Soğutmanın enerji tüketen bir işlem olduğu bilgisi tersine dönüyor. Yeni geliştirilen sistemde soğutmayı sağlayan şey elektrik değil, ısının kendisi.
Sistem, bir cihazın çalışırken ürettiği atık ısıyı alıp soğutmaya çeviriyor. Yani ısıtan şey aynı zamanda soğutan şeye dönüşüyor.
Çalışma Almanya'daki Karlsruhe Teknoloji Enstitüsü KIT ile Japonya'daki Tsukuba Üniversitesi tarafından yürütüldü. Sonuçlar Nature Energy dergisinde yayımlandı.
Araştırma ekibinin başında KIT Mikroyapı Teknolojisi Enstitüsü'nden Dr. Jingyuan Xu bulunuyor. Çalışmanın ilk yazarı ise aynı enstitüden doktora araştırmacısı Yi-Ting Hsiau.
İKİ İNCE FİLM, İKİ AYRI GÖREV
Sistemin tamamı iki ultra ince nikel titanyum filmden oluşuyor. Her birinin ayrı görevi var.
Birinci film aktüatör görevi görüyor. Isıtıldığında şekil hafızası etkisiyle büzülüyor ve ısı enerjisini doğrudan mekanik harekete çeviriyor. Aktüatör aşamasında elektrik motoruna ihtiyaç duyulmuyor.
İkinci film soğutmayı üretiyor. Birinci filmin oluşturduğu mekanik hareket, ikinci filme dönüşümlü olarak yük bindiriyor ve yükü kaldırıyor. Malzemenin kristal yapısındaki bu değişim soğuma sağlıyor.
Dr. Xu, yeniliğin şekil hafızalı alaşımların birbirini tamamlayan iki işlevinin bir araya getirilmesinde olduğunu belirtiyor.
ELASTOKALORİK ETKİ NEDİR
İkinci filmdeki soğuma, elastokalorik etki adı verilen fiziksel olguya dayanıyor.
Bazı alaşımlar gerildiğinde ısınıyor, gerilim kaldırıldığında ise sıcaklıkları düşüyor. Kristal yapı değiştiği için malzeme çevresinden ısı çekiyor.
Yöntemin bilinen soğutma sistemlerinden farkı gaz kullanılmaması. Klasik klima ve buzdolaplarında soğutucu akışkanlar dolaşırken, burada soğutma tamamen katı malzeme üzerinden gerçekleşiyor.
Gazsız çalışma çevresel açıdan da önem taşıyor. Soğutucu akışkanların bir bölümü sera etkisi yüksek gazlar ve kaçak durumunda atmosfere karışıyor. Katı hal soğutmada böyle bir risk bulunmuyor.
Sistemin hareketli parça sayısının azlığı da ayrı bir avantaj olarak değerlendiriliyor. Kompresör ve motor gibi bileşenler bulunmadığında bakım ihtiyacı ve gürültü de azalıyor.
RAKAMLAR NE GÖSTERİYOR
Laboratuvar deneylerinde elde edilen değerler şöyle.
- Aktüatör filmin çalışma sıcaklığı 86 derece
- Bileşen düzeyinde ölçülen sıcaklık farkı 4 derece
- Soğutucu malzemedeki sıcaklık değişimi yaklaşık 13 derece
- Sistem 130 derecelik dış ısı kaynağıyla da çalıştırıldı
Rakamlar sistemin prototip aşamasında olduğunu gösteriyor. Elde edilen sıcaklık farkı henüz bir buzdolabını ya da klimayı çalıştıracak düzeyde değil.
Çalışmanın asıl değeri de bu rakamlarda değil. Elektrik motoru olmadan soğutmanın mümkün olduğunun gösterilmesi, alanda yeni bir yaklaşımın kapısını açıyor.
Filmlerin ultra ince olması ise ölçeklendirme açısından umut veren bir özellik. Küçük hacimde çok sayıda katman kullanılabilmesi, kapasitenin artırılabileceği anlamına geliyor.
NEREDE KULLANILABİLİR
Araştırmacıların işaret ettiği kullanım alanları, atık ısının bol olduğu yerler.
- Bilgisayar işlemcilerinin kendi ürettiği ısıyla soğutulması
- Veri merkezlerinde çıkan ısının soğutmaya dönüştürülmesi
- Otomobillerde aktarma organlarından çıkan ısıyla hassas elektroniğin soğutulması
- Soğutma ve iklimlendirme sistemleri
Buradaki mantık şu. Halihazırda boşa giden ısı, soğutmanın enerji kaynağına dönüşüyor.
Araştırmacılar, güneş enerjisinin de sistemi çalıştıracak bir ısı kaynağı olarak kullanılabileceğini belirtiyor.
NEDEN ÖNEMLİ?
Soğutma, dünya genelinde elektrik tüketiminin büyük kalemlerinden biri. Klima, buzdolabı ve endüstriyel soğutma sistemleri elektrik şebekesinde ciddi bir yük oluşturuyor.
Veri merkezleri bu tablonun yeni ve hızlı büyüyen ayağı. Yapay zeka uygulamalarının yaygınlaşması, işlemcilerin ürettiği ısıyı ve dolayısıyla soğutma ihtiyacını artırıyor.
Türkiye'de de veri merkezi yatırımları son yıllarda çoğalıyor. Ankara, kamu kurumlarının bilişim altyapısının yoğunlaştığı iller arasında yer alıyor.
Veri merkezlerinde tüketilen elektriğin önemli bölümü işlemcilere değil, o işlemcilerin soğutulmasına gidiyor. Atık ısının soğutmaya çevrilmesi, bu döngüyü kırma ihtimali taşıdığı için ilgi çekiyor.
NE ZAMAN TAM OLARAK HAYATIMIZA GİRER?
Sistem şu aşamada laboratuvar ölçeğinde. Endüstriyel kullanıma geçmesi için ölçeklenmesi ve maliyetinin düşmesi gerekiyor.
Nikel titanyum alaşımı halen tıbbi cihazlardan gözlük çerçevelerine kadar farklı alanlarda kullanılıyor. Malzemenin bilinen ve üretilebilir olması, ölçeklendirme açısından avantaj sayılıyor.
Bilimsel çalışmaların laboratuvardan ürüne geçiş süresi ise genellikle yıllarla ölçülüyor. Benzer buluşlarda ilk uygulama alanı çoğunlukla sanayi oluyor, ev tipi cihazlar daha sonra geliyor.
Araştırmacılar da bulguyu ticari bir ürün olarak değil, katı hal soğutmada yeni bir yaklaşım olarak tanımlıyor.
Çalışmanın tamamını Nature Energy üzerinden okuyabilirsiniz.
