablolar aracılığıyla dışarıya aktarılıyor.
Karşılaşılan zorluklar, termeolektrik üreteçlerin geliştirme sürecini tam bir keşmekeşe dönüştürüyor.
Atık ısı dönüşümünün verimli olması için malzemenin bir yandan düşük ısı iletkenliğine sahip olması gerekirken diğer yandan yüksek elektrik iletkenliğine sahip olması gerekiyor. Isı kaynağı 400-500 santigrat dereceye ulaşabildiğinden çok yüksek sıcaklıklarda kararlılık göstermesi de gerekiyor. Popüler birçok sektörde kullanılan güneş pilinin üretiminde ise bu tarz zorluklarla karşılaşılmıyor.
2014 yılında keşfedilen termodinamik malzeme, yıllar içerisinde geliştirilerek bugünkü hâline geldi.
Bu malzemenin en önemli özelliği, kimyasal bileşenindeki monokristal formunda kalay selenür kullanılıyor olmasıydı. Bu her ne kadar önemli bir keşif olsa da, monokristal formu, kırılganlığı ve soyulmaya yatkınlığından ötürü seri üretime uygun değildi. Bundan ötürü araştırmacılar, daha güçlü olan ve uygulamaya göre kesilip şekillendirilebilen polikristal formuna odaklandı ama malzemenin ısı iletkenliğinin, monokristal formun aksine fazlasıyla düşük olduğu fark edildi.
Daha yakından incelendiğinde ise malzemenin üzerindeki kalayın oksitlendiğini, ısı iletkenliğinin de bu yüzden arttığı görüldü.
Oksidasyonun hem sürecin kendisinden hem de kullandıkları malzemeden kaynaklandığı anlayan Koreli ekip, oksijeni bileşenden çıkarmanın yolunu buldu. Oksijensiz kalay selenür tanecikleri bir süre önce test edildi. Isı iletkenliğinin ekibin beklediğinden daha az çıkması üzerine ısıyı elektriğe dönüştürmede rekor seviyede performans elde edildi.
Termoelektrik atık ısı dönüşümünde 'performans katsayısına' ZT deniyor. Dönüşüm oranı arttıkça katsayı da artıyor.
Monokristal formundaki kalay selenürün ZT sayısı 639 santigrat derecede 2.2 ila 2.6 çıkmıştı. Yeni yapılan testte ise polikristal formundaki saflaştırılmış kalay selenürün ZT sayısı 509 santigrat derecede 3.1 çıktı. Çalışmada, ısı iletkenliğinin monokristal formuna göre fazlasıyla düşük olduğu belirtiliyor.
Termoelektrik malzeme, pek çok endüstri sektöründe kullanılma potansiyeline sahip.
Otomotiv endüstrisinden (yakıtın potansiyel enerjisinin büyük bir kısmı egzoz borusundan çıkıyor) ağır imalat sektörlerine (cam ve tuğla yapımı, rafineriler, kömür ve doğal gazla çalışan santraller gibi) ve hatta yanmalı motorların sürekli olarak çalıştığı yerlere (büyük gemiler ya da tankerler gibi) kadar çokça alanda kullanılabilir. Hangi alanlarda bu teknolojiden yararlanılacağını zaman gösterecek.
Bu içerikler de ilginizi çekebilir 👇
Yorum Yazın
Bunun aynısını etli ekmek bilim insanları yapmadı mı?