Çevreye dost, sürdürülebilir kaynaklardan elde edilen yenilenebilir enerji son yıllarda bilim insanlarının en çok odaklandığı enerji türü. Stanford Üniversitesi araştırmacıları, güneş battıktan sonra da elektrik üretebilen bir güneş paneli geliştirerek bunun en heyecan verici örneklerinden birini vermişti. Bu paneller sadece güneş ışığını değil, ısı farkını da enerjiye dönüştürme yeteneğine sahipti.
Bitkisel atıklardan yapılan AuReus isimli panel, doğrudan güneş ışığına ihtiyaç duymuyor, bulutlu günlerde de enerji üretebiliyordu. Yağmurdan da enerji toplayabilen hibrit güneş panelleri ise yağmur yağdığı sürece gece-gündüz elektrik üretebiliyordu. Şimdi de MIT ve National Renewable Energy Laboratory’den (NREL / Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı) mühendislerinden oluşan bir ekibin geliştirdiği yüksek verimli termofotovoltaik hücre var sırada. Isıyı %40’tan fazla verimlilikle elektriğe dönüştürebilen bu termofotovoltaik (ısıyı elektriğe dönüştüren/ TPV) hücre, tamamen karbondan arındırılmış bir şebekeye bir adım daha yaklaşıldığı anlamına geliyor. Dolayısıyla bu yolda önemli bir kilometre taşı olarak kabul ediliyor.
Bu hücre, sıcaklık ve verimlilik sınırlamalarını aşıyor
Buhar türbinleri 100 yılı aşkın bir süredir; kömür, doğal gaz, nükleer enerji ve konsantre güneş enerjisi gibi ısı kaynaklarından elektrik elde etmek için kullanılıyor. Ancak buhar türbinleri, belirli bir sıcaklıktan sonra çalışamayan hareketli parçalardan oluşuyor. Bu makineler, bir ısı kaynağının yaklaşık %35’ini elektriğe dönüştürebilseler de, 2.000 °C’den sonra çok ısınıyor. Bir buhar türbininden farklı olarak bu çığır açan TPV hücresinin hareketli bir parçası bulunmuyor. Üstelik yukarıda da belirttiğim gibi bir ısı kaynağından gelen ısının yaklaşık %40’ını elektriğe dönüştürebiliyor. Ayrıca 1.900 °C’den 2.400 °C’ye kadar çalışmaya devam ediyor. Özetlemek gerekirse; normalde ısıdan elektrik elde etmek için kullanılan buhar türbinlerde verim %35 ve de üretim yüksek sıcaklıklarda sınırlı. Oysa bu yeni termofotovoltaik hücre bu sınırları önemli ölçüde aşıyor.
Termofotovoltaikler, fotonlar aracılığıyla ısıyı elektriğe dönüştürerek çalışıyor. Güneş panellerinde bulunan güneş hücrelerine çok benzer şekilde, TPV hücreleri de belirli bir bant aralığına sahip yarı iletken malzemelerden yapılabiliyor.
Sıradan TPV hücrelerinde; daha düşük sıcaklıktaki, düşük enerjili fotonları dönüştüren ve dolayısıyla enerjiyi daha az verimli bir şekilde dönüştüren nispeten düşük bant aralıklı malzemeler kullanılıyor. Bu yeni tasarımı daha verimli yapan şey, daha yüksek enerjili fotonları yakalamak için daha yüksek bant aralıklı malzemelerin ve daha yüksek sıcaklıktaki bir ısı kaynağının kullanılması.
Araştırmacılar, termofotovoltaik hücreyi güneş enerjisi gibi yenilenebilir enerji kaynaklarıyla birlikte kullanılacak, ızgara ölçekli bir termal hücreye dönüştürmek istiyorlar. Böylece sıcak bir günde enerji, yalıtılmış sıcak grafit bankalarında depolanacak. Daha sonra TPV hücreleri, bu depolanan termal enerjiyi ısının düşük olduğu günlerde elektriğe dönüştürerek ‘dağıtılabilir’ yenilenebilir enerji sağlayacak.
MIT Makine Mühendisliği Bölümü’nden Robert N. Noyce Kariyer Geliştirme Profesörü Asegun Henry, “Termofotovoltaik hücreler, termal pillerin uygulanabilir bir konsept olduğunu göstermenin son önemli adımıydı” diyor. “Bu, yenilenebilir enerjiyi çoğaltma ve tamamen karbondan arındırılmış bir şebekeye ulaşma yolunda kesinlikle kritik bir adım.” Henry, büyük ölçekli fotovoltaik hücreler yapmak için altyapının mevcut olduğunu da belirtiyor ve ekliyor: “Bu teknoloji güvenlidir, yaşam döngüsünde çevreye zarar vermez ve elektrik üretiminden kaynaklanan karbondioksit emisyonlarının azaltılması üzerinde muazzam bir etkiye sahip olabilir.”.
Görsel: MIT
