Sürdürülebilir enerji depolamada MOST ile yeni dönem

Uluslararası Enerji Ajansı (IEA) verilerine göre, küresel nihai enerji tüketiminden yaklaşık %50 gibi büyük bir pay ısıtmaya ayrılmaktadır. Bu kadar büyük bir paya sahip olmasına rağmen güneş enerjisinden yararlanma oranı fosil enerji kaynaklarına göre nispeten daha düşük kalmaktadır.¹ Bu düşük kalışın sebebi ise dünya yüzeyine ulaşan güneş ışınlarının öngürelemezliği ve süreklilik göstermemesidir ve bu dezavantajlar günümüzde mevcut enerji depolama sistemleri ile telafi edilememektedir.

Güneş enerjisini depolamanın emilen ışığı elektrik enerjisine dönüştürerek mekanik, elektrokimyasal ve kimyasal olarak depolama gibi yöntemleri olsa da bu yöntemler istenen verimlilik değerlerine sahip değildir.² Güneş enerjisinin kısıtlı kullanımına çözümün ise güneş enerjisini doğrudan yakalayan ve talep halinde serbest bırakan moleküler güneş enerjisi depolama (MOST) sistemlerinde olduğu düşünülmektedir.

Bahsi geçen bu özelleşmiş moleküller -ya da foto şalterler- güneş enerjisini ihtiyaç halinde kullanılmak üzere depolar ve ısı olarak serbest bırakır. Bu özelliklerine rağmen mevcut sistemin performansını sınırlayan önemli bir problem vardır, o da enerji depolama kapasitesi ve güneş ışığının verimli emilimi arasındaki dengedir. Araştırma ekipleri yaptıkları ortak çalışmayla bu sorunu çözmek için yeni bir yaklaşım ortaya koydular ve çalışmanın sonuçlarını Angewandte Chemie International Edition’da yayınladılar.

Geleneksel lityum-iyon pillere oranla olağanüstü bir enerji depolama kapasitesine sahip bu foto şalterler, ilk olarak Siegen Üniversitesi’nden bir grup araştırmacı tarafından tanıtıldı. Bu yüksek potansiyellerine rağmen başlangıçta yalnızca güneş spektrumunun küçük bir kısmını oluşturan UV ışığıyla aktive edilebiliyorlardı.

Araştırmacılar, fotosentezdeki ışık toplayan yapının işlevine benzer bir şekilde, görünür ışığın mükemmel emilim özelliklerine sahip olan ve “hassaslaştırıcı” olarak adlandırdıkları ikinci bir bileşiği içeren bir ışık toplama yöntemi geliştirdi. Bu bileşik, ışığı emer ve elde edilen enerjiyi aynı koşullar altında doğrudan uyarılamayan foto şalterlere aktarır. Geliştirilen bu yeni yöntem güneş enerjisini depolama verimliliğini büyük ölçüde artırırken araştırma topluluğu için de büyük bir ilerlemeyi temsil etmektedir.

Araştırma ekibi altta yatan mekanizmayı anlamak için bir takım spektroskopik analiz gerçekleştirdi ve her bir reaksiyon adımı dikkatli bir şekilde incelenerek sistemin nasıl işlediği kapsamlı bir şekilde anlaşıldı. Bu sayede sadece ışık hasadı sınırı yükseltilmekle kalmayıp ışığın depolanmış kimyasal enerjiye dönüşüm verimliliği de artırılmış oldu. Araştırmacılar, güneş ışığını kullanarak depolama ve salınım durumları arasında defalarca geçiş gerçekleştirdi. Bu sayede sistemin dayanıklı, pratik ve gerçek uygulamalar için önemli bir potansiyele sahip olduğu belirlendi.¹

Yöntemin potansiyel uygulamaları ev tipi ısıtma sistemlerinden büyük ölçekli depolama sistemlerine kadar bir çok uygulamayı kapsayabilir ve sürdürülebilir enerji depolama yönetimi için de umut vadeden bir yol sunmaktadır.

Ömer Faruk DENİZ

Kaynaklar

1. Olabi, A. G., Onumaegbu, C., Wilberforce, T., Ramadan, M., Abdelkareem, M. A., & Al–Alami, A. H. (2021). Critical review of energy storage systems. Energy, 214, 118987.
2. Zähringer, T. J., Perez Lopez, N., Schulte, R., Schmitz, M., Ihmels, H., & Kerzig, C. (2024). Triplet‐Sensitized Switching of High‐Energy‐Density Norbornadienes for Molecular Solar Thermal Energy Storage with Visible Light. Angewandte Chemie International Edition, e202414733.