tatil-sepeti
tatil-sepeti

Topraktan enerji üretimi

Amerikan Northwestern Üniversitesi’nden bilim insanları, toprağa yerleştirilen ve toprakta karbon olduğu sürece mikropların kiri parçalaması sonucu oluşan enerjiyi toplayan bir cihaz icat ederek, elektrik üretmenin yeni bir yolunu buldu.

Giriş: 29.01.2024 - 09:55
Güncelleme: 17.12.2024 - 22:35


 

AYŞE BAŞAK

 

Mikrobiyal yakıt hücreleri, 100 yılı aşkın süredir biliniyor. Anot, katot ve elektrolit ile biraz pil gibi işleseler de kimyasal kaynaklardan enerji çekmek yerine, toprağı tüketirken yakındaki iletkenlere doğal olarak elektron bağışlayan bakterilerle çalışıyorlar.

 

Şu ana kadar verimli kullanılamamalarındaki sorun, toprağa gömülürken onlara su ve oksijen sağlanamamasıydı. Northwestern Üniversitesi araştırmacıları, mikrobiyal yakıt hücrelerinin bir yüzyılı aşkın süredir kavram olarak var olmasına rağmen performanslarına özellikle düşük nem koşullarında güvenilemediğini ve bunun da hücrelerin pratik kullanımına yönelik çabaları şimdiye dek engellediğini söylüyor. Bunu dikkate alan araştırma ekibi, hücrelerin oksijene ve suya sürekli erişimini sağlamayı hedefleyerek, birkaç yeni tasarım denemiş ve yatay bir disk üzerinde dikey olarak oturan kartuş şeklindeki bir tasarımla başarıya ulaşmış.

 

DERİNE GÖMÜLÜYOR 

 

Disk şeklindeki karbon keçe anot, cihazın alt kısmında yatay olarak yer alıyor ve mikroplar kiri sindirirken, elektronları yakalayabileceği toprağın derinliklerine gömülüyor. İletken metal katot ise anotun üstüne dikey olarak oturtuluyor. Böylece alt kısım, derin topraktan neme erişebilecek kadar derine otururken, üst kısım yüzeyle aynı hizada duruyor. Elektrot boyunca ise bir temiz hava boşluğu uzanıyor; üst kısımdaki koruyucu kapak, kir ve döküntülerin içeri girmesini ve katodun oksijene erişimini kesmesini engelliyor. Katodun bir kısmı da su geçirmez bir malzemeyle kaplanmış. Böylece sistemde su fazlası olduğunda, hatta su bastığında yakıt hücresinin çalışmasını sağlamak için katodun hidrofobik bir kısmı hâlâ oksijenle temas halinde kalıyor.

 

PİLE İHTİYAÇ OLMADAN

 

Bu tasarım, şu ana kadar yapılan çeşitli testlerde, farklı ıslaklık ve nem seviyelerinde tutarlı bir performans gösterdi. Kısmen kuru toprakta, toprakta hacimce yalnızca yüzde 41 su bulunduğu ortamda, hatta toprak tamamen su altında kaldığında performans değişmedi. Ortalama olarak yerleşik nem ve dokunma algılama sistemlerini çalıştırmak ve verileri küçük bir anten aracılığıyla yakındaki bir baz istasyonuna iletmek için gerekenden yaklaşık 68 kat daha fazla güç üretti.

 

Burada üretilen güç miktarı, bir otomobili ya da akıllı telefonu çalıştıracak büyüklükte değil. Şu aşamada daha çok, küçük sensörleri düzenli pil değişimine ihtiyaç duymaksızın uzun vadede çalıştırabilecek gücü sağlayabiliyor. Fakat bu küçümsenecek bir durum değil. Bu cihazların giderek arttığını, hatta trilyonlarca olacağı bir geleceği düşündüğümüzde her birinin lityumdan, ağır metallerden ve çevreye zararlı toksinlerden üretilmemesi çok büyük önem taşıyor.

 

DÜŞÜK MİKTARDAKİ ENERJİ İÇİN

 

Ekip, toprağı parçalamak ve bu düşük miktardaki enerjiyi kullanmak için özel mikroplar kullanan toprak mikrobiyal yakıt hücrelerini araştırmış. Ve toprakta mikropların parçalanması için organik karbon olduğu sürece yakıt hücresinin potansiyel olarak sonsuza kadar dayanabileceğini bulmuşlar. 

 

HIRDAVATÇIDAN ALINABİLECEK MALZEMELERLE

 

Peki, bu buluşun sağladığı enerji nerede kullanılabilir? Çeşitli toprak unsurlarını (nem, besin maddeleri, kirletici maddeler vb.) takip edecek cihazlar ve teknoloji odaklı hassas tarım yaklaşımını uygulamak isteyen çiftçilere yönelik geliştirilecek sensörler için çok verimli olabilir; yıllar boyunca, hatta belki de on yıllar boyunca veri üretimini destekleyebilirler. Araştırma ekibine göre buluşun en hoş kısmı, bu tasarımın tüm bileşenlerinin bir hırdavatçıdan satın alınabilmesi. Yani bu araştırma ile kullanım aşaması ve yaygınlaşması arasında herhangi bir malzeme sorunu olmayacak.