1 Damla Su 100 LED Ampulü Aydınlatabilir mi?

Yağmur damlasından nasıl yararlanabiliriz diye bir soru sorsak ne düşünürsünüz? Muhtemelen aklınıza ilk gelenler kuraklığı önlemesi veya ardından hidroelektrik santrallerde kullanılmasıdır. Haklı olabilirsiniz ancak bu bahsedilenler tek bir yağmur damlası değil, yağmur damlalarının toplanması ile mümkündür. Peki tek bir yağmur damlası ile 100 Led Ampul aydınlatılabilir denilirse ne düşünürsünüz? Muhtemelen aklınıza hayal olgusu gelecektir. Ancak yanlış duymadınız bu hayal değil bir gerçek. Detaylar haberin devamında...

A- A+

12.11.2020 tarihli yazı 10396 kez okunmuştur.

Yağmur damlalarından verimli bir şekilde elektrik üretimi bir adım daha ileri gitti. Hong Kong Şehir Üniversitesi (CityU) bilim insanları tarafından yönetilen bir araştırmada, yakın zamanda yüksek enerji verimliliği sağlayan alan etkili transistör (FET) benzeri bir yapıya sahip damlacık tabanlı bir elektrik jeneratörü (DEG) geliştirildi. Anlık güç yoğunluğu, FET benzeri yapıya sahip olmayanlara kıyasla binlerce kat arttı. Bu, su enerjisi üretimi ile ilgili bilimsel araştırmaların ilerletilmesine ve enerji krizinin üstesinden gelmeye yardımcı olacaktır.

a) DEG'in şematik diyagramı: Bir ITO cam slayt, ince bir PTFE filmi ile kaplanır ve üzerine bir alüminyum elektrot yerleştirilir. Su damlaları transistörün kapısı olarak hareket eder ve camın yüzeyine çarptığında devreyi tamamlar.
b) Cam substrat üzerine imal edilmiş dört paralel DEG cihazını gösteren optik görüntü

►İlginizi Çekebilir: Adaptive Aydınlatma Teknolojileri Nasıl Kullanılır?

Araştırma, CityU Makine Mühendisliği Bölümü'nden Profesör Wang Zuankai, Nebraska-Lincoln Üniversitesi'nden Profesör Zeng Xiao Cheng ve Pekin Nanoenerji Enstitüsü ve Çin Bilimler Akademisi Nanosystems Kurucu Direktörü Profesör Wang Zhong Lin tarafından yönetildi. Bulguları, son derece prestijli bilim dergisi Nature'ın “Anlık güç yoğunluğu yüksek damlacık tabanlı bir elektrik jeneratörü” başlıklı son sayısında yayınlandı.

Members of the CityU Araştırma Ekibi: (soldan-sağa) Mr Zheng Huanxi, Mr Xu Wanghuai, Professor Wang Zuankai, Dr Zhang Chao and Song Yuxin

Dünya yüzeyinin yaklaşık %70'si su ile kaplıdır. Yine de, dalgalarda, gelgitlerde ve hatta yağmur damlalarında bulunan düşük frekanslı kinetik enerji, mevcut teknolojideki sınırlamalar nedeniyle verimli bir şekilde elektrik enerjisine dönüştürülemez. Örneğin; triboelektrik etkiye dayanan geleneksel bir damlacık enerji jeneratörü, bir damlacık bir yüzeye çarptığında temas elektrifikasyonu ve elektrostatik indüksiyonla indüklenen elektrik üretebilir. Bununla birlikte, yüzeyde üretilen yüklerin miktarı arayüzey etkisi ile sınırlıdır ve sonuç olarak, enerji dönüşüm verimliliği oldukça düşüktür.

Dönüşüm verimliliğini artırmak için araştırma ekibi DEG'i geliştirmek için iki yıl harcadı. Anlık güç yoğunluğu, FET benzeri tasarım kullanılmadan benzer cihazlardan binlerce kat daha fazla 50,1 W/m²'ye kadar ulaşabilir ve enerji dönüşüm verimliliği de oldukça yüksektir. Profesör Wang, buluş için iki önemli faktör olduğuna dikkat çekti.

İlk olarak ekip, yarı kalıcı elektrik yükü olan bir elektrot malzemesi olan PTFE'ye çarpan sürekli damlacıkların, yüksek yoğunluklu yüzey yüklerinin birikmesi ve depolanması için yeni bir yol sağladığını ortaya koydu. Su damlacıkları sürekli olarak PTFE yüzeyine çarptığında, üretilen yüzey yükünün birikeceğini ve kademeli olarak doygunluğa ulaşacağını buldular. Bu yeni keşif, önceki çalışmalarda karşılaşılan düşük şarj yoğunluğunun sorununun üstesinden gelmeye yardımcı oldu.

Bir diğer önemli özellik; 1956'da Nobel Fizik Ödülü'nü kazanan ve modern elektronik cihazlar için temel yapı taşı haline gelen FET'e benzer benzersiz bir yapı setidir. Cihaz, alüminyum bir elektrot ve üzerinde bir PTFE filmi bulunan bir indiyum kalay oksit (ITO) elektrottan oluşur. PTFE/ITO elektrodu şarj oluşumundan, depolanmasından ve endüksiyonundan sorumludur. Düşen bir su damlası PTFE/ITO yüzeyine çarptığında ve yayıldığında, doğal olarak alüminyum elektrodu ve PTFE/ITO elektrodunu “köprüler” ve orijinal sistemi kapalı devre bir elektrik devresine çevirir.

Yeni damlacık tabanlı elektrik jeneratörü ile, 15 cm yükseklikten serbest bırakılan bir damla su, 100 küçük LED ampulü aydınlatan 140V'un üzerinde bir gerilim üretebilir. Bu özel tasarımla, sürekli damlacık çarpmasıyla PTFE üzerinde yüksek yoğunlukta yüzey yükü birikebilir. Bu arada, yayılan su iki elektrodu bağladığında, PTFE üzerindeki depolanan tüm yükler elektrik akımı üretimi için tamamen serbest bırakılabilir. Sonuç olarak, hem anlık güç yoğunluğu hem de enerji dönüşüm verimliliği çok daha yüksektir.

Suyun 1 Damlası 100 LED Işığı Yakabiliyor

Profesör Wang: “Araştırmalarımız, 15 cm yükseklikten salınan 100 mikrolitre su damlasının 140V'un üzerinde bir gerilim üretebileceğini ve üretilen gücün 100 küçük LED ışığı yakabileceğini gösteriyor.” dedi.

PTFE film üzerindeki yüzey yüklerinin yoğunluğu, sürekli damlacık çarpması boyunca dalgalanır.

Profesör Wang anlık güç yoğunluğundaki artışın ek enerjiden değil, suyun kendisinin kinetik enerjisinin dönüştürülmesinden kaynaklandığını ekledi. “Düşen suyla oluşan kinetik enerji yer çekiminden kaynaklanmaktadır ve serbest ve yenilenebilir olarak kabul edilebilir.” Araştırmaları ayrıca bağıl nemdeki azalmanın güç üretiminin verimliliğini etkilemediğini göstermektedir. Ayrıca, hem yağmur suyu hem de deniz suyu elektrik üretmek için kullanılabilir.

Sürdürülebilir Bir Dünya Vadediyor

Profesör Wang, bu araştırmanın sonucunun, küresel yenilenebilir enerji kıtlığı sorununa yanıt vermek için su enerjisinin toplanmasına yardımcı olacağını umuyor. Profesör Wang açıklamasında “Petrol ve nükleer enerji yerine yağmur damlalarından güç üretmek dünyanın sürdürülebilir kalkınmasını kolaylaştırabilir” diye ekleme yaptı.

Uzun vadede, sudaki düşük frekanslı kinetik enerjiyi tam olarak kullanmak için yeni tasarımın, katı ile temas eden sıvının bulunduğu farklı yüzeylere uygulanabileceğine ve monte edilebileceğine inanıyordu. Bu, feribotun gövde yüzeyinden sahil şeridine, şemsiye yüzeyine ve hatta su şişelerinin içine kadar değişebilir.