Hidroelektrik, akan sudan elektrik enerjisinin çıkarılmasıyla ilgilenirken, Higroelektrik, elektriğin nemden çıkarılması işlemidir.
Higroelektrik terimini okuduktan sonra bunun bir yazım hatası olduğunu ve hidroelektrik demesi gerektiğini düşünebilirsiniz.
Yazım denetleyicim onu hidroelektriğe ne kadar değiştirmek isterse istesin, higroelektrik gerçekten, gerçek bir şey.
1900’lerin başında, Sırp-Amerikalı mucit Nikola Tesla, havadan enerji elde etmeyi (higroelektrik) hayal ediyordu.
Amacı, atmosferde bulunan elektrik yüklerini yakalamak ve onları elektrik akımına dönüştürmekti. Bunun için bir dizi deney yaptı. Nikola Tesla bunu başarabileceğini düşünüyordu:
“Gücün kablosuz iletimine dayanan devasa bir devrimin eşiğindeyiz. Geceleri tüm gökyüzünü aydınlatabileceğiz ve nihayet diğer gezegenlere neredeyse sınırsız bir güç sağlayacağız.”
Modern alternatif akım elektrik tedarik sisteminin tasarımına yaptığı katkılarla tanınan mucit, neredeyse bir asır önce Dünya’nın bir gün süper pil görevi göreceğini düşünüyor ve bunu teorik olarak ifade ediyordu.
Tesla’dan bu yana bilim insanları elektriğin nasıl oluştuğu ve atmosferde nasıl salındığı hakkında çok daha fazla bilgi edindiler ve su buharının elektrik yükü taşıyabileceğini keşfettiler.
Belki de bu sayede Tesla’nın başlattığı asırlık hayal gerçek olabilir ve 2050 yılına kadar iklim açısından nötr olma yani temiz enerji hedefi tutturulabilir.
Nikola Tesla Kimdir? : Nikola Tesla, alternatif akım ve tesla bobini gibi tarihteki önemli icatları gerçekleştirdi. Tesla’nın fikirleri zamanın o kadar ilerisindeydi ki, birçoğu ancak bugün hayata geçebildi. İcatları için dünya çapında yaklaşık 300 patent aldı. Tesla tarafından geliştirilen buluşların birçoğu da patent korumasına alınmadı.
Nikola Tesla, tüm zamanların en büyük bilim insanlarından biridir.
Tesla’nın fikirleri zamanın o kadar ilerisindeydi ki, birçoğu ancak bugün hayata geçebildi.
Nikola Tesla, 1856 yılında Avusturya İmparatorluğu’nda (şimdiki adıyla Hırvatistan) doğmuştur.
Tesla, Sırp kökenli bir aileden geliyordu. Annesi, okumamıştı ama çok zekiydi. Boş zamanlarında küçük ev aletleri yapıyordu. Elektriğe ve icatlara olan sevgisini buradan kazanmıştı. Babası, Tesla’nın, kendisi gibi bir ortodoks rahip olmasını istiyordu. Buna rağmen okula gitti ve mühendislik eğitimi aldı.
Nikola Tesla, Almanya, Avusturya ve Çekya dahil olmak üzere Avrupa’nın çeşitli yerlerinde eğitim gördü.
Tesla, aldığı eğitimler sayesinde elektrik mühendisi ve makine mühendisi oldu.
Tesla, 1870‘lerin sonlarında Macaristan’a taşındı. Burada bir telefon santralinde çalıştı. Burada bazı buluşlar yaptı ancak çalışmaları yeterince dikkat çekmedi.
1884 yılında, 28 yaşında, daha fazla fırsatın olduğunu düşündüğü ABD‘ye taşındı. Burada Thomas Edison ile tanıştı ve onun yanında çalışmaya başladı. Birkaç ay sonra aralarında bazı anlaşmazlıklar çıktı. Bunun üzerine Tesla, ayrılma ve kendi yolculuğuna devam etme kararı aldı.
Tesla, 1887 yılında Amerikalı girişimci George Westinghouse‘un desteğiyle bir şirket kurdu. Edison’un doğru akım sistemine karşı bir alternatif akım motoru olan endüksiyon motorunu sonlandırmayı başardı. Tesla, rakiplerinden daha verimli, daha dayanıklı ve daha ucuz olan icadını, 1888 yılında Westinghouse Company‘ye lisansladı.
Bir süre sonra Tesla, kablosuz iletişim üzerine çalışmaya başladı. Zengin bir finansçı olan JP Morgan‘ın desteğiyle bir laboratuvar kurdu. Daha sonra dünya kablosuz sistemi adında bir fikri ortaya attı. Bu erken radyo fikri, JP Morgan tarafından uygulanabilir görülmedi. Böylece laboratuvarı destekleyen fonu kaybetti.
Tesla, alternatif akım (AC) ve tesla bobini gibi tarihteki önemli icatları gerçekleştirdi. İcatları için dünya çapında yaklaşık 300 patent aldı. Tesla tarafından geliştirilen buluşların birçoğu da patent korumasına alınmadı.
Tesla, hiçbir zaman şöhret ve paranın peşinde olmamıştı. İnsanların hayatını iyileştirmek için çalışıyordu. Bu nedenle, yaşamının son yıllarını şöhretten uzak ve yoksulluk içinde geçirdi. Başarılı mucit, 1943 yılında hayatını kaybetti.
Tesla’nın son yılları trajik olsa da elektrik ve iletişim dünyasına kattıklarıyla başarılı bir mucit olarak anılmaya devam ediyor.
Yenilenebilir Enerji kaynakları kelimenin tam anlamıyla güneş ışığında, havada, yerküremizde, denizlerimizde ve okyanuslarımızda bulunur. Gezegenin fiziksel yapısının bir parçası olduklarından doğal yollarla sürekli olarak yenilenirler.
Bu enerji kaynakları genellikle “alternatif enerji” olarak da adlandırılır çünkü petrol ve kömür gibi geleneksel fosil yakıtlara bir alternatif olarak görülürler.
Doğada 5 temel yenilenebilir enerji kaynağı bulunmaktadır: Güneş enerjisi, rüzgâr enerjisi, hidroelektrik enerjisi, jeotermal enerji ve biyokütle enerjisi.
Bir enerji kaynağının yenilenebilir olması, onun çevre açısından %100 güvenli olduğu anlamına gelmez.
Örneğin; barajlar suyun gücünü kullanır, ancak balıklara ve vahşi yaşamlara da zarar verebilirler. Rüzgâr türbinleri, temiz elektrik üretmek için rüzgâr enerjisini kullanır, ancak üretim sürecinin çevresel etkileri vardır.
Fakat bu enerji kaynakları, günümüzde kullanılan fosil yakıtlara göre çok az karbon ayak izine sahip oldukları için daha temiz bir dünyaya biletimizdir.
Sahip olduğumuz bu beş temel enerji kaynağına alternatif olacak başka yenilenebilir enerji kaynağı bulma arayışı, iklim değişikliği ile mücadeledeki muazzam potansiyelleri nedeniyle hem bilim insanlarının hem de politikacıların kafasını kurcalıyor.
Nature Scientific Reports’ta yayımlanan araştırma, su molekülleri ve metal yüzeyler arasında gerçekleşen etkileşimler sonucu oluşan elektriğin keşfine dayanmaktadır.
- yüzyılda, ünlü İngiliz fizikçi Michael Faraday, su damlacıklarının, aralarında gerçekleşen sürtünme sayesinde metal yüzeylere elektrik yükleyebileceğini keşfetmişti.
Daha yakın tarihli bir çalışmada da, bazı metallerin neme maruz kaldığında kendiliğinden bir elektrik yükü oluşturduğunu gösterilmişti.
Higro: İngilizce bir kelime olan “hygro” Türkçe’de;
Ön kelime olarak kullanıldığında; “nem, rutubet” anlamına gelmektedir.
Coğrafyada iklim konusunda iklim elemanlarını işlerken nemi görmekteyiz. Nem konusunda da üç kavram bizim için çok önemlidir. Mutlak nem, maksimum nem ve bağıl nem.
Bağıl nem = (Mutlak nem/Maksimum nem)x100 formülü ile bulunmaktadır.
Nem ölçe aleti olan higrometre ile ölçülen nem değeri mutlak nem’dir.
Mutlak nem; Daha basit bir tabirle havadaki nem miktarına mutlak denir. Suyun bol olduğu yerde mutlak nem fazla olacaktır. Özellikle sulu ve sıcak ekvatoral iklimde mutlak nem fazladır.
Bunun ana nedeni hem suyun çok olması hem de yüksek sıcaklıkların etkisiyle buharlaşmanın fazla olmasıdır. Soğuk ve kurak alanlarda ise mutlak nem oldukça düşüktür.
Havanın taşıyabileceği maksimum nem miktarına ise maksimum nem denir. Sıcaklık arttıkça havanın nem taşıma kapasitesi de artacaktır. Bu nedenle maksimum nemi değiştiren ana faktör sıcaklıktır.
Bağıl nem ise bu ikisinin arasındaki orandır.
Örneğin belli bir sıcaklıkta havadaki mutlak nem 15 ve maksimum nem 30 ise burada bağıl nem %50 çıkacaktır.
Bunu formülü de uygulayarak da hesaplayabilirsiniz.
Bağıl nem = (Mutlak nem/Maksimum nem)x100
Bağıl nem = (15/30) x100 = %50
Nikola Tesla’nın teorisi güzeldi ancak bilim sadece zeka ile ilerlemiyordu. Bazen de şans gerekliydi. İşte bir süre önce Massachusetts Üniversitesi’nden (UMass) bilim insanlarının başına gelen türden bir şans.
Bugünlerde, havadaki nemden küçük ama sürekli bir miktarda yenilenebilir enerjiyi başarılı bir şekilde üretmenin mümkün olduğu anlaşıldı ancak çalışmanın baş yazarı Profesör Yun Yao, yaptığı açıklamada bunun yalnızca bir kaza olduğunu söyledi:
“Aslına bakılırsa havadaki nem için basit bir sensör yapmayı amaçlıyorduk; ama bir sebepten bunun üzerinde çalışan bir öğrenci, gücü fişe takmayı unuttu. Açıkçası bu bir kazaydı.” dedi.
“Hiçbir şeyden elektrik üretme” kavramı ilk olarak yine aynı üniversitenin araştırmacılarından 2020 yılında yapılan bir açıklamada kullanıldı.
Hiçbir şeyden elektrik üretmek ve temelde doğal bir protein kullanan bir cihaz geliştirmek, aslında çok daha fazlasına atıfta bulunan yanıltıcı bir formül.
Geleneksel Ama Sıra Dışı, Hava Nemi
Higroelektrik, tüm yenilenebilir kaynakların toplamından ve ayrıca nükleer enerjiden daha fazla bir elektrik vaat ediyor. Hiçbir şeyden yani havadan elektrik üretebilmek; çevreyi kirletmeden, düşük maliyetli, yenilenebilir, iç mekânlarda ve hatta Sahra Çölü gibi kuru alanlarda bile enerji üretilebilen bir çözüm sunuyor.
Ekip, 2020’de elde edilen bulgulardan memnun kalmadı ve çalışmalarına devam etti. 2020’deki umut verici bulgulara ek olarak hemen her malzemenin nemden elektrik yakalayabilen bir cihaza dönüştürülebileceği gerçeği eklendi.
Bunu başarmak adına nanotellerden küçük deliklere geçtiler. Bu sayede havadan elektrik üretme yeteneğinin jenerik olduğu ortaya çıktı. Böylelikle kelimenin tam anlamıyla her tür malzemenin havadan elektrik toplayabileceği kesinleşti. Profesör Yao, “basit” olmasına rağmen bu fikrin her türlü olasılığın önünü açmasını kutladığını belirtiyor.
“Havadaki Nem; Güneş ve Rüzgar Enerjisinin Aksine Sürekli Mevcut Olan Büyük Bir Sürdürülebilirlik Rezervidir.”
Massachusetts Amherst Üniversitesi’nden bir mühendis ekibi, Nikola Tesla’nın 1930’ların Dünya’nın bir gün süper pil gibi davranabileceği teorisini fark ederek başarılı bir şekilde higroelektrik üretti.
Yao, buna rağmen, cihazın (nanotel adı verilen bir dizi mikroskobik tüp içeren) bir elektrik sinyali yaydığını söylüyor.
Bunu daha ayrıntılı açıklayan Yao, her biri koşullar uygun olduğunda bir şimşek çakan bir yük içeren bir su damlacıkları kütlesinden başka bir şey olmayan bir bulut düşünmemizi söyler.
Bireysel nanoteller, bir insan saçının çapının binde birinden daha küçük olduğundan, havadaki bir su molekülünün girebileceği kadar geniş, ancak etrafa çarpacak kadar dar olduğundan, tek bir tümsek, malzemeye artan frekansta bir yük kazandırabilir.
Tüpün zıt uçlarında pozitif ve negatif bir çekme yoluyla akar.
“Yaptığımız şey, hasat edebilmemiz için tahmin edilebilir ve sürekli olarak bizim için elektrik üreten, insan yapımı, küçük ölçekli bir bulut oluşturmak.
Yao, Tesla’nın Dünya’yı ve üst atmosferi uygulanabilir bir temiz, kirlilik içermeyen kaynak olarak görmemiz yönündeki önerisine atıfta bulunarak gerçekten bir pil gibi diyor.
Bunu geniş ölçekte kullanmak karmaşık bir süreç olacaktır, ancak UMass araştırmaları sonunda bu sürdürülebilir enerji rezervini ortalama bir hane halkının tüketimini artırmaya kanalize etmeye kararlıdır.
Yao, “Güzel olan, havanın her yerde olması,” diyor. “Cihazın ince bir tabakası çok az miktarda elektrik veya güç yaysa da, prensip olarak, gücü artırmak için birden fazla katmanı dikey boşlukta istifleyebiliriz.”
İnce havadan kullanılabilir elektrik üretebilen bir cihaz, ses gerçek olamayacak kadar iyi ama Peter Dobson, Oxford Üniversitesi’nde mühendislik bilimleri profesörü olan UMass ekibinin araştırmalarını yıllardır takip ediyor ve iyimser.
Dobson, “Bunu ilk duyduğumda, “ah evet, onlardan bir tane daha” diye düşündüm ama hayır, onun bacakları var, bununki var,” diyor Dobson. “Eğer onu tasarlayabilir ve ölçeklendirebilir ve atmosferik mikroplar tarafından kirlenmesini önleyebilirseniz, işe yaramalı.”
Bunu göz önünde bulunduran bilim insanları, bir prototipi optimize etmenin ve üretimi büyütmenin uzun zaman alabileceğini kabul ettiler.
Deneyleri şimdiye kadar bir LED ekranda yalnızca tek bir pikseli aydınlatmayı başardı.
Araştırmacılar Şu Anda, Malzemelerinin 8’e 5 Santimetrelik Bir Plakasının, Yaklaşık %50 Nem Oranına Sahip Bir Laboratuvarda Yaklaşık 0,9 Volt Üretebildiği Noktadalar. Bu, Yarım AA Pilin Güç Çıkışıyla Karşılaştırılabilir.
Higroelektrik malzemesini daha verimli hale getirmek için çalışan ekip, mükemmelleştirildiğinde hücrelerin benzer büyüklükteki fotovoltaik hücrelerle aynı miktarda elektrik üretebileceğini umuyor.
Güneş veya rüzgârdan farklı olarak, higroelektrik jeneratörler gece gündüz, iç ve dış mekanlarda ve birçok yerde çalışabilir.
Anahtarın su moleküllerinin etkileşimi olması nedeniyle, söz konusu moleküllerde depolanan çok miktarda enerji, enerji alternatiflerinde büyük bir atılım olabilir.
Yao: “Gittiğiniz her yerde temiz elektriğin olduğu bir gelecek dünyası hayal edin.”
Kararlı durumlar: Hücreler, çok küçük, tek tip zirkonyum oksit nanoparçacıklarının üretilmesi ve ardından bunların bir dizi kanal veya kılcal damar da dahil olmak üzere benzer bir yapıya sahip bir malzeme tabakası halinde sıkıştırılmasıyla oluşturulmuştur.
Nano yapı, kılcal damarların içinde atmosferden emilen su moleküllerinden yükü ayıran elektrik alanları oluşturuyor.
Sonuç, elektrik enerjisini yakalayan bir dizi fizikokimyasal, fiziksel ve elektrofiziksel süreçtir.
Yeni teknoloji bir açıdan güneş ve rüzgâr enerjisine göre avantajlı olacak. Panellerin ve türbinlerin güneş ışığını ve rüzgârı yakalamak için konumlandırılması gerekirken, higroelektrik hücrelerin belirli bir yerleşime ihtiyacı yoktur, çünkü yerel nem seviyelerinde çok az değişiklik vardır.
Bununla birlikte, higroelektrik hücreler her yerde bir seçenek olmayacaktır çünkü çalışmak için minimum nem seviyelerine ihtiyaç duyarlar.
“Örneğin, dışarısı eksi 15 santigrat derece (-15°C) ise, yani her şey donmuşsa, havada su olmayacaktır” dedi.
Su Çok Özel Bir Moleküldür.
Moleküler Çarpışmalar Sırasında Bir Molekülden Diğerine Elektrik Yükü Aktarılabilir.
Sürtünme Yoluyla Bir Tür Statik Elektrik Oluşturulabilir.
Laboratuvarda Elektrik Üretmeye Çalışılmış ve Havadaki Bağıl Nemi %60’ın Üzerine Çıkardığımızda, Farklı İzole Metal Yüzeylerin Atmosferdeki Su Buharından Farklı Miktarlarda Yük Oluşturacağını Keşfedilmiştir.
İnsanlar kuru havanın statik elektriğe yol açtığını biliyorlar. Bazen metal bir kapı koluna dokunduğunuzda sizi şok ediyor. Su normalde iyi bir elektrik iletkeni olarak düşünülüyor, yüzeyde yük oluşturabilecek bir şey değil. Fakat bağıl nem belirli bir eşiği aştığında işler değişiyor.
Araştırmalar, gelecekte, havadaki su buharı sayesinde şarj olabilecek 1,5 Voltluk kalem pillerin geliştirilebileceğini ve ayrıca, bağıl nem seviyelerinin %60’ın üzerinde olduğu, hala elektriğe erişimi olmayan bölgelerde, havadaki nemin yenilenebilir bir enerji kaynağı olarak kullanılabileceğini de vurgulanmıştır.
Sonuç;
Nemden enerji yakalama önerileri, suyun geçmesine izin veren nano gözeneklere sahip olduğu sürece geniş bir malzeme yelpazesine uygulanabilir.
Temiz elektrik elde etmenin yolunu açan bu gelişme sayesinde enerji kaynaklarının handikaplarından biri olan kesintiler çözülebilir ve haftanın yedi günü 24 saat enerji elde edilebilir.
Higroelektrik; bir diğer deyişle nemden elektrik üretme fikri yalnızca Massachusetts Üniversitesi araştırmacılarını değil bu yoldaki diğer araştırmacıların da ilgisini çeken bir konu.
Bu nedenle başta Catcher Projesi olmak üzere birçok proje, bu konu üzerine çalışmaya devam ediyor. Vaatleri ise rüzgâr türbinlerinden sonraki devrimi gerçekleştirerek; rüzgâr yokken bile enerji üretmeyi başarmak.
Higroelektriği “Havadan Elektrik Üretme Teknolojisi” olarakta ifade edebiliriz. Bu konuda ilerde bizleri çok fazla yenilik beklediği aşikar.
Görüşmek dileğiyle…
Kaynakça:
1- Tüm hücreli Geobacter sülfür indirgeyicileri kullanan kolay ve sürdürülebilir bir higroelektrik jeneratörü
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2211285521006169
2- Higroelektrik: Tesla’nın hayali gerçek mi oluyor?
https://inovax.net.tr/cevre/higroelektrik-teslanin-hayali-gercek-mi-oluyor/
3- Bilim insanları nemli havayı yenilenebilir enerjiye dönüştürüyor
4- Nikola Tesla Kimdir?
https://www.aydinlatma.org/nikola-tesla-kimdir.html
5- Havadaki Su Buharı Alternatif Bir Enerji Kaynağı Olabilir Mi?
https://royalgreen.com.tr/havadaki-su-buhari-alternatif-bir-enerji-kaynagi-olabilir-mi/
6- Tüm hücreli Geobacter sülfür indirgeyicileri kullanan kolay ve sürdürülebilir bir higroelektrik jeneratörü
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2211285521006169