Yapay Yaprak Elektrik ve Hidrojen Yakıtı Üretiyor

Amerikalı ve Hintli araştırmacılar temiz enerjiye çözüm bulmak için yapay yaprak geliştirdiler. Doğal bitkiler gibi fotosentez yapan sentetik yaprak, gün ışığını elektriğe çeviriyor ve hidrojen yakıt hücreleri için hidrojen üretiyor. Yapay yaprak yaygınlaşınca güneş panellerinin yerini alacak ve endüstriyel üretime gerek kalmadan, kültür ormanlarının global enerji ihtiyacını karşılamasını sağlayacak.

Temiz enerji için

Bilim insanları çevreyi kirletmeyen ve küresel ısınmaya yol açmayan temiz enerji kaynakları geliştiriyor. Bunların içinde en yaygın olanı güneş ve rüzgar enerjisi. Ancak, pencereye cam gibi döşenen saydam güneş panelleri ve gün ışığından elektrik üreten grafen boyayı saymazsak yenilenebilir enerji çözümleri de ağır sanayi gerektiriyor.

Öyle ki güneş enerjisiyle çalışan Immortus spor otomobil veya Aquarius kuru yük gemisi inşa etmek bile çevreyi kirletiyor, en azından üretim aşamasında küresel ısınmaya çalışıyor. Nitekim Tesla elektrikli otomobilleri üreten Elon Musk bile bu sorunu tam olarak çözemedi.

Çözümü Yapay Yaprak

Kraliyet Sanat Okulu’ndan Julian Melchiorri, Tufts Üniversitesi işbirliğiyle yapay yaprak geliştirdi. Hindistan Bilim Enstitüsü’nden Biswajit Bhattacharya ve ekibi de kendi sentetik yaprağını üretti. Yapay yaprak, fotosentez yapan diğer doğal bitkiler gibi çalışıyor ve seri üretime geçtiği zaman, insanlığın temiz enerji sorununu çözmesine yardım edecek.

Yapay yaprak gün ışığından fotosentez yoluyla 3 şey üretiyor: Elektrik, oksijen ve hidrojen. Kısacası Dünya’daki hayatın yapıtaşları. Nitekim oksijen olmadan nefes alamayız ve vücudumuzun yüzde 60-70’i de sudan oluşuyor (H₂O). Gerçekten de yapay yaprağın faydaları saymakla bitmez:

Elektrik enerji sorununu çözecek, oksijen uzay otelleri ile uzay istasyonlarında kullanılacak (böylece uzaya oksijen tankları taşımak zorunda kalmayacağız ve fırlatma masrafları azalacak). Hidrojen ise lityum-iyon pillerin alternatifi olan hidrojen yakıt hücrelerinde kullanılacak.

İlgili yazı: Gerçek Adem: İlk insan ne zaman yaşadı?

 

Yapay yaprak nasıl çalışıyor?

Fotosentezle. Öyle ki yapay yaprak teknolojisini gen mühendisliği ve sentetik biyoloji ile birleştirirsek yağmur ormanlarından, ılıman iklimlerin alaçam ormanlarına kadar bütün geniş bitki örtülerini elektrik üretiminde kullanabiliriz. Kısacası ağaçlar sadece yaşamak için enerji üretmek yerine, çevreyi kirleten hiçbir ağır sanayi yatırımına gerek kalmadan, insanlığın enerji ihtiyacını da karşılarlar.

Belki de o zaman akıllanırız ve yol açmak için ağaçları keserek doğayı tahrip etmek yerine, tabiatla bir arada uyumlu yaşamayı öğreniriz. Her ne kadar yapay yaprak teknolojisinin bu ölçüde yaygınlaşması için en az 30 yıl geçmesi gerekse de gelecekte 1 trilyon insanı refah ve barış içinde yaşatacak olan sera kentlerde yapay yaprak kullanılacağının belirtmeliyiz.

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

Ay ve Mars’a yerleşmek için

Açıkçası uzaya yerleşmek için yapay yaprak kullanacağız. Böylece uzay gemilerine enerji sağlayan hidrojen yakıt hücreleri için gereken hidrojeni üreteceğiz. Aynı zamanda uzay gemileri, Ay ve Mars üslerinde yaşamak için gereken oksijeni üreteceğiz.

Bu noktada hidrojen üretimi çok önemli; çünkü petrol şirketleri temiz güneş enerjisine geçmek yerine, piyasadaki egemenliklerini korumak için hidrojene geçmeyi planlıyor. Ancak, bugünkü hidrojen üretim teknolojisi pahalı; çevreyi kirletiyor ve küresel ısınmaya yol açıyor.

Hidrojen yakıt hücreleri, güneş panelleri ve elektrikli otomobillerin imalat aşamasında bile çevreyi kirletmesini istemiyorsak ağır sanayinin her aşamasında temiz enerji kullanmalıyız. İşte elektrik, hidrojen ve oksijen üretimini doğal fotosentezle yapan yapay yaprak bu sorunu çözecek.

İlgili yazı: Mobil İnternette Video İzleme Rehberi

 

Yapay yaprak nasıl üretildi

College of Art öğrencisi Julian Melchiorri, yapay yaprak için doğal bitki hücrelerinden kloroplast aldı ve bitki hücrelerinin fotosentez yapmasını sağlayan bu küçük hücre organlarını (organeller) ipek kumaşını oluşturan proteinlerin içine yerleştirdi.

Melchiorri’nin geliştirdiği yapay yaprak, tıpkı doğal bitkiler gibi topraktan su ve havadan karbondioksit emerek çevreye oksijen veriyor. Yapay yaprağın dokusu ise yerçekimsiz uzayda dayanıklı olması için ipek proteinlerinden imal ediliyor (işin uzay istasyonlarına oksijen üretme kısmı bu).

İlgili yazı: Karanlık Enerji Evreni Nasıl Genişletiyor?

 

Yeşil devrim

Melchiorri yapay yaprak geliştirmekteki amacını şöyle açıklıyor: “NASA uzun mesafeli yolculuklarda uzayda yaşamamız için oksijen üretmenin farklı yollarını araştırıyor. Bu materyal uzayda bugünkünden daha uzak gezegenlere erişmemizi sağlayabilir.”

Yapay yaprak, özellikle yakın yıldızlara 40-50 yılda ulaşmak için kullanabileceğimiz Daedalus sınıfı elektron lazerli nükleer füzyon roketlerinin yaşam modüllerinde yetiştirilecek. Böylece yıldızlararası astronotlara oksijen ve hidrojen sağlayacak. Dahası astronotlar bu iki atomu birleştirip içme suyu üretebilecek. Bu durumda insanları dondurmaya bile gerek kalmayacak.

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

 

İpek yaprağı projesi

Melchiorri bunun için Tufts Üniversitesi’nin ipek laboratuarını kullandı ve gerçek yapraklardan çıkardığı kloroplastları mikroskobik ipek proteini örgüsünün içine yerleştirdi: “Bu materyali doğrudan ipek liflerinden çıkardık. Elimizdeki malzeme çok dayanıklı ve moleküllerin destabilize olmasını; yani aşırı titreyerek birbirinden kopup dağılmasını önlemek gibi harika bir özelliği var.

“Ben de kloroplastları bitki hücrelerinden çıkardıktan sonra ipek proteini moleküllerinin içine yerleştirdim. Böylece gerçek bir yaprak gibi yaşayan ve nefes alan, yani fotosentez yapan bir materyal elde ettim.”

İlgili yazı: 10 Adımda kara deliğe düşen astronota ne olur?

 

Şimdilik seri üretim zor

Yapay yaprak gerçekten de heyecan verici ve devrimsel bir fikir. Ancak, sanat okulu sınırlarından çıkıp endüstriyel olarak ölçeklenmesine daha çok var. Bunun için yapay yaprakları tıpkı bitkilerin doğal kök, gövde ve damar sistemine benzeyen bir çözümle beslemek gerekiyor.

Arizona Eyalet Üniversitesi Biyoenerji ve Fotosentez Merkezi’nden Doç. Dr. Wim Vermaas, aksi takdirde yapay yaprakta seri üretime geçemeyeceğimizi söylüyor. Vermaas yapay yaprak üretimi için yeni teknolojiler geliştirmemiz gerektiği konusunda haklı.

Ancak, en iyi çözüm yapay yaprak teknolojisini kullanarak genetiği değiştirilmiş ağaçlar (buna sentetik biyoloji diyoruz) veya biyonik bitkiler üretmek. Biyonik bitkiler tıpkı yapay yaprak gibi kısmen sentetik ve kısmen organik olacak.

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

Biyonik ormanlar

Böylece biz de insanların doğaya verdiği zararı telafi etmek için biyonik ormanlar kullanacağız. Bugün ormanlar bile kesilen ağaçların yerde çürümesi nedeniyle küresel ısınmaya yol açmaya başladı.

Yağmur ormanlarını bile bize düşman edecek bir felaket kapımızdayken sadece doğayı korumak yeterli olmayacak. Biyonik ormanlar üreterek doğaya kendini toplama fırsatı ve insan uygarlığını destekleme imkanı vermeliyiz.

Bu saatten sonra ilkel yaşayışa geri dönmek mümkün olmayacağına göre sentetik biyoloji, yapay yaprak ve biyonik bitkileri bir arada kullanarak insanla tabiatı gerçekten birleştirmeliyiz. Nitekim şimdiden laptoplara elektrik sağlayan biyonik bitkiler geliştiriyoruz.

Ancak doğayı, hayvanları ve insanları seven, hem kendine hem de çevresine saygılı kuşaklar yetiştirmediğimiz sürece işimiz zor. Dolayısıyla eğitim şart.

İlgili yazı: 1 Milyar Yıllık Kayıp Kıtalar Bulundu

 

Hindistan Bilim Enstitüsü

Bu bağlamda Hintli araştırmacılar da yapay yaprağa odaklandılar. Doktora öğrencisi Biswajit Bhattacharya ve ekibi hem havadaki karbondioksiti azaltarak küresel ısınmayı yavaşlatan, hem de biyoyakıt üreten bir yapay yaprak geliştirdiler.

Elbette Audi ve diğer otomobil firmalarının da havadan hidrojen veya biyoyakıt üreten projeleri var. Hatta atmosferdeki karbondioksiti toprak altında depolayan fabrikalar açıldı (başka bir yazıda anlatacağım). Ancak, bunlar atmosferdeki karbondioksit miktarını gerçekten azaltmıyor. Kısacası küresel ısınmayı önlemek yerine bize zaman kaybettiriyor.

Oysa yapay insanların yol açtığı küresel ısınmayı direkt azaltabilecek bir teknoloji, temiz çevreye net getirisi olan bir çözüm.

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

 

Klorofil gücü

Bhattacharya bitkilerin klorofil yüzünden yeşil olduğunu söylüyor: “Sonuçta klorofil güneş ışığının sadece mavi ve kırmızı dalga boylarını emiyor. Yeşil ışınları ise kullanmayarak yansıtıyor. Biz de bu yüzden bitkileri yeşil renkli görüyoruz; çünkü bitkiler gözümüze en çok yeşil rengi yansıtıyor.”

Ancak Bhattacharya ve meslektaşları yeşil ışınları da emerek enerjiye dönüştüren biyonik yaprak geliştirdiler. Bu sayede tıpkı yukarıda anlattığım şekilde, ormanların enerji ve oksijen üretimini artırmayı planlıyorlar.

Kendi yapay yapraklarını üretmek için bakır alüminyum sülfat ve çinko sülfat kullandılar. Bunları bir araya getirerek dar bantlı yarıiletken aralık özelliğini elde ettiler. Kısacası yapay yaprağın daha iletken olmasını sağladılar ki gün ışığından daha çok elektrik üretsin.

İlgili yazı: Artık Ormanlar Küresel Isınmaya Yol açıyor

 

Kuantum nokta teknolojisi

Hintli araştırmacılar yapay yaprak üretiminde kullandıkları malzemeyi, yine ayrı bir yazıda anlatacağım kuantum nokta teknolojisiyle geliştirdiler (evet, LG ve Samsung TV’lerde LCD-OLED melez ekranlar üretmekte kullanılan o teknoloji). Ancak şimdilik şunu bilmemiz yeterli: Kuantum nokta teknolojisi, yapay yaprağın milimetrekare başına ışıktan daha fazla elektrik üretmesini sağlıyor.

Daha net bir deyişle yaprağın ışığı elektriğe çevirme çözünürlüğü artırıyor. Öyle ki Hintlilerin yapay kuantum yaprak üniteleri fotosentez yoluyla güneş ışığının yüzde 20’sini elektriğe çevirmeye başardı. Oysa bu oran doğal yapraklarda yüzde 0,4-0,5.

Kısacası daha şimdiden bir sentetik saksı çiçeğiyle bir akıllı telefonu şarj edecek kapasiteye eriştik. Dolayısıyla yapay yaprağın gelecekte büyük oranda oksijen ve hidrojen de üretebileceğini söyleyebiliriz.

İlgili yazı: Hibrit Araçlar İçin Grafen Yakıt Pili

 

Biyonik devrim

Gerçi bugün 50 gram biyoyakıt için tam 1027 yaprak gerekiyor; ama verimlilik arttıkça biyonik yaprakların temiz enerji üretimi de artacak. Nitekim biyonik bitki çağı başlıyor ve cyborg güller daha şimdiden bilgisayarlara elektrik sağlıyor. Ancak, bu işin en heyecan verici kısmı yapay yaprağın bizzat böbrek hastalarına çözüm olması:

Bugün araştırmacılar böbrek hastalarını diyaliz makinesinden kurtarmak için yapay böbrek geliştiriyor ve yapay yapraktan üretilen ince zarları da idrar filtresi olarak kullanmayı planlıyorlar. Böylece vücuda hiçbir sıkıntı olmadan nakledilecek olan yeni ve daha hafif yapay böbrekler üretmiş olacaklar. Biyonik teknoloji insanlığın geleceği için büyük umut vaat ederken, sizin de Pazarınız güzel geçsin ve babalar gününüz kutlu olsun.

Yapay yaprak teknolojisi

¹From leaf to tree: upscaling of artificial photosynthesis
²Efficient Photosynthesis of Organics from Aqueous Bicarbonate Ions by Quantum Dots Using Visible Light