Bilim-Teknik GÜNDEMİ
Dünyanın en büyük elektrikli araba üreticisi Tesla, Nevada çölünde 600 bin metrekarelik dünyanın en büyük üretim tesislerinden birini kuruyor. Tesla’nın bu tesisle ilgili tek bir planı var: Pil üretimi.
Günümüzde Tesla’nın ürettiği araç pillerinin bir tanesinin fiyatı yaklaşık 10 bin dolar civarında. Toksik özellikler taşıyan bu ürün, ciddi sonuçlar yaratabilecek aşırı ısınmaya karşı son derece titiz bir üretim aşamasından geçiyor. Firma bu nedenle araştırma laboratuvarlarında sürekli olarak üretimi daha kolay ve daha güvenli pil alternatifleri için çalışıyor.
Kısa bir süre önce Samsung firmasının patlayan pilleri nedeniyle piyasadan çekmek zorunda kaldığı Galaxy Note 7 ürününü hatırlayın. Pil sorunu nedeniyle şirket milyarlarca dolarlık projesini çöpe atmak zorunda kaldı. Uğradığı itibar kaybı da cabası.
Günümüzde daha iyi, daha az maliyetli ve daha güvenli bir pil teknolojisi, fosil yakıt enerjileri kullanmayan tüm sektörlerin hayali.
Bilim insanları ise soruna pil üretiminden daha kapsamlı bir şekilde bakılması gerektiğini savunuyor. Bunun en önemli paydası enerjiyi kullanma yöntemimiz…
Kondensatörler enerjiyi kullanım şeklimizi değiştirecek
Yeniden şarj edilebilen piller, pozitif ve negatif elektrotlar arasındaki akımı sağlayan tekrarlanabilir kimyasal tepkimeler ile çalışıyor. Tesla ve Samsung’un pilleri büyük miktarda enerji depolayabiliyor ama en temel problemleri yavaş şarj olmaları. Depolanmış enerji de dışarı oldukça yavaş çıkıyor. Bu nedenle hem şarj hem de deşarj olurken ısınıyorlar. Bu da güvenlik sorunlarını ortaya çıkarıyor.
Kimya elektrik depolanması için tek yol değil. Kondensatörler olarak adlandırılan cihazlar ile enerji fiziksel olarak metal elektrotlar arasındaki bir elektrik alanında depolanıyor. Çok kısa sürede şarj olan ve aniden boşalan bu sistem, dolum ve boşalım işlemini de sürekli olarak yapabiliyor. Bu teknik kameraların flaşlarında kullanılıyor.
Ama tabii kamera flaşı ile bir arabayı yürütmeniz çok zor. Eğer aracınız bir depo benzinle 500 kilometre yol gidiyorsa aynı miktardaki kondensatörler ile yaklaşık 16 metre yol gidebilir.
Tipik bir kondensatörün bir pil ile rekabet edebileceği düşünülemezdi bile. Ancak Tesla’nın başını çektiği bir grup şirket gelecekte enerji konusundaki büyük çıkışın pillerde değil kondensatörlerde yattığını düşünüyor.
Hindistan cevizlerinden nano teknolojiye
Bu konudaki arayışlar aslında çok eski, 1966’ya kadar dayanıyor. ABD’nin Ohio eyaletindeki Standard Oil şirketinden Robert Rightmire, karbon katmanları ile zenginleştirdiği kondensatörler ile normalde 10 kat daha fazla enerji elde etti.
1990’larda ise küçük süper kondensatörler bir ticari ürün oldu. Elektrik kesildiğinde bilgisayarlarınızı kapatmanız için size gerekli zamanı veren bu cihazlar yine de bir araba için gerekli enerjiyi sağlamaktan uzaktı. Uzun bir dönem de böyle kaldı. Bunun baş sorumlusu ise Hindistan cevizleriydi.
Hindistan cevizi bu süper kondensatörlerde kullanılan karbon için iyi bir kaynaktı. Ucuz ve oldukça etkiliydi. 600 dereceye kadar ısıtılan Hindistan cevizi kabuklarından elde edilen karbon cihazlarda kullanılıyordu.
Artık ultra kondensatör olarak adlandırılan bu ekipmanlar rüzgar tribünlerinde, dizel otobüslerin kalkışlarını sağlamada kullanılmaya başlandı. Hatta formula1’de bu teknoloji ciddi bir kullanım alanı buldu.
Uzay araçlarında kullanılıyor
2000’lerin ortalarında Massachusetts Teknoloji Enstitüsünden bilim insanları Hindistan cevizi kabuğu dışındaki karbon kaynaklarından elde edilen karbonun kondensatörlerde daha iyi performans verebileceğini tespit etti. Bu ekip daha sonra insan saçından 10 bin defa daha ince olan saf karbon silindirleri ile kondensatörleri döşedi.
Yenilenmiş bu kondensatörler NASA’nın Venüs ve diğer uzay programlarında uzay araçlarının enerjisi için kullanıldı. Şu andaki en iyi modeli Tesla’nın bir lityum pilinin yüzde 10’u kadar enerji depolayabiliyor. Ve daha önce dediğimiz gibi çok kısa bir sürede, saniyeler içinde şarj edilip enerjisi bir anda boşaltılabiliyor.
Nano teknoloji ile yapılan bu dizaynlar son derece pahalı. Öyle ki şu anda sadece uzay araçları gibi son derece pahalı ve yüksek teknolojiye sahip araçlarda kullanılıyor. Bilim insanları gelecek için ise son derece iyimser.
Elektrikli araçları çok daha çekici hale getirecek
Tesla’nın devasa fabrikasının başındaki Cooley, ultra kondensatörlerin bir alternatif olmasını beklemediklerini, ancak ana pilin ömrünü kısaltan ve yüksek enerji gereken anlarda devreye giren bir teknoloji olarak kullanımının kısa vadede mümkün olduğunu söylüyor. Bu durumlar bir pilin ömrünün kısalmasının en önemli nedeni.
Tesla direktörleri bu şekilde elektrikli araçların çok daha makul bir hale geleceği ve fiyatlarının düşeceğini öngörüyor. Hem dayanıklı hem de uzun ömürlü piller bu araçların kullanımının yaygınlaşması için en önemli bileşen.
Sadece araçlarda değil, bilgisayar ürünlerinde de bu teknoloji kullanılabilecek. Örneğin geçtiğimiz sene Maxwell bazı üst model hard disklerinde ultra kondensatörler denemeye başladı. Yapılan deneylerde ultra kondensatörlerin hızlı enerji salınımı nedeniyle çok daha hızlı veri okuma ve kopyalama işlemi gerçekleşti.
10 bin defa şarj edilebiliyor
Almanya’da ultra kondensatör – pil hybrid enerji çözümleri üzerine çalışan FreqCon, yeni nesil karbon üretimi ile bir aracın sürülmesi için ihtiyacı olan enerjinin sürekli aynı seviyede tutulmasını sağlayacak bir cihazı piyasaya sürmeye hazırlanıyor. Halihazırdaki sistemler sadece aracın kalkışını sağlayacak enerjiler üretebiliyor.
Bu ultra kondensatörlerin en avantajlı tarafı ise şarj edilebilme sayıları. Örneğin bir aracın pili 1000 kere şarj edilebiliyorsa, yeni nesil ultra kondensatörler yaklaşık 10 bin defa şarj edilebiliyor.
HAZIRLAYAN: Doğan Barış ABBASOÐLU - abbasogludogan@hotmail.com