Termoelektrik malzemeler atık olarak sayabileceğimiz ısıdan elektrik üretmek için gelecek vaad edici bir teknoloji haline gelmiştir. Bu termoelektrik malzemelerin temel dayanağı malzemenin iki ucu/tarafı arasındaki sıcaklık farkıyla oluşan bir elektrik akımıdır. Yani bu tür malzemelerde, bir taraf diğerinden daha sıcaksa malzemenin bir özelliği olarak elektrik üretilmiş olunuyor. Dolayısıyla bu malzemelerle yapılmış bilgisayarlardan, otomobillerden ya da aklınıza gelebilecek başka şeylerden elektrik akımı üretmek mümkün olabilir. Öyleyse şimdiye kadar niye bunun uygulamalarını görmedik diye sormaktasınız. Ancak, bu teknoloji ticari kullanım için maliyeti yüksek bir iş. Çünkü şu an buna uygun malzemeler ya zayıf termoelektrik dönüşüm verimliliğine sahipti ya da oldukça pahalıydı. Atalarımızın söylediği gibi astarı yüzünden pahalı bir işti.
Buna rağmen, iyi haberler var! Nanomalzemeler alanında yaşanan gelişmeler termoelektrik malzemelerin makus talihini değiştirecek gibi görünüyor. Artık bilim insanlarının geliştirdiği çok duvarlı karbon nanotüpler, nanoteller ve nanosütunlar (nanopillar) var. Üstelik bu iş için de uygun. Bu malzemelerin yanında son bir araştırma bizi bilindik bir kapıya götürüyor: Grafen. Manchester Üniversitesi’nden araştırmacılar European Thermodynamics şirketi ile olan işbirliği projesinde termoelektrik malzemeleri daha kullanışlı hâle getirmek için grafeni ele aldılar.
Applied Materials and Interfaces dergisinde yayınladıkları makalede açıkladıklarına göre, araştırmacılar termoelektrik malzeme olan stronsiyum titantum dioksit (STO) malzemesine küçük bir miktar grafen kattıklarında sadece aşırı yüksek sıcaklıklarda elektrik akımı üreten bu malzemenin artık oda sıcaklığında dahi elektrik akımı üretmesini sağladılar. Burada oluşan bu büyük fark kesinlikle grafenden geliyor. Manchester Üniversitesi’nde bu araştırmayı yürüten Robert Freer’in belirttiklerine göre bu günümüz oksit termoelektrik malzemelerin çalışma sıcaklıkları 700 santigrat derece ile sınırlıdır. Bu kadar yüksek bir sıcaklık ise elbette ki problemdir. Atık olan ısı enerjisini yeniden değerlendirmede verimliliği yok edecek denli büyüktü. Verimlilik demişken bu geleneksel termoelektrik malzemelerde enerji dönüşüm verimliliği de yine oldukça düşük. Yüzde bir civarında. Grafenin katkısıyla hiç olmazsa bu verim yüzde 3 ila yüzde 5 arasında olabileceği makalede araştırmacılar tarafından bildiriliyor.
Bu çalışmaların önemi şurada biraz daha iyi anlaşılıyor aslında, bir otomobil için kullanılan yakıt enerjisinin yüzde 70’i atık ısı ve sürtünmede kaybediliyor. Bu tür malzemeleri eğer kullanabilirsek, termal enerjinin geri kazanımı ile enerji verimliliğinde önemli bir artış sağlanabilecek gibi görünüyor.
Gökhan Atmaca, Bilim Uzmanı (MSc.)
Takip: twitter.com/kuarkatmaca
İletişim: facebook.com/anadoluca
Kaynak:
Dexter Johnson, Graphene Offers Promise of Thermoelectric Material for Next-Generation Vehicles, IEEE Spectrum
Illustration: Mina De La O/Getty Images
