Duvarınızı mini enerji santraline dönüştüren akıllı duvar kağıdı
Araştırmacılar havadaki nemi elektriğe dönüştüren özel bir duvar kağıdı geliştirdi. Kablosuz klavyeyi çalıştırabilen teknoloji, düşük güç tüketen cihazları çalıştırmayı hedefliyor.
Güneş panelleri çatılarda milyonlarca evin elektrik ihtiyacına katkı sağlıyor. Binghamton Üniversitesi'ndeki araştırmacılar ise elektriği bu kez evin içinde, havadaki nemden üretmenin yollarını araştırıyor. Advanced Energy Materials dergisinde yayımlanan çalışmada geliştirilen özel kağıt, ortamdaki nemi kullanarak elektrik üretebiliyor.
Duvar kağıdı nemi elektriğe dönüştürüyor
Nemden elektrik üreten sistemler daha önce çoğunlukla dış ortamda test edildi. Ancak bu sistemler santimetrekare başına yalnızca birkaç mikrowatt elektrik üretebiliyor. Dışarıdaki sıcaklık, nem, rüzgar ve güneş ışığı gibi değişkenler de sistemlerin kararlı çalışmasını zorlaştırıyor.
Araştırma ekibinin lideri Seokheun Choi'ye göre iç mekanlar daha uygun bir ortam sunuyor. Evlerde nem oranı genellikle yüzde 30 ile 60 arasında daha istikrarlı seyrediyor. İnsanların nefes alması, yemek pişirmesi ve duş alması da havadaki nemi artırıyor.
Bu bağlamda ekip, 340 mikrometre kalınlığındaki Whatman 3 MM kağıdını kullanarak özel bir yapı oluşturdu. Bağlantılar kağıdın arkasına yerleştirilirken, iki yüzü birbirine bağlamak için lazerle 1 milimetre çapında delikler açıldı ve gümüş boya ile dolduruldu. Araştırmacılar, temiz oda gerektirmeyen bu yöntemi gelecekte tamamen seri üretime uygun hale getirmek istiyor.
Suyun hareketiyle elektrik oluşuyor
Duvar kağıdı, 2 x 2 santimetrelik karelerden oluşuyor ve her kare üç farklı bölgeden meydana geliyor. Kenardaki gliserol havadaki su buharını çekerek sıvı su oluşturuyor. Ortadaki PVP ise suyu tutuyor ve küçük gözenekleri sayesinde sıvının kılcal hareketle merkeze ilerlemesini sağlıyor.
Merkezdeki balmumu tabakası sıvı suyu uzaklaştırırken su buharının geçmesine izin veriyor. Böylece su, kağıdın dış bölümünden içeri doğru ilerlerken merkezden tekrar su buharı olarak dışarı çıkıyor. Kağıt içerisindeki bu sürekli nem hareketi elektrik üretiminin temelini oluşturuyor.
Gliserol, selüloz ve PVP içerisindeki kimyasal gruplar suyun proton, yani hidrojen iyonu, bırakmasına yardımcı oluyor. Kağıdın kenarlarında merkeze göre daha fazla proton bulunması bir iyon yoğunluğu farkı oluşturuyor. Bu fark elektrik akımını meydana getirirken grafit elektrotlar oluşan akımı topluyor.
1.596 parçalık sistem klavyeyi çalıştırdı
Tek bir kare, yüzde 80 nem oranında yaklaşık 0,34 volt üretebiliyor. 10 karenin arka arkaya bağlanmasıyla gerilim yaklaşık 2,9 volta yükseliyor. 35 kareden oluşan sistem ise bir nem sensörünü yaklaşık 15 dakika çalıştırabiliyor.
Araştırmaları gerçekleştirdikleri testte 1.596 karelik dizi ile yüzde 38 civarında nem oranında 3,5 volt üretti. Bu enerji, bir kapasitörün desteğiyle kablosuz klavyeyi çalıştırmaya yetti. Araştırmada duvar ölçeğindeki sistemin toplam güç üretimi ise açıklanmadı.
Aynı zamanda odadaki nemi düzenleyebiliyor
Öte yandan sistem sadece elektrik üretmekle kalmıyor. Kağıt, ortamdaki fazla nemi emerek bir çeşit nem tamponu görevi görüyor ve ortam kuruduğunda depoladığı nemi geri verebiliyor.
30 x 30 x 15 santimetrelik kapalı bir haznede 28 kare kullanıldığında nem oranı yaklaşık dört dakikada yüzde 75'ten yüzde 50'ye düşürüldü. Suya doymuş kağıt ise kuru havanın nemini yaklaşık 16 dakikada yüzde 15'ten yüzde 20'ye çıkardı.
Gerçek oda testinde ise sistem, nem oranını 15 dakika içinde yüzde 38'den yüzde 32'ye düşürdü. Araştırmacılar bu sonucun erken aşamadaki bir test olduğunu ve sistemin uzun süreli performansını göstermediğini vurguluyor.
Ekip, teknolojinin HVAC sistemlerinin nem kontrolü için harcadığı enerjiyi azaltabileceğini düşünüyor. Ancak hedef, evlerin elektrik ihtiyacını karşılamak veya güneş panellerinin yerini almak değil.