Güneş Enerjisinde Biyomimikri Örnekleri

Bu yazı, Evrim Ağacı'na ait, özgün bir içeriktir. Konu akışı, anlatım ve detaylar, Evrim Ağacı yazarı/yazarları tarafından hazırlanmış ve/veya derlenmiştir. Bu içerik için kullanılan kaynaklar, yazının sonunda gösterilmiştir. Bu içerik, diğer tüm içeriklerimiz gibi, İçerik Kullanım İzinleri'ne tabidir.

Teknolojik araştırmalarda doğayı örnek almak çok sık kullanılan bir yöntemdir. Güneş pillerinin gelişiminde de birçok biyomimikri örneği vardır. Gelin, bunlardan birkaçına göz atalım.

Güneş enerjisini daha sonra kullanmak üzere depolamak masraflı ve verimsiz bir işlemdir. Bilim insanlarının bitkilerdeki fotosentezden ilham alarak geliştirdikleri yöntemlerden biri, güneş ışığı yardımıyla sudaki hidrojen ve oksijenlerin ayrılmasını sağlar. Daha sonra bu hidrojen ve oksijen bir yakıt hücresi içerisinde tekrar birleştirilerek uzun süreli kullanım için elektrik enerjisi üretilir.

Güneş hücrelerine eklenen kıvrim ve katlar, daha fazla ışığın emilebilmesini sağlar.
Güneş hücrelerine eklenen kıvrim ve katlar, daha fazla ışığın emilebilmesini sağlar.
Clean Technica

Fotosentezi ilham alan çalışmalardan bir diğeri yaprakların kıvrımlarını taklit etmeye, yani emilen ışığın yönlendirilmesi için verimli kanallar oluşturmaya çalışmıştır. Düz bir yüzeyde ışık ya emilir ya da geri yansır. Oysa bir yaprağınkine benzer kıvrımlar ve katlarla ışığın emilme miktarı artırabilir. Bu düşünceden hareketle ışığa duyarlı, sıvı bir yapışkan katmanına değişik miktarlarda baskı uygulanıp yapışkanın kuruma hızı değiştirilerek kıvrım ve katlar elde edilmiştir. Bu yöntemle, polimer/plastik güneş hücrelerinin esneklik, dayanıklılık, düşük ağırlık ve düşük üretim maliyeti gibi avantajlarına verimliliğin de eklenmesini sağlanmıştır.

Pozitif ve negatif yüklü moleküller birbirlerinden ayrı tutularak uzun süre depolanabilen elektrik enerjisi sağlanır. Görsel: UCLA Chemistry
Pozitif ve negatif yüklü moleküller birbirlerinden ayrı tutularak uzun süre depolanabilen elektrik enerjisi sağlanır. Görsel: UCLA Chemistry
UCLA

Güneş enerjisini uzun süreli depolamanın bir başka yolu yine bitkilerin yaptığı fotosentezi örnek alır, ancak bu yöntem bitki hücresinin yapısına odaklanmıştır. Bitki hücrelerinde bulunan nano ölçekli yapılar, fotosentez sırasında pozitif ve negatif yüklü molekülleri birbirlerinden ayıracak ve ayrı tutacak şekilde konumlanmıştır.  Peki, bu verimli yöntemi nasıl örnek aldığımıza bakalım: Çatılarda kullanılan güneş pilleri çok pahalı bir malzeme olan silikondan yapılmıştır. Yerine kullanılabilecek plastik güneş pilleri ise pozitif ve negatif yüklü moleküllerin elektrik enerjisine dönüşemeden yeniden birleşmelerini engelleyemediği için verimli değildir. Bitkilerin nano ölçekli yapılarının taklit edildiği yeni bir çalışmayla pozitif ve negatif yüklü moleküller birbirinden ayrı tutularak, elde edilen elektrik enerjisi birkaç hafta boyunca depolanabilir. Bu arada araştırmacıların oluşturdukları yapıyı, “köfteleri” özenle yerleştirilmiş “köfteli spagettiye” benzettiklerini de not olarak düşelim.

Doğadan fotovoltaik uygulamalara... Görsel: Radwanul Hasan Siddique, KIT/Caltech
Doğadan fotovoltaik uygulamalara... Görsel: Radwanul Hasan Siddique, KIT/Caltech
Eurek Alert

Bir örnek de hayvanlar aleminden verelim. Güneş hücrelerinde en pahalı olan modüllerden biri de Güneş’i takip eden hareket sistemidir. Güneş ışığından daha fazla enerji depolayabilme arayışı, bilim insanlarının yolunu Hindistan’da yaygın olarak görülen Pachliopta aristolochiae kelebeklerinin kanat yapısını incelemeye kadar götürmüştür. Elektron mikroskobu altında yapılan incelemeler sonucunda, bu kelebeklerin kanatlarının, içleri deliklerle dolu pul şeklindeki tüylerle kaplı olduğu görülmüştür. İşte bu delikler, kanatların hafif olmasının yanı sıra farklı açı ve dalga boylarındaki güneş ışığından daha fazla ışık ve dolayısıyla daha fazla ısı emilebilmesini sağlamaktadır. Bundan sonrası, bilim insanlarının laboratuvarlarda benzer bir yapıyı oluşturabilmesine kalmıştır. Nitekim araştırmacılar deneylerinde dört tip yapı kullanmışlardır: dümdüz (kontrol amaçlı), aynı çapta delikleri düzenli aralıklarla yerleştirerek, farklı çapta delikleri düzenli aralıklarla yerleştirerek ve kelebek kanatlarındaki gibi farklı çapta delikleri farklı ama uygun aralıklarla yerleştirerek. Sonuç, adaptif evrimi kanıtlayacak şekilde, kelebekten esinlenen son modelin farklı açı ve dalga boylarında gelen ışığı daha çok emebildiği yönünde olmuştur. Böylece gelecekte hafif ve daha verimli fotovoltaik uygulamalar mümkün olabilecektir.

Elbette ki doğadan esinlenen teknolojik gelişmeler yeni değildir. Bizim dışımızdaki canlıların çoğu bizden çok daha zor koşullar altında hayatta kalma savaşı vermekte ve bu zor koşullara adapte olmak için evrimleşmektedir. Ve elbette kendi problemlerimizin cevaplarını çoğunlukla onların hayal gücümüzü zorlayan adaptasyon yöntemlerinde aramak en doğru yoldur.

Kaynaklar ve İleri Okuma:

  • Ana Görsel Kaynağı: Pixabay
  • M. Gaworecki. Biomimicry produces a solar energy breakthrough. (2008, Ağustos 01). Alındığı Tarih: 14 Aralık 2018. Alındığı Yer: Greenpeace
  • M. Pupols. UCLA chemists devise technology that could transform solar energy storage. (2015, Haziran 18). Alındığı Tarih: 14 Aralık 2018. Alındığı Yer: UCLA
  • T. Casey. Powerhouse Solar Cell Inspired by Leaf Biomimicry. (2012, Nisan 28). Alındığı Tarih: 14 Aralık 2018. Alındığı Yer: Clean Tecnica
  • K Redmond. From Butterfly Wings to Solar Cells. (2017, Ekim 24). Alındığı Tarih: 14 Aralık 2018. Alındığı Yer: Physics Buzz
  • B. Yirka. Black butterfly wings offer a model for better solar cells. (2017, Ekim 19). Alındığı Tarih: 14 Aralık 2018. Alındığı Yer: Phys.org

Ötegezegen

Parker Güneş Sondası Güneş'e Çok Yakın Olmasına Rağmen Nasıl Erimiyor?

Yazar

Şule Ölez

Şule Ölez

Yazar

ODTÜ EEE '88 mezunudur. Evrim Ağacı'nda genel editörlük ve çevirmenlik yapmaktadır. Ayrıca Kırsal Çevre Derneği'nin aktif üyesidir. İlgi alanları Türkçe ve İngilizce dilleriyle başta bitkiler olmak üzere tüm canlılardır.

Konuyla Alakalı İçerikler

Göster

Şifremi unuttum Üyelik Aktivasyonu

Göster

Göster

Şifrenizi mi unuttunuz? Lütfen e-posta adresinizi giriniz. E-posta adresinize şifrenizi sıfırlamak için bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Eğer aktivasyon kodunu almadıysanız lütfen e-posta adresinizi giriniz. Üyeliğinizi aktive etmek için e-posta adresinize bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Close
Geri Bildirim