Vücut Sıcaklığından Enerji Üretimi

Kapsam altına almak için bazı Science makaleleri üzerinde araştırma yaparken, derginin kapsadığı konuların çeşitliliği karşısında açıkçası hayrete düştüm. Doğrudan malzeme bilimi ve mühendisliği ile ilgili, doğru analiz edilirse ürün tasarımı ve geliştirilmesi ile de ilgili bir makale üzerinde karar kıldım. Odak noktası olacak makalenin konusu oda sıcaklığına yakın iyonik jelatinin termal gücü. Bu çalışma görür görmez ilgimi çekti çünkü makale benim -ve umarım diğer pek çok kişinin- sahip olması gereken bir ürüne dönüştürülebilecek termokimyasal bir bulguyu içeriyor.

YAPILAN ÇALIŞMANIN BİLİMSEL ARKAPLANI

Çin’deki Güney Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nin Science dergisinde yayınlanan son araştırmasına göre jelatin, insan vücudu tarafından üretilen ısıyla cihazlara güç sağlamak için kullanılabilir. Termoelektrik malzemelerin çoğu inorganik yarı iletkenlerdir, yani ya soy metaller ya da ileri teknoloji kullanılarak işlenmeleri gerekir. Termal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürmek için araştırmacılar, oda sıcaklığına yakın olan ve Seebeck etkisinden yararlanan yeni termoelektrik malzemeleri araştırmaya odaklanmışlar. Kendi kendine çalışan elektronik termoelektrik cihazları kullanmak için, her biri 10-100 mikron boyutlarında çok sayıda hatta belki de binlerce küçük termoelektrik elemanın entegre edilmesi gerekir. Alternatif olarak, çıkış gücü yoğunluğunu artıran bir DC-DC voltaj yükseltici de dahil edilebilir. Bu yükün üstesinden gelmek için araştırmacılar, termal etkilerden elektrik gücü üretebilen bir indirgenme çifti, jelatin matris ve potasyum klorür elektroliti birleştirdi. Bu etkiler termodifüzyon ve termogalvanik etkilerdir. Bunu başarmak için iki elektrot bir jelatin matrisin varlığı altında bir araya getirilmelidir. Bu özel jelatin, insan kemiklerinde de bulunan yüksek moleküllü bir malzemedir. Birçok farklı ekolden şeflerin ilgisini çeker ve aynı zamanda birçok endüstriyel kullanım için gerekli bir hammaddedir.

Araştırma ekibi tarafından ortaya atılan orijinal fikir, iyonların dağılmış entropisi ile redoks çiftinin (kimyasal indirgeme-oksidasyon reaksiyonu) reaksiyon entropisinin etkilerini birleştirerek yarı-katı iyonik jelde büyük bir termoelektrik potansiyel etkisi yaratmaktı. Yarı katı haldeki iyonik termoelektrik malzemede, Kelvin başına 17.0 mV’luk bir termo güç elde edebilmişlerdir ki bu, tipik elektronik termoelektrikten neredeyse iki kat daha yüksektir. Bu, redüksiyon çiftinin, jelatin matrisin ve KCl iyonlarının sinerjik etkisinden kaynaklanmaktadır. Araştırma ekibi tarafından kavram kanıtlama cihazı olarak kullanılmak üzere yirmi beş ünite bir araya getirilmiştir. İnsan vücudu gücünün yardımıyla her bir ünite esnek giyilebilir bir cihaz haline getirilmiştir. Araştırmacılar için maksimum 5 mikrowatt güç çıkışı ve 2.2 volta (V) kadar voltaj elde edilebildi. Küçük boyutuna rağmen bu değer, Internet of Things cihazlarının sensörlerinin çoğuna güç sağlamak için yeterlidir.

GÜNLÜK HAYATA ETKİLERİ

Bu bölümde, bir önceki bölümde yaptığım özetten yola çıkarak bu malzemenin nasıl bir ürüne dönüştürülebileceğine dair görüşlerimi paylaşacağım. Bir akıllı saat sahibiyim ve ilgili bir sorunum var. O kadar hafif ve küçük ki, her gün şarj etmem gerektiğini sık sık unutuyorum. Hayatım boyunca mekanik ve dijital saatler kullandım ve bundan oldukça keyif alıyorum ancak içindeki bir pille çalıştıklarını düşündüğüm için şarj etme ihtiyacını hiç hissetmedim. Mekanik bir saatten akıllı bir saate geçiş yapmak, görünüşe göre bir türlü edinemediğim yeni bir alışkanlığı da beraberinde getiriyor. Bu noktada, saatimin günlük hayatımda kullandıkça kendi kendini şarj etmesini gerçekten çok isterdim.

Akıllı saatim olmadan da normal bir gün geçirebiliyorum ama yürüyüşe çıktığımda kesinlikle bileğimde olması gerekiyor. Yaktığım kaloriyi, kat ettiğim mesafeyi, hareket halinde geçirdiğim dakikaları ölçüyor… Bu egzersizi yaparken çok terliyorum, bu da vücut ısımın yükseldiğini gösteriyor. Eğer ısımı yükselten bu ısı enerjisini elektrik enerjisine dönüştürmenin bir yolu olsaydı, akıllı saatimi şarj etmeyi unutmak gibi bir sorunum olmazdı. Güney Bilim ve Teknoloji Üniversitesi profesörleri tam da bunu yapacak bir fikir buldular. Bu teknolojinin pratik kullanımının daha da geniş olabileceğini düşünüyorum. Belki bir gün bu elektrik enerjisi üretimi artırılmış gerçeklik (AR) gözlüklerini besleyecek kadar güçlü olur. Bu gözlükler yürürken takılabilir, iyonik jelatinlerden güç alabilir ve Etiler’de dolaşırken kendimi memleketimin sokaklarında yürüyormuş gibi hissedebilirim. Bunu hayal etmek bile bilime ve buluşlara olan sevgimi artırıyor açıkçası.