Yazıyı sesli dinlemek için tıklayınız.
Dünya yüzeyinin yaklaşık %70’ini kaplayan okyanuslar, en büyük enerji deposudur. Araştırmacılar, termal enerji üretiminden kaynaklanan enerji krizini ve kirlilik sorunlarını çözmek için okyanus enerjisinden yararlanma üzerine çalışıyor. Piezoelektrik, triboelektrik ve piroelektrik nanojeneratörler dahil olmak üzere nanojeneratör, mekanik enerji dönüşümü için anahtar teknolojilerden biridir. Triboelektrik nanojeneratör (TENG), temas veya kayan elektrifikasyona dayalı mekanik enerjiyi toplamak için triboelektrik etkiyi ve elektrostatik indüksiyonu kullanır.
Büyük yenilenebilir enerjiler, okyanus dalgaları gibi mekanik hareketlerden elde edilir ancak düşük frekanslarından dolayı bu enerji kaynaklarından tam verimde yararlanmak oldukça zordur. TENG’ler, dalgalar gibi mekanik hareketlerle elde edilen enerjiyi yenilenebilir enerji kaynaklarına dönüştürebilmek için umut vaadeden teknolojidir ancak geleneksel TENG’lerin tek modlu çalışma, düşük temas yakınlığı ve malzeme aşınması gibi sorunları vardır. Bu sorunlara çözüm olarak, deiyonize (DI) suyu bir florlu etilen-propilen tüp içine kapsülleyerek çok yönlü ve yüksek performanslı, su tüpü bazlı bir TENG (WT-TENG) geliştirilmiştir. Suyun esnek hidrojen bağları sayesinde farklı modlarda çalışabilir ve birden fazla mekanik enerji kaynağından gelen enerjiyi, yenilenebilir enerjiye dönüştürebilir. Yakın su/katı teması ile WT-TENG 0,25 Hz’de 9 mC/m3’lük yüksek hacimsel çıkış yoğunluğuna ulaşır1.
Hong Kong Çin Üniversitesi Makine ve Otomasyon Mühendisliği Bölümü‘nden Prof. Zi Yunlong liderliğindeki araştırma ekibi, yakın zamanda yukarıdaki teknik sınırlamaların üstesinden geldi ve düzensiz ve düşük frekans için su borusu tabanlı bir triboelektrik nanojeneratör geliştirdi. Suyu parmak büyüklüğünde bir tüpte (FEP) kapsüllediler. İki elektrodun bölgeleri arasındaki tüpte su hareket ettiğinde, tribo elektriklenme meydana gelir ve elektrik akımları üretilebilir.
Ayrıca, oyuncak yapı tuğlaları gibi, birden fazla küçük WT-TENG ünitesi kolayca birleştirilebilir ve daha büyük bir ünite olarak entegre edilebilir ve çok sayıda elektrik çıkışı gerçekleştirebilir. Araştırmacılar iki güç üretim ünitesi tasarladı. Biri okyanus dalgası enerjisini toplamak için denize yerleştirilmiş 34 adet WT-TENG üniteli bir kutu. Bir diğeri ise 10 adet WT-TENG ünitesinden oluşan bilekliktir. Bir araştırmacı onu giydi ve vücut hareketi enerji hasadı için kollarını sallamaya devam etti. İki testin en yüksek güç üretimleri, 150 adet LED ampulü yakmak için yeterliydi.
Prof. Zi Yunlong, “Okyanus enerji toplayıcılarının önceki tasarımları, büyük boyutlu ve ağır olan ve yalnızca okyanus dalgalarının frekansı belirli bir yüksek seviyeye ulaştığında güç üretecek olan elektromanyetik tabanlı jeneratörlerle donatılmıştı. En son araştırmamız, teknik engellerin üstesinden gelecek ve özellikle “mavi enerji” hasadında nano jeneratörlerin kullanımını teşvik edecek ve karbon nötrlüğü elde etmek için yenilenebilir enerjinin geliştirilmesi için yeni bir yön sunacaktır.” ifadelerini kullandı.
Kaynaklar
- Wu, H., Wang, Z., Zi, Y., Multi-Mode Water-Tube-Based Triboelectric Nanogenerator Designed for Low-Frequency Energy Harvesting with Ultrahigh Volumetric Charge Density. Adv. Energy Mater. 2021, 11, 2100038. https://doi.org/10.1002/aenm.202100038
- https://techxplore.com/news/2021-03-water-tube-based-triboelectric-nanogenerator-efficient-ocean.html