Tuzlu Buz Kombinasyonu Atıksız Elektrik Üretiminde Yeni Bir Yol Açıyor

Bilim insanları, tuz, buz ve mekanik gerilimin basit bir kombinasyonunun atıksız elektrik üretebildiğini keşfetti. Bu buluş, donmuş ortamlardan yenilenebilir enerji hasadı için yepyeni ufuklar açıyor. Araştırmacılar, 15 Eylül tarihinde Nature Materials dergisinde yayımlanan çalışmalarında, ağırlıkça yaklaşık yüzde 25 tuz içeren, karabiber tanesinden biraz küçük boyuttaki konik tuzlu buz parçalarının yaklaşık 1 milivolt elektrik potansiyeli üretebildiğini bildirdi. Bu tür 2.000 koniden oluşan diziler, küçük bir kırmızı LED ışığını yakmaya yetecek kadar, yaklaşık 2 volt enerji sağlayabilir.

Bu elektrik üretimi, bir katı malzemenin düzensiz mekanik deformasyona uğradığında elektrik yükü oluşturması olgusu olan fleksoelektrik etki ile açıklanıyor. Saf buzun, şimşek oluşumu gibi atmosferik elektrikle ilişkili olabilecek zayıf bir fleksoelektrik sergilemesine rağmen, tuzun yaygın bir safsızlık olarak varlığı, buzu çok daha etkili bir elektrik akımı üreticisine dönüştürüyor.

Fizikçi Xin Wen ve meslektaşları, bu araştırmayı tuzlu suyu koni ve kiriş şekillerinde dondurarak ve ardından özel ekipmanlar kullanarak bu tuzlu buz formlarını bükerek ve üretilen elektrik yükünü ölçerek ilerletti. Konik şekillerin daha yüksek kuvvetlere dayandığı ve daha yüksek voltajlar ürettiği, daha küçük konilerin ise gerilim kaynaklı elektrik çıkışına daha fazla tepki verdiği gözlemlendi. Bu küçük koni dizileri, tuzlu buz yapılarından elde edilen güç çıkışını artırma potansiyeli taşıyor.

Altta yatan mekanizma, buz taneleri arasında hapsolmuş nanometre ölçekli sıvı tuzlu su katmanlarını içeriyor. Buz büküldüğünde, basınç gradyanları oluşuyor ve bu da yüklü tuzlu suyu sıkışmış bölgelerden gerilmiş bölgelere doğru itiyor. Tuzlu su pozitif yüklü iyonlar (katyonlar) içerdiğinden, bu iyonların hareketi bir akış elektrik akımı yaratıyor. Bu akışkan fleksoelektrik etki, tuzun buz mikro yapısı üzerindeki etkileriyle önemli ölçüde güçleniyor; bu etkiler buz tanesi boyutunu küçültüyor, tuzlu su kanalı kalınlığını artırıyor ve dielektrik özellikler ile iyonik taşınımı yükseltmek için su moleküllerinin davranışını değiştiriyor.

Üretilen elektrik çıkışı mütevazı kalsa da, bu keşif tuzlu buzun soğuk ortamlarda yenilenebilir bir güç kaynağı olarak hizmet edebileceğini ve potansiyel olarak sensörleri veya düşük enerjili cihazları çalıştırabileceğini gösteriyor. Ancak, bu teknolojiyi günlük elektronik cihazları çalıştırmak için ölçeklendirmek zorlu bir iştir; örneğin, bir akıllı telefonu şarj etmek için on ila yüz metrekare büyüklüğünde tuzlu bir buz bloğu gerekebilir. Devam eden araştırmalar, bu buz tabanlı enerji hasatçılarının verimliliğini artırmayı ve çevresel ayak izlerini azaltmayı hedefliyor.

Sonuç olarak, doğal olarak tuzlu buzda fleksoelektriğe dair bu yeni anlayış, yalnızca potansiyel sürdürülebilir enerji çözümlerini ilerletmekle kalmıyor, aynı zamanda jeofiziksel olaylara da ışık tutuyor ve Güneş sistemimizdeki Europa veya Enceladus gibi tuzlu buzun geniş yüzeyleri kapladığı buzlu dünyalar hakkındaki çalışmaları bilgilendirebilir.