Temiz enerjiye geçiş kaçınılmaz bir ihtiyaçtır. Dünya’nın 1,5oC ile sınırlanması gereken ancak devamlı yükselen sıcaklığı, sürekli artmakta olan küresel enerji talebinin karşısında iklim değişikliğinin en kötü etkilerinden biridir. Dünya çapında üretilen tüm enerjinin %72‘sinden fazlası ısı şeklinde kayboluyor. Örneğin bir arabadaki motor, arabayı hareket ettirmek için yaktığı benzinin sadece %30‘unu kullanır, geri kalan enerji ısı enerjisine dönüşür. Kaybedilen bu enerjinin çok küçük bir kısmını geri kazanmanın bile iklim değişikliği üzerinde muazzam bir etkisi olacaktır. Atık ısıyı faydalı elektriğe dönüştüren termoelektrik malzemeler bu konuda bizlere yardımcı olabilir.
Termoelektrik malzemelerle ısı enerjisinin elektrik enerjisine dönüştürülmesi Seebeck Etkisi’ne dayanmaktadır. 1826’da Alman fizikçi Thomas Johann Seebeck, birleştirilmiş farklı metal parçalarının uçlarını farklı sıcaklıklara maruz bırakmanın, elektrik akımına neden olduğu anlaşılan bir manyetik alan oluşturduğunu gözlemledi. Keşfinden kısa bir süre sonra, gaz brülörlerinden gelen ısıyı elektrik akımına dönüştürmek için metalik termoelektrik jeneratörler üretildi fakat, ortaya çıkan metaller, yalnızca düşük bir Seebeck etkisi gösterdiler ve ısıyı elektriğe dönüştürerek çok verimli olamadılar.
1929’da Abraham Ioffe yarı iletkenlerin elektriği iletme kabiliyeti bakır gibi metallerin ve cam gibi yalıtkanların arasında kalan malzemelerin, metallerden önemli ölçüde daha yüksek Seebeck etkisi sergilediğini ve termoelektrik verimliliği %0,1’den %4’e 40 kat artırdığını gözlemledi. Bu keşif, yaygın olarak kullanılan ilk termoelektrik jeneratörlü radyoyu çalıştırmak için termoelektrik malzemeyi ısıtan gazyağı lambasının geliştirilmesine yardımcı oldu. En iyi termoelektrik malzeme, yarı iletkenlerin elektronik özelliklerine ve camın zayıf ısı iletimine sahip olandır. Ancak bu kombinasyon, doğal olarak oluşan malzemelerde bulunmaz.
Son on yılda, termoelektrik malzemeler tasarlanırken yeni stratejiler ortaya çıkarmıştır. Nature Materials‘da yakın zamanda yapılan bir çalışmada, Seul Ulusal Üniversitesi, Aachen Üniversitesi ve Northwestern Üniversitesi‘nden araştırmacılar, bugüne kadar olan en yüksek termoelektrik performansa sahip, yani 20 yıl öncekinin neredeyse iki katı olan kalay selenit adlı bir malzeme tasarladıklarını bildirdiler ancak optimize etmeleri neredeyse on yıl sürmüştür.
Avrupa’daki devletler tarafından işletilen laboratuvarlarda ve üniversitelerde, tahmin edilenden de yüksek termoelektrik verimliliğe sahip 500’den fazla malzemeyi ortaya çıkarılmıştır. Bu malzemelerin termoelektrik performansları hala araştırılıyor ve şimdiden yüksek termoelektrik verimliliğe sahip yeni kaynaklar keşfedilmiş ve keşfedilmeye devam ediyor. Daha fazla kuantum hesaplamasının, boşa harcanan ısıdan temiz enerji elde etmek ve gezegenimizin üzerinde beliren felaketi önlemek için en verimli malzeme kombinasyonları tam olarak belirlenebilir.
Kaynak
https://techxplore.com/news/2021-12-approach-materials-electricity.html