Çatı tipi güneş panelleri dünya genelinde milyonlarca eve güç sağlıyor. Binghamton Üniversitesi bünyesindeki bir araştırmacı ekibi ise bu elektriğin bir kısmı evin içinden gelseydi ne olacağını sorguladı. Ekibin yanıtı, Advanced Energy Materials dergisinde tanımlanan ve iç mekan nemini küçük bir elektrik akımına dönüştüren bir çalışma oldu.
Bir evin içindeki havadan güç çekmek kulağa neredeyse imkansız geliyor ancak nemden elektrik üreten jeneratörler tam olarak bunu yapıyor. Ortamdaki nemi elektriğe dönüştüren bu cihazlar, bugüne kadar yalnızca santimetrekare başına mikrowatt (wattın milyonda biri) seviyesinde güç sağladıkları dış mekanlara odaklanıyordu.
Nem, sıcaklık ve rüzgarın öngörülemez şekilde değişmesi nedeniyle dış mekanlar çalışması zor alanlar olarak biliniyor. Ekibe liderlik eden Seokheun Choi, “Sorun, bu sistemlerin çok küçük miktarlarda güç üretmesi ve aşırı güneş ışığı veya hava koşulları nedeniyle dış ortamın kararlı olmaması. İç mekan ortamının iyi yanı ise %30 ile %60 arasında oldukça sabit bir nem oranını korumasıdır; ayrıca sakinlerin solunum, yemek pişirme ve banyo yapma gibi faaliyetleri ek nem üretir.” diyor.
Binghamton ekibi, ticari duvar kağıdı yerine 340 mikrometre kalınlığında laboratuvar sınıfı Whatman 3 MM kağıt kullandı. Kabloları gizlemek amacıyla bağlantılar arka yüzey boyunca uzanıyor. Gümüş boyayla doldurulmuş 1 mm genişliğindeki lazerle delinmiş delikler iki yüzeyi birbirine bağlıyor. Temiz oda gerektirmeyen bu süreç, balmumu baskı, püskürtme yöntemiyle boyama, serigrafi baskı ve lazer işlemlerini bir araya getiriyor. Ekip, seri üretim için her şeyin basılabilir olmasını hedefliyor.
Duvar kağıdı, her biri üç bölgeden oluşan 2 x 2 cm boyutlarındaki kağıt karelerden meydana geliyor. Kenar kısmı, havadaki su buharını yakalayıp kağıdın içinde sıvı suya dönüştüren şurubumsu bir sıvı olan gliserol taşıyor. Orta bölge, uzun zincirli moleküllerden oluşan plastik benzeri bir malzeme olan polivinilpirolidon (PVP) içeriyor. Suyu daha sıkı tutan ve daha küçük gözeneklere sahip olan bu malzeme sayesinde kılcallık etkisi (kağıt havlunun dökülen sıvıyı emmesini sağlayan etki) sıvıyı içe doğru çekiyor.
Merkez bölge ise balmumu ile işleniyor. Bunu nefes alabilir bir yağmurluk gibi düşünebilirsiniz. Balmumu sıvı suyu iterken küçük gözenekleri koruyor, böylece buhar dışarı kaçabiliyor. Dolayısıyla su, kenarlardan içeri girmeye ve merkezden buhar olarak çıkmaya devam ediyor; bu kesintisiz akış da akımı oluşturan temel unsur oluyor.
Gliserol, selüloz ve PVP üzerindeki kimyasal gruplar, suyun proton (hidrojen iyonu) salmasına yardımcı oluyor. Kenarda merkezdekine kıyasla daha fazla proton bulunuyor ve bu dengesizlik, grafit elektrotların topladığı bir akımı tetikliyor.
Şimdilik elde edilen güç mütevazı seviyede kalıyor. Tek bir karo %80 nemde yaklaşık 0,34 V üretirken, arka arkaya dizilmiş 10 karo yaklaşık 2,9 V’a ulaştı. 35 karoluk bir dizi, bir nem sensörünü yaklaşık 15 dakika çalıştırdı. 1.596 karodan oluşan en büyük dizi ise yaklaşık %38 nemde 3,5 V güç sundu. Çalışmada duvar versiyonu için toplam güç miktarı belirtilmese de söz konusu değer, yükü depolayıp patlamalar halinde salan küçük bir bileşen olan kapasitörün yardımıyla kablosuz bir klavyeyi çalıştırmaya yetti.
Bu kağıt aynı zamanda nemi emip geri vererek bir nem tamponu görevi de görüyor. 30 x 30 x 15 cm boyutlarındaki kapalı bir haznede 28 karo, nem oranını yaklaşık dört dakikada %75’ten %50’ye düşürdü. Su ile dolduktan sonra kağıt, kuru havanın nemini yaklaşık 16 dakikada %15’ten %20’ye çıkardı. Bir odada ise büyük dizi nem oranını 15 dakikada %38’den %32’ye düşürdü; ancak bu durum kalıcı kapasitenin bir kanıtı değil, yalnızca erken bir sonuç olarak değerlendiriliyor.
Choi, “Havadaki nemi uzaklaştırmak için HVAC (ısıtma, havalandırma ve iklimlendirme) sistemlerine çok fazla enerji harcıyoruz ama bu konsepti kullanırsak bir yandan elektrik üretirken diğer yandan nem seviyelerini düşürebilir veya kontrol edebiliriz.” diyor.
Araştırmacılar bunun henüz bir kavram kanıtı olduğunu kabul ediyor. Gerçekçi hedefin şebekenin veya güneş panellerinin yerini almak değil; çevre sensörlerine, kablosuz modüllere ve nesnelerin interneti (IoT) cihazlarına güç sağlamak olduğunu belirtiyorlar. Dayanıklılık korunduğu takdirde bir duvar, odadaki havayı da gözeten kendi kendine yeten bir sensöre dönüşebilir.
Kaynak: https://newatlas.com/materials/binghamton-wallpaper-humidity-energy/
