Hong Kong Bilim ve Teknoloji Üniversitesi (HKUST) Mühendislik Okulu’ndan bilim insanları, sadece mekanik olarak esnetilerek ya da sıkıştırılarak çalışan yeni bir mühendislik alaşımı geliştirerek, katı hal ısı pompası teknolojisinde devrim yaratabilecek bir buluşa imza attı. "Ti₇₈Nb₂₂" adlı bu elastik alaşım, fosil yakıt kullanmadan ısıtma ve soğutma imkanı sunarak, küresel enerji sistemlerinde temiz ve sürdürülebilir çözümler için önemli bir alternatif oluşturuyor.
ISITMA TEKNOLOJİLERİNDE DÖNÜŞÜM
Yeni alaşım, gerildiğinde ya da sıkıştırıldığında geleneksel metallere göre yaklaşık 20 kat daha fazla geri dönüşümlü sıcaklık değişimi (ΔT) sağlayarak dikkat çekiyor. Bu etkileyici performans, geleneksel buhar sıkıştırmalı sistemlerin yerini alabilecek düzeyde bir verimlilik ortaya koyuyor. HKUST Makine ve Uzay Mühendisliği Bölümü’nden Araştırma Görevlisi Profesör Dr. Li Qiao, küresel karbonsuzlaştırma hedefleri doğrultusunda bu teknolojinin dönüştürücü bir çözüm sunduğunu belirterek, şu anda endüstriyel uygulamalara yönelik prototip ısı pompaları geliştirdiklerini ifade etti.
TERMAL ENERJİ TALEBİ ARTIYOR
Dünya genelinde enerji tüketiminin yaklaşık yarısı termal enerji ihtiyacına gidiyor. Bu talep hâlen büyük ölçüde fosil yakıtlarla karşılandığı için, sera gazı emisyonlarının azaltılması açısından alternatif teknolojilere duyulan ihtiyaç her geçen gün artıyor. Faz geçişlerine dayalı katı hal ısı pompaları, karbon ayak izini azaltmak için umut verici seçenekler sunsa da, bugüne kadar verimlilikleri genellikle Carnot sınırının %50 ila %70’i arasında sınırlı kalıyordu.
YENİ YÖNTEM: TERMOELASTİK ETKİ
Bu soruna çözüm getirmek üzere, Profesör Sun Qingping liderliğindeki ekip, elastik deformasyonla ısıtma ve soğutma sağlayan yeni bir yaklaşım geliştirdi. Termoelastik etki (TeE) adı verilen bu olgu, ilk kez 19. yüzyılda Kelvin, Joule ve Duhamel tarafından keşfedilmişti ancak uzun yıllar pratik kullanımı zayıf olduğu gerekçesiyle göz ardı edilmişti.
Sun ve ekibi, [100] dokulu Ti₇₈Nb₂₂ martensitik polikristal yapısını geliştirerek bu varsayımı sorguladı. Bu yeni yapı, doğrusal elastik deformasyon altında 4–5 Kelvin’lik geri dönüşümlü sıcaklık değişimi sağlayarak, geleneksel metallerin gösterdiği 0,2 Kelvin’lik değerin çok üzerinde bir performans sergiledi.
CARNOT SINIRINA YAKIN VERİMLİLİK
Geliştirilen alaşım, bir ısı pompalama çevrimi sırasında Carnot verimlilik sınırının yaklaşık %90’ına ulaşabiliyor. Bu oran, mevcut ticari buhar sıkıştırma soğutucularıyla rekabet edebilecek düzeyde kabul ediliyor. Araştırma ekibi, bu buluşun termoelastik etkinin verimsiz olduğu yönündeki uzun süredir devam eden görüşü çürüttüğünü vurguladı.
SÜRDÜRÜLEBİLİR ISI GELECEĞİ
Araştırmacılar, daha da ileri giderek daha yüksek termal genleşmeye sahip ferroelastik alaşımlar geliştirerek, potansiyel olarak 22 Kelvin’e kadar sıcaklık değişimleri sağlanabileceğini belirtiyor. Bu yaklaşım, yüksek verimli ve çevre dostu ısıtma sistemleri için faz geçişlerine dayanmayan ilk teknoloji olma özelliğini taşıyor.
HKUST tarafından geliştirilen bu yeni nesil ısı pompası çözümü, sürdürülebilir termal yönetim teknolojilerinde yeni ufuklar açarken, fosil yakıt bağımlılığını azaltmaya yönelik küresel çabalara da önemli bir katkı sağlıyor. "Yüksek verimli ısı pompalama için ferroelastik alaşımların martensitik fazında büyük termoelastik etki" başlıklı araştırma, Nature Communications dergisinde yayımlandı.
