Hibrit Araçlar İçin Grafen Yakıt Pili

yakıt_pili-hibrit-hibrit_araçlar-yakıt_hücresiNobel ödüllü mucize malzeme grafen kullanan yeni yakıt pili çevre kirliliğini önlüyor ve küresel ısınmayı azaltıyor. AB Grafen Amiral Projesi’ne Türkiye’den katılan tek kurum olan Sabancı Üniversitesi dünyanın en gelişmiş hidrojen yakıt hücresi için grafen elektrot geliştiriyor.

Hibrit araçlar

Günümüzde fosil yakıtlar hızla tükenirken benzin, dizel, kömür ve doğal gaz kullanımının yol açtığı küresel ısınma ile çevre kirliliği artıyor. Gelecek kuşaklara yaşanabilir bir dünya bırakmayı hedefleyen Avrupa Birliği ülkeleri Türkiye, Çin ve ABD ile birlikte dünyanın en temiz teknolojilerinden biri olan yakıt pillerine odaklanıyor.

Süngersi yapısında bulunan mikro gözeneklere güvenle emdirilmiş hidrojen gazını oksijenle kontrollü bir şekilde yakan yakıt pilleri (hidrojen yakıt hücreleri) 1970’lerden bu yana uzay araçları ve denizaltılarda kullanılıyor; ancak günlük hayatta daha yeni yaygınlaşıyor.

New York Time Square meydanındaki Morgan Stanley genel merkezi ve diğer plazalar son 5 yılda elektrik kesintisine karşı yedek enerji sağlamak üzere yakıt pilleri kullanmaya başladı; ama asıl atılım Avrupa’dan geldi.

Norveç ve Almanya’nın 2025-2030 yılları arasında fosil yakıt kullanan araçların satışının durdurulması için harekete geçmesiyle birlikte hem şebeke elektriği ile şarj olan hem de yakıt pili kullanan hibrit araçların önü açılmış oldu.

İlgili yazı: Bizden İlkel Dünya Dışı Uygarlık Bulursak Ne Yaparız?

yakıt_pili-hibrit-hibrit_araçlar-yakıt_hücresi

Türkiye yakıt pili geliştiriyor

Avrupa Birliği’nin Grafen Amiral Gemisi Projesi’ne Türkiye’den katılan tek kurum olan Sabancı Üniversitesi, dünyanın en gelişmiş yakıt pilinin 2023 yılında kullanıma girmesi için çalışıyor. Bu konuda Sabancı Üniversitesi Öğretim Üyesi Doç. Dr. Selmiye Alkan Gürsel ve ekibi yakıt pilleri için yeni bir grafen elektrot katmanı geliştiriyor.

Peki güneş paneliyle elektrik üretiminin ve Tesla elektrikli otomobillerin yaygınlaştığı bir dünyada Avrupa Birliği neden yakıt pili geliştirmeye büyük bütçe ayırıyor? Basında sihirli malzeme olarak tanıtılan grafen, yakıt pili üretiminde neden kritik öneme sahip?

Özellikle de yakıt pili ile mobil cihazlarda kullanılan lityum-iyon piller arasındaki fark nedir? Bütün bu soruların cevabını temiz enerji kaynaklarına ayrılan bu yazıda bulacaksınız.

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

yakıt_pili-hibrit-hibrit_araçlar-yakıt_hücresi

Sabancı Üniversitesi Öğretim Üyesi Doç. Dr. Selmiye Alkan Gürsel.

 

Güneş enerjisinin yerini alacak mı?

Dünyada çok sayıda alternatif temiz enerji kaynağı var. İçlerinde en gelecek vaat eden iki çözüm ise güneş enerjisi ve hidrojen yakıt hücreleri; çünkü rüzgar ve dalga enerjisi için gereken büyük tesislerin tersine, bu ikisini hem konutlarda hem de taşıtlarda hemen kullanabiliriz.

Bugün büyük bir bahçeniz yoksa ve ciddi yatırım yapmıyorsanız rüzgar gülü kullanamazsınız. Öte yandan, çatınızda güneş paneliyle veya bahçenizdeki yakıt piliyle eviniz için gereken elektriği lokal olarak çok daha ucuza üretebilirsiniz.

Bu nedenle yakıt pilini güneş enerjisi altyapısının yaygın olmadığı ülkeler ve yeterli gün ışığı elde edilemeyen durumlarda güneş panellerinin tamamlayıcısı olarak düşünmekte fayda var. Ancak, yakıt pillerini gerektiren başka faktörler de söz konusu:

Altyapı maliyetlerini optimize etmek açısından baktığımızda; tarih bize hidroelektrik ve doğal gaz santralleri gibi farklı enerji tesislerini bir arada kullanmanın ekonomik açıdan avantajlı olduğunu gösteriyor. Bu bağlamda yakıt pilleri birkaç kritik noktada standart lityum-iyon pillerden daha avantajlı özelliklere sahip bulunuyor.

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

Sabancı Üniversitesi Öğretim Üyesi Doç. Dr. Selmiye Alkan Gürsel.

 

Ne tür avantajlar?

Öncelikle yakıt pillerini neredeyse depoya benzin doldurur gibi hızlı şarj ediyoruz. Lityum-iyon pilleri bu kadar hızlı şarj edemezsiniz. İkincisi hidrojen yakıt hücreleri lityum-iyon pillerden ve dizel yakıtlı jeneratörlerden daha uzun ömürlü.

En basitinden, hidrojen yakıt hücresi ve elektrik motoru kullanan bir otomobil, yakıt pilini tekrar doldurmaya gerek kalmadan daha uzağa gidebilir. Bu konuda hibrit araçlar salt elektrikli veya fosil yakıtlı araçlardan daha uzun menzilli.

Yakıt pillerinin lojistik avantajları da var. Örneğin, elektrik kesildiğinde jeneratör yerine duvar pili kullanabilirsiniz. Hatta gün ışığını elektriğe çeviren güneş panelleriyle duvar pillerini her gün yeniden şarj edebilirsiniz.

İlgili yazı: İnternette teknik takip ve gözetimi önleme rehberi

Sabancı Üniversitesi Öğretim Üyesi Doç. Dr. Selmiye Alkan Gürsel.

Grafitin soğan kabuğu gibi soyulmasıyla elde edilen tek atom kalınlığında mucize materyal grafen katmanı. Grafen karbon atomlarından oluşuyor.

 

Enerji depolama ihtiyacı

Ancak, ister duvar pili kullanın ister güneş enerjisi santraline kaynak yapın, gündüz üretilen elektriği gece için depolamak zorundasınız.

Örneğin Tesla yılda 35 gigawatt saatlik pil üretim kapasitesine sahip Gigafactory tesisini inşa ediyor. Hatta enerji maliyetlerini düşürmek için çatısını güneş panelleriyle kaplıyor.

Elbette güneş panelleri de fabrikalarda üretiliyor. Bu nedenle yakıt pillerinde kullanılan hidrojenin üretim ve dağıtım maliyeti hızla güneş enerjisiyle eşitleniyor.

İlgili yazı: Mobil İnternette Video İzleme Rehberi

Sabancı Üniversitesi Öğretim Üyesi Doç. Dr. Selmiye Alkan Gürsel.

Grafenden yapılan aerojel tüyden hafif ve okyanusları petrol kirliliğinden temizleyecek.

 

Kara taşımacılığı için pratik alternatif

Şimdi bunu kamyonlar, tırlar, hatta elektrikli gemiler ve şehirlerarası yük trenleri için düşünün. Elektrikli bir yük treninin pilini şarj etmek için garda sekiz saat beklemek istemezsiniz.

Öte yandan, sırf buna gerek kalmasın diye New York-Los Angeles arasına tümüyle elektrikli raylarla döşemek de pratik değil. Elektrik motorlu bir yolcu gemisinin limanda şarj olmak için kaç saat beklemek zorunda kalacağını ise düşünmek bile istemiyorum.

Oysa yakıt pili taşıyan bir gemi inşa etmek, kamyonlarda ve yük trenlerinde yakıt pili kullanmak çok daha kolay ve Selmiye Alkan bunu şöyle açıklıyor:

“Bugüne dek yük trenleri dizel ve elektrik motorlu hibrit araçlar olarak üretildi; ama dizel motor yerine çevreye kirletmeyen yakıt pili kullanarak daha uzağa, daha uygun maliyetlerle yük taşıyan trenler üretebiliriz. Dizel yerine hidrojen yakan yakıt pilleri çevreyi kirletmeden çok daha verimli çalışıyor.”

İlgili yazı: Kontrollü Güç >> Telefon pil ömrünü uzatmak için en iyi 5 yöntem

Sabancı Üniversitesi Öğretim Üyesi Doç. Dr. Selmiye Alkan Gürsel.

Büyütmek için tıklayın.

 

Hidrojen üretmek maliyetli değil mi?

Eskiden hidrojen üretmek maliyetli bir süreçti; çünkü hidrojen evrende bilinen en hafif element ve Dünya gezegeninin yerçekimi atmosferde büyük miktarda serbest hidrojen tutacak kadar güçlü değil. Zaten öyle olsaydı Dünya kayalık bir gezegen yerine, Jüpiter gibi bir gaz devi olurdu.

Bununla birlikte dünyada uygun teknolojiyle ulaşılabilecek büyük bir hidrojen kaynağı var: Okyanuslar. Sonuçta su molekülleri iki hidrojen atomuyla bir oksijen atomundan oluşuyor. H20 şeklinde yazdığımız su moleküllerini ayrıştırarak serbest hidrojen ve oksijen üretebiliriz.

İlgili yazı: Güneş Enerjisi 30 Yılda 19 Trilyon $ Kazandıracak

New York Time Square’da yakıt pilleri şimdiden elektrik kesintisine karşı jeneratörlerin yerine kullanılıyor.

 

Bu ne işe yarayacak?

Yakıt pilleri süngersi yapısına emdirilen hidrojeni oksijenle yakarak enerji üretiyor. Bunun için de havadan oksijen çekmesi gerekiyor. Ancak atık olarak ne üretiyor biliyor musunuz?

Su, sadece sıvı su: Geleceğin en temiz enerji kaynaklarından biri olarak gösterilen nükleer füzyon reaktörleri bile karbondioksitten yüzde 60 daha etkili bir sera gazı olan su buharı üretecekler; ancak yakıt pilleri sadece su çıkarıyor.

“Kısacası yakıt pilleri çalışırken, hidrojen üretmek için parçaladığımız suyu gezegenimize geri kazandırıyor ve bu sırada açığa çıkan oksijeni de yanma döngüsünde kullanarak atmosferdeki oksijen miktarını koruyoruz. İklim çevrimi açısından kapalı ve dengeli bir sistemden söz ediyoruz.”

İlgili yazı: Kozmik ışınlar Bilgisayar ve Telefonları Nasıl Bozuyor?

yakıt_pili-hibrit-hibrit_araçlar-yakıt_hücresi

Elektrik kesintisine karşı hidrojen yakıt hücreleri jeneratör.

 

Hidrojen üretim ve dağıtım tesisi kurmalıyız

Elektrikli otomobiller için pil fabrikası kurmak gerektiği gibi, yakıt pilleri için de hidrojen üretim tesisleri kurmamız gerekiyor. Hatta elektrikli araçların en büyük avantajının mevcut elektrik şebekesinden yararlanmak olduğu söyleniyor. Ancak bu işin gizli bir maliyeti var:

Elektrikli araçları şebeke elektriğiyle şarj ederseniz elektrik tüketimini artırmış olursunuz. Son araştırmalara göre, dünya 2040 yılına kadar enerji ihtiyacının yüzde 70’ini fosil yakıtlardan karşılayacak ve çevre kirliliği açısından bu büyük bir sorun.

Selmiye Alkan bu durumu, “Güneş enerjisi veya yakıt pili olmadan elektrikli otomobil kullanmanın çevre kirliliğini o kadar da azaltmadığını gösteriyor” sözleriyle açıklıyor.

İlgili yazı: Yağmurdan Elektrik Üreten Güneş Paneli

yakıt_pili-hibrit-hibrit_araçlar-yakıt_hücresi

Geleceğin yolcu uçakları yakıt pili kullanacak.

 

Nasıl hidrojen üretiyoruz?

Artık elimizde hidrojen üretmek için birçok ucuz teknoloji var. Bunlardan biri yukarıda anlattığım gibi elektroliz yoluyla, yani elektrik vererek su moleküllerini parçalamak ki bu aslında yakıt pilini çalıştıran elektrokimyasal reaksiyonun tam tersi! Bu yöntem için enerji maliyetlerini düşürmek amacıyla güneş enerjisi santrallerini kullanıyoruz.

Bu santraller California ve İsrail gibi ülkelerde o kadar verimli çalışıyor ki bir yandan tuzlu suyu arıtıp içme suyu üretiyor, diğer yandan konutlara elektrik sağlıyor ve bu sırada suyun bir kısmını ayrıştırıp hidrojen depoluyor.

Ancak, hidrojen üretiminde kullanılan kimyasal reaksiyonları hızlandırmak için birçok verimli katalizör geliştirdik. Böylece maliyetleri daha da azalttık. Örneğin, Fransız kimyacı Paul Sabatier tarafından 1910’larda keşfedilen Sabatier tepkimesinden yararlanarak doğal gazın ana bileşeni olan metan moleküllerini parçalayıp (CH4) hidrojen üretebiliriz.

Bu yöntemle hidrojen üretmek kelimesi kelimesine sudan ucuza gelebilir. Güneş ışığının yüzde 40’ından fazlasını elektriğe dönüştüren yeni güneş panellerine rağmen hidrojen yakıt hücreleri rekabet gücünü koruyacaktır.

İlgili yazı: Google Ay Yarışı 2017’de Başlıyor

yakıt_pili-hibrit-hibrit_araçlar-yakıt_hücresi

Boeing’in yakıt pili kullanan pervaneli uçağı.

 

Telefon pilleri ile yakıt pillerinin farkı

Öncelikle Türkçede yakıt pili olarak karşılasak da yakıt pillerinin tam çevirisi hidrojen yakıt hücresi ve bu detayı bilmek önemli:

Sonuçta marketten satın aldığımız piller enerji üretmiyor. Bunlar enerjiyi depoluyor. Örneğin akıllı telefon pillerini tekrar tekrar şarj edip kullanıyoruz. Yakıt pilleri de enerji üretiyor ama enerji depolamıyor. Hibrit otomobillere takılan tüplerdeki hidrojen gazını kullanarak çalışıyor.

Her ne kadar yakıt pillerini önce uzay mekikleri, denizaltılar ve nihayet hibrit otomobillerle tanımış olsak da aslında telefon pili kadar küçük yakıt pili üretmek otomobil yakıt pili üretmekten daha kolay. Böylece çakmak doldurur gibi hızla şarj olan, ama aynı zamanda güvenli olan mini yakıt hücrelerini mobil cihazlarda kullanabiliriz.

İlgili yazı: 2045’te İşçi ve Memurların Yarısı Robot

yakıt_pili-hibrit-hibrit_araçlar-yakıt_hücresi

Yakıt hücreleri pilden iki kat uzun ömürlü. Büyütmek için tıklayın.

 

Yakıt pilleri lityum-iyon pillerden güvenli mi?

Yakıt pilleri benzinli araçlar gibi içten yanmalı motorlar değil. En azından hidrojeni oksijen yoluyla yanma odasında yakmıyorsunuz. Bu sebeple kötü üretilen pillerde olduğu gibi aşırı ısınma, patlama ve yangın çıkarma riski yok. Öyle ki bu iş çakmağa gaz doldurmaktan çok daha güvenli.

Yine de yakıt pillerinin enerji depolamadığını ve bu yüzden bunları lityum-iyon piller ve özellikle de lityum-hava pillerle birlikte kullanmamız gerektiğini hatırlatmalıyız. Buna karşın pillerde kullanılan lityum metali havayla ve suyla temas edince patlayan veya alev alan son derece reaktif bir element. Zaten bu yüzden enerji depolamakta kullanılıyor.

İlgili yazı: Yapay Kaslı İnsana Benzer Robot

yakıt_pili-hibrit-hibrit_araçlar-yakıt_hücresi

Yakıt pili kullanan dron.

 

Pil kalitesi

Lityum-iyon pillerin kaliteli olmasına çok dikkat etmek gerekiyor. Örneğin pilin anot ve katot tarafını birbirinden ayıran yaprak çok önemli. Bunu ucuz olsun diye ince üretirseniz akıllı telefondaki en ufak bir sarsıntıda delinebilir veya kendiliğinden aşınabilir. Son zamanlarda duyduğumuz pil kazası haberlerinin sebeplerinden biri üretim hataları.

Öyleyse yakıt pilinin ürettiği enerjiyi depolamak ve elektrik olarak kullanmak için daha güvenli pillere ihtiyacımız var. Nitekim Sabancı Üniversitesi olarak yakıt pili gibi solunum yaparak çalışan lityum-hava pilleri de araştırıyor.

Bunlar tıpkı yakıt pili ve insan vücudu gibi nefes alarak solunum yapacak. Lityumun elektrik üretmesi için gerekli oksijeni havadan çekecek. Ancak, uzun menzilli elektrikli otomobillere izin veren bu teknoloji 10 yıl sonra yaygınlaşacak.

İlgili yazı: Nükleer Otomobil Ne Zaman?

yakıt_pili-hibrit-hibrit_araçlar-yakıt_hücresi

Yakıt pili kullanan kargo gemisi tasarımı. Elektrikli gemiler, denizaltılar, trenler ve uçaklar için pil yerine hidrojen yakıt hücresi kullanmak daha doğru; çünkü elektrik tüketimi arttıkça yakıt pili daha verimli oluyor.

 

Güneş enerjisi kadar verimli mi?

Selmiye Hocamıza göre ilk bakışta öyle görünmese de evet: Gerek güneş panelleri gerekse yakıt pilleri aslında enerji üretmiyor. Bunlar enerji çevrim teknolojileri. Örneğin Dünya gezegeninde üç ana enerji kaynağı var: Jeotermal enerji, yerkabuğundaki radyoaktif elementlerin yol açtığı ısı ve güneş enerjisi.

Güneş panelleri güneş enerjisinin bir kısmı olan gün ışığını elektriğe çeviriyor. Güneş hücreleri Einstein’ın 100 yıl önce geliştirdiği fotoelektrik etkiyle elektrik üretiyor ve bunu doğrudan pilde depoluyor.

Yakıt pili ise hidrojeni oksijenle yakarak enerji üretiyor; ama bunun için önce hidrojen üretmemiz gerekiyor.

İlgili yazı: Jüpiter’e giden Juno en uzaktaki güneş enerjili araç oldu

yakıt_pili-hibrit-hibrit_araçlar-yakıt_hücresi

Hidrojen yakıt hücreleri banliyö trenlerinde test ediliyor.

 

Besin zinciri

Özetle güneş panelinde tek bir çevrim basamağı varken yakıt pilinde en az iki çevrim basamağı var. Bunu insanların besin döngüsüne benzeterek örnekleyebiliriz. Bitkiler fotosentez yaptığı için doğrudan güneş enerjisi kullanıyor ve bunun yüzde 70 kadarını işe dönüştürebiliyor.

Biz insanlar bitkileri yiyen besi hayvanlarından alınan eti yediğimiz zaman güneş enerjisinin sadece yüzde 20’sini kullanıyoruz. Bu sebeple ilk yakıt pilleri güneş panelleri kadar verimli değildi. Ancak elektrot, katalizör ve hidrojen üretim tekniklerindeki iyileştirme ile yakıt pillerinin verimliliğini artırmaya başladık.

İlgili yazı: 100 km’de 0 Litre Yakan Araba >> Dünyanın ilk güneş enerjili spor otomobili Immortus

yakıt_pili-hibrit-hibrit_araçlar-yakıt_hücresi

Aslında hidrojen yakıt hücresi kullanan araçlar da elektrikli araç. Bunlara hibrit araçlar diyoruz; çünkü elektrikli motorları pil yerine yakıt hücresinden üretilen elektrikle çalıştırıyorlar

 

Grafen Amiral Gemisi Projesi

Sabancı Üniversitesi projede tam da buna, yani grafen elektrotlar kullanarak yakıt pili verimliliğini artırmaya odaklanıyor. Üniversite ekipleri Avrupa Birliği’nin Horizon 2020 projesinin bir ayağı olan ve Avrupa Komisyonu tarafından toplam 1,2 milyar avro bütçeyle desteklenen uluslararası Grafen Amiral Gemisi Projesi bunun için katıldı.

Grafen bakırdan daha iletken bir elektrot ve yakıt pili verimliliğini artırıyor. Yoksa bu 1965 yılında geliştirilmiş bir teknoloji. Üniversitelerin amacı ise günlük hayata, evlerin bodrumuna ve otomobilin kaputuna girmesini sağlamak.

İlgili yazı: Çevre Dostu Rüzgar Enerjisi >> Kuşları öldürmeyen Vortex pervanesiz rüzgar direkleri

yakıt_pili-hibrit-hibrit_araçlar-yakıt_hücresi

Geleceğin şehirlerini üç teknoloji besleyecek: yakıt pili, güneş enerjisi ve nükleer füzyon.

 

Neden temiz enerji?

Fosil yakıtların çevreyi kirleterek karbondioksit ve metan gibi sera gazlarıyla küresel ısınmaya yol açtığını biliyoruz.

Özellikle Türkiye’de yaygın olan kurşun bazlı akülerin sebep olduğu ağır metal zehirlenmesi tehlikesinin farkındayız. Nükleer santraller de radyoaktif atıklara ve Fukuşima kazasında olduğu gibi nükleer sızıntı riskine yol açıyor. Oysa yakıt pilleri egzoz olarak sadece arı su çıkarıyor.

İlgili yazı: Bill Gates’e Göre Dünyayı Kurtaracak 3 Teknoloji >> Güneş yakıtı, elektrikli boya ve yakıt hücresi

yakıt_pili-hibrit-hibrit_araçlar-yakıt_hücresi

NOAH New Orleans arkoloji habitatı gibi iklim kontrollü sera kentler yakıt pili kullanacak. Yakıt pili, güne enerjisi ve nükleer füzyon 2040’tan sonra üç temel enerji kaynağı olacak.

 

Fabrikalar yakıt piline geçiyor

Fabrikalar en azından elektrik kesintisine karşı kullanmaya başladı bile. Aslında yakıt pilleri açısından en can alıcı nokta bu. Yukarıda dünyanın 2040 yılına kadar yüzde 70 oranında fosil yakıt kullanacağını söyledik. Bunun en büyük sebebi ne biliyor musunuz? Fabrikalar ve enerji santralleri!

2040 yılında bazı ülkeler neredeyse tümüyle elektrikli otomobile geçmiş olacaklar. Ancak, gemiler ve trenler dizel yakmaya devam edecek. Uçaklar kerosen ve termik santraller de zehirli kömür kullanmayı sürdürecekler.

Petrolden üretilen plastiğin yerini kısmen Hint kenevirinden üretilen plastikler alacak; ama bunları üreten fabrikalar büyük ölçüde fosil yakıtlardan üretilen elektriği kullanacaklar.

İlgili yazı: Robotlara 3D Printerla Basılan Yapay Deri

yakıt_pili-hibrit-hibrit_araçlar-yakıt_hücresi

Londra’da yakıt pili kullanan otobüsler var.

 

Termik santralleri kapatmak için

Öte yandan yakıt pili yaygınlaşınca termik santraller ve doğal gaz santrallerini emekliye ayırabileceğiz. Yakıt pilinde yakılan hidrojeni metan gazını parçalayarak üretebileceğimiz için, atmosfere karbondioksitten 30 kat etkili olan metan gazı salan kaya gazı üretiminin yol açtığı küresel ısınmayı da kısmen önlemiş olacağız.

Ayrıca küresel ısınmanın ikinci sebebinin hayvancılık olduğunu unutmayalım. Tezek gibi organik atıklardan üretilen metanı parçalayıp hidrojen üretmek de bir çözüm. Yakıt pilleri, özellikle güneş enerjisi üretiminin sınırlı olduğu ülkelerde ağır sanayiye büyük katkı sağlıyor.

İlgili yazı: Almanya’dan Nükleer Füzyon Atağı >> Merkel düğmeye bastı, yeryüzünde güneş yaktı

 

Sabancı Üniversitesi dünyanın en gelişmiş hidrojen yakıt hücresi için grafen elektrot geliştiriyor

Yakıt pilli hibrit araçlar elektrikli otomobillerden şimdilik daha uzun menzilli.

 

Dijital dönüşüm için temiz enerji

Endüstri 4.0 bağlamında geleceğin fabrikaları büyük ölçüde robotların çalıştığı ve içinde yöneticiler dışında çok sayıda işçi barındırmayan dijital sistemlere dönüşecek.

Bu dönüşüm önce ağır sanayide gerçekleşecek ve bu da fabrikalarda elektrik ihtiyacını büyük ölçüde artıracak. Özetle yakıt pilleri ağır sanayiyi fosil yakıt bağımlılığından kurtaracak ve güneş enerjisiyle birlikte küresel ısınmayı azaltacak.

İlgili yazı: Ay’a Gitmedik Komplo Teorilerini Çürüten 10 Kanıt

yakıt_pili-hibrit-hibrit_araçlar-yakıt_hücresi

Uzun ömürlü grafen pil tasarımı.

 

Öyleyse grafen nedir?

Grafen insan uygarlığının bildiği en ince malzeme. Sadece 1 atom kalınlığında olan grafen yaprakları insan saçından 1 milyon kat ince.

Aynı zamanda bilinen en dayanıklı malzeme ve çelikten 100 ila 300 kat güçlü. Üstelik 1 metrekare grafen sadece 0,77 miligram ağırlığında ve nanoteknoloji kullanarak grafeni bilgisayar devrelerinde hem iletken hem de yalıtkan olarak kullanmak mümkün.

Bu sebeple bilim insanları grafenden daha sihirli bir malzeme bilmiyor ve yine bu yakıt pillerinin verimliğini artırmak için grafen elektrotlar geliştiriyor.

İlgili yazı: Ay Üssü Alfa Ne Zaman Kurulacak?

yakıt_pili-hibrit-hibrit_araçlar-yakıt_hücresi

Toyota uzun zamandır yakıt pili kullanan araçlar tasarlıyor.

 

Seri üretim

Bakırdan daha iletken olan grafen kurşunkalem ucunda bulunan ve karbon atomlarından oluşan grafitin yapışkan bantla üst üste 100 kez çekilerek soğan kabuğu gibi soyulmasıyla üretiliyor. Böylece tek atom kalınlığında grafen yaprakları üretiliyor.

Grafen yakıt hücrelerinin dışında, daha az elektrik tüketerek daha hızlı çalışan bilgisayar işlemcilerinin üretilmesinde kullanılacak. Çelikten sert, kauçuktan esnek olduğu için bükülebilir ekran üretimini yaygınlaştıracak.

İlgili yazı: Beyin Formülü: İnsan Beynini Çalıştıran Yazılım Bulundu

yakıt_pili-hibrit-hibrit_araçlar-yakıt_hücresi

Hidrojen yakıt hücrelerinin en büyük dezavantajı suyu elektroliz veya diğer yöntemlerle parçalayıp hidrojen üretmek gerekmesi. Bu küresel ısınmayı hızlandıran ve enerji maliyetlerini güneş enerjisine göre artıran bir süreç. Ayrıca hidrojeni yine büyük şirketler üretecek ve Elon Musk’ın güneş enerjisi tekelini kıran Solar City ile Tesla şirketleriyle yapmak istediğinin tersine, global enerji tekeli varlığını sürdürecek.

 

Esnek ekranlar

Böylece grafik tasarımcılar 24 inçlik büyük ekranları ceplerinde mendil gibi katlayarak taşıyabilecekler ve grafen kullanan esnek akıllı telefon pilleri mobil cihazlarında katlanarak taşınmasına izin verecek. Grafenin esnek yapısından yararlanarak görme engelliler için biyonik göz, yapay retina gibi kişisel anatomiye uygun özel üretim protezler geliştirmek de mümkün olacak.

Bu malzemenin diğer kullanım alanları arasında elektronik mürekkep ve güneş ışığından elektrik üreten boya üretimi bulunuyor. Güneş panelleri üretimini de kolaylaştıran sihirli malzeme mobiliteyi artırıyor ve temiz enerjiyi yaygınlaştırıyor.

İlgili yazı: Dünya’daki hayatın kökeni Mars mı?

yakıt_pili-hibrit-hibrit_araçlar-yakıt_hücresi

Yakıt hücreleri elektrikli otomobil pillerinden daha uzun ömürlü. Ancak ileride pilli otomobiller de en az yakıt hücreleri hibrit araçlar gibi uzun menzilli olabilir.

 

Yakıt Pilleri Nasıl Çalışıyor?

Yakıt pilleri tıpkı diğer pillerde olduğu gibi katot ve anot kısımların özel bir katman aracılığıyla birbirine temas etmesiyle çalışıyor. Grafen modern yakıt pillerinin daha fazla enerji üretmesi için ara katman olarak kullanılıyor.

Pildeki hidrojen gazının oksijenle doğru şekilde karışmasına ve düzenli şekilde elektrik üretmesine izin veriyor.

İlgili yazı: Google Kuantum Bilgisayar Yarışında Yeni Çiple Öne Geçti

yakıt_pili-hibrit-hibrit_araçlar-yakıt_hücresi

Yakıt hücreleri ilk olarak şimdi emekli olan uzay mekiğinin enerji kaynağı olarak üretildi.

 

Mikroskobik özellikler

Grafenin yakıt pillerinde son derece iletken bir elektrot olarak kullanılmasının sebebi tümüyle mikroskobik yapısıyla alakalı: Sadece tek atom kalınlığında olan grafen yakıt pilinde elektronların engellenmeden geçişini hızlandırarak elektrik tüketimini artırıyor.

Ayrıca grafenin bal peteği gibi küçük altıgenlerden oluşan mikroskobik gözenekli bir yapısı bulunuyor. Bal peteği düzeni en kısa kenarlı bir çerçeve içinde enerjiyi işe dönüştürmek için en büyük yüzey alanını sunuyor (arıların bal depolamak için petekli yapı kullanması rastlantı değil).

Böylece pil içinde hidrojen ve elektron akışı hızlanıyor. Grafen kullanan en küçük yakıt pilleri bile aynı boy lityum-iyon pillerden daha fazla enerji açığa çıkarıyor.

İlgili yazı: Beyin Formülü: İnsan Beynini Çalıştıran Yazılım Bulundu

yakıt_pili-hibrit-hibrit_araçlar-yakıt_hücresi

Bir yakıt pili istifi. Ne yazık ki otomobiller için gereken yakıt pilleri Tesla pilleri kadar ağır.

 

Grafenin Kısa Tarihi

Yakıt pili teknolojisi benzinli ve elektrikli araçlardan önce, 1835 yılında fizikçi William Robert Grove tarafından geliştirildi. Ancak, verimliliğini artırarak güneş panelleriyle rekabet edecek duruma gelmesini grafen elektrotların icat edilmesine borçlu.

Manchester Üniversitesi’nde Kostya Novoselov ve Andre Geim, 2004 yılında grafen üretmenin pratik bir yolunu buldular: Yapışkan bantla kurşunkalem ucundaki grafiti üst üste 100 kez soyarak tek atom kalınlığında grafen yaprakları ürettiler.

Hızlı ve kaliteli grafen üretimine izin veren bu teknik sayesinde 2010 Nobel fizik ödülünü aldılar. İki fizikçi aynı zamanda Grafen Bayrak Gemisi Projesi’nin oluşumunu desteklediler ve danışma kurulunda yer alarak projeyi yönlendirmeye devam ediyorlar.

İlgili yazı: Lazer Işınlı Güneş Enerjisi Uydusu Geliyor

yakıt_pili-hibrit-hibrit_araçlar-yakıt_hücresi

Mars’ta kullanılacak.

 

Türkiye’nin katkıları

Sabancı Üniversitesi Öğretim Üyesi Doç. Dr. Selmiye Alkan Gürsel, Türkiye’nin yakıt pili ve grafen projesine yeni teknolojiler geliştirerek katkıda bulunduğunu söylüyor:

“Grafen üzerine platin nano parçacıkları ekiyor ve geniş yüzey alanından yararlanarak elektrik üretimini artırıyoruz. Eskiden platin parçacıklarını karbon siyahı üstüne koyardık. Şimdi doğrudan grafen üzerine koyuyoruz. Bu noktada platin katalizör işlevi görerek elektrik üretiminin hızlanmasını sağlıyor.”

“Her yakıt pili için mikrogram düzeyinde platin kullanıyoruz. Bunun için mikroskobik lifleriyle platin tozunun grafen üzerine eşit düzeyde ve kaliteli olarak ekilmesini sağlayan gaz yayılmalı katmanlar ile tişörte resim basmaya benzeyen bir baskı tekniğinden yararlanıyoruz. Bu sayede platin parçacıklarıyla birlikte grafeni her türlü yüzeye mürekkep gibi basarak ucuz ve esnek yakıt pilleri üretiyoruz.”

İlgili yazı: Güneş Işığı ve Isıdan Elektrik Üreten Boya

yakıt_pili-hibrit-hibrit_araçlar-yakıt_hücresi

Mars araçları yedek enerji kaynağı olarak yakıt pili kullanılacak. Yedek piller yoksa, güneş panelleri kırılır veya tozlanırsa yakıt pili hayat kurtaracak. Ayrıca yakıt pilleri uzay sondalarında nükleer pile alternatif güvenli enerji kaynağı olarak kullanılacak.

 

Uygarlığın geleceği için yakıt pili

Türkiye’nin dünyada ilk kez geliştirdiği bu teknoloji sayesinde 1 metrekarelik dev esnek ekranlar ve evlere duvar kağıdı gibi döşenen yüksek verimlilikli güneş panelleri üretmemiz mümkün olacak. Hatta Sabancı Üniversitesi TÜBİTAK’a mürekkep püskürtmeli yazıcılar ve 3B yazıcılarla grafen basmak için yeni bir proje verdi ve cevap bekliyor.

Grafen Bayrak Gemisi Projesi’ne yapılan katkılar AB’nin Horizon 2020 inisiyatifine Türkiye’den giren ilk araştırma olarak ayrı bir öneme sahip bulunuyor. Asıl amaç küresel ısınmayı ve çevre kirliliğini azaltmak.

Sonuç olarak dijital dönüşüm için en verimli enerji kaynaklarını kullanmak gerekiyor ve yakıt pili ile güneş enerjisine odaklanmak gelecek kuşaklara yaşanabilir bir dünya yaratmak için büyük önem taşıyor. Peki Amerika’nın otoyollarını güneş paneliyle kaplasak ülkenin yıllık ihtiyacının üç katını üreteceğimizi biliyor musunuz? Onu da güneş enerjili otoyollarda okuyun.

Hidrojen yakıt hücresi nasıl çalışıyor?

Add a Comment

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

*