Enerjinin insan hayatında değişilmez bir yere sahip olduğu kesindir. Ancak, enerjinin üretilmesi kadar, etkin şekilde depo edilmesi de oldukça önemlidir. Bilim insanları yakın zamanda, Güneş’ten kaynaklanan morötesi ışın enerjisini uzun süre boyunca depo edebilen bir malzeme geliştirdiler. Metal – organik kafes yapısına azobenzen eklenerek elde edilen malzeme, MOF temelli malzeme olarak adlandırılmaktadır. Bu yazımızda, MOF temelli malzeme ile enerji depolama yöntemini inceledik.
İçindekiler
Metal – Organik Kafes Nedir?
Metal – organik kafes (MOF), organik bağlayıcılar ile metal iyonlarının birleşmesinden oluşan yapı olarak tanımlanabilir. Metal – organik kafes gözenekli bir yapıya sahiptir ve gözenekli yapısı sayesinde küçük moleküllerle birleşebilir. Bu birleşim kullanılarak, farklı özelliklere sahip kompozit malzemeler elde etmek mümkündür.
MOF Temelli Malzeme Nedir?
Birleşik Krallık’ta bulunan Lancaster Üniversitesi – Malzeme Kimyası bölümünden bir ekip, metal – organik kafesin küçük moleküllerle birleşme özelliğinden yararlanarak bir kompozit malzeme elde etti. Yapılan testlerde, metal – organik kafese azobenzen ekleyerek oluşturulan bu malzemenin, Güneş‘ten kaynaklanan morötesi ışın enerjisini 4 ay boyunca depolayabildiği tespit edildi. 4 ay sonunda ise malzemede depolanan enerji, ısı enerjisine dönüştürüldü. Ekip, bu sürenin daha da uzatılabileceğini, belirli iyileştirilmeler sonucunda malzemede birkaç yıl boyunca enerji depolamanın mümkün olabileceğini açıkladı.
Morötesi ışına duyarlı malzemeler üzerinde yapılan benzer çalışmalarda, enerji depolama süresinin birkaç saat ile birkaç gün arasında değiştiği göz önüne alınırsa, yeni elde edilen malzemenin başarılı olduğunu söylemek mümkündür.
MOF Temelli Malzeme Nasıl Çalışır?
Ekip, oluşturulan malzemenin çalışma mantığının, genellikle el ısıtma amaçlı kullanılan jel ısıtıcılara benzediğini belirtmektedir. Ancak, jel ısıtıcılardan farklı olarak MOF temelli malzeme, enerjisini sonsuz potansiyele sahip olan Güneş’ten almaktadır.
Malzeme, kimyasal reaksiyonlar aracılığıyla enerji depolamaktadır. MOF temelli malzemenin en önemli bileşeni azobenzendir. Malzeme, morötesi ışına maruz bırakıldığında, yapısında bulunan azobenzen molekülleri şekil değiştirir ve genişler. Fakat metal – organik kafesin gözenekli yapısı bozulmaz. Morötesi ışın enerjisi, azobenzen tarafından soğurulur ve depo edilir. Metal – organik kafesin görevi ise azobenzen moleküllerinin genişlemesini sınırlamaktır.
Depo edilen enerji kullanılmak istenildiğinde ise malzemeye düşük miktarda ısı enerjisi uygulamak yeterlidir. Uygulanan ısı enerjisi sonucunda malzemenin kendisi ısı yaymaya başlar. Bu işlem sonrasında azobenzen molekülleri küçülür ve eski halinde döner. Ortaya çıkan ısı enerjisi, diğer malzemeleri ya da cihazları ısıtmak için kullanılabilir.
MOF Temelli Malzemenin Kullanım Alanları ve Geleceği
Metal – organik kafes ve azobenzen ile elde edilen malzeme oldukça yenidir. Malzeme morötesı ışın enerjisini aylar boyunca depo edebilmektedir. Ancak, depo edilen enerji miktarı oldukça düşüktür. Ticari alanda kullanılabilmesi için malzeme üzerindeki çalışmaların artması gerekmektedir. İlerleyen yıllarda depo edilen enerji miktarının artırılması durumunda, bu malzeme birçok alanda kullanılabilir. Örneğin, MOF temelli malzeme konut çatılarına yerleştirilebilir. Bu sayede, yaz aylarında Güneş’ten kaynaklanan morötesi ışın enerjisi depo edilebilir ve bu enerji kış aylarında ısıtma amaçlı kullanılabilir. Bir başka kullanım alanı olarak otomobiller gösterilebilir. Kış aylarında otomobil camlarının buzlanması sık rastlanılan ve istenmeyen bir durumdur. MOF temelli malzemeden elde edilen ısı enerjisi, otomobil camlarında oluşan buzun eritilmesinde kullanılabilir.
MOF temelli malzemede elektronik ya da hareket eden bir parça bulunmadığından, enerji dönüşümü sırasında herhangi bir kayıp gerçekleşmemektedir. Dolayısıyla, bu malzemenin verimliliği oldukça yüksektir. Bununla birlikte, MOF temelli malzeme oda sıcaklığında katı halde bulunmaktadır. Güneş’ten kaynaklanan morötesi ışın enerjisinin depo edilmesinde kullanılan diğer malzemeler ise genellikle sıvı içerisinde muhafaza edilmektedir. MOF temelli malzemenin katı halde bulunması, yüksek stabiliteye sahip olmasına ve uygulamalarda daha rahat kullanılmasına olanak sağlamaktadır.
