Daha Fazlası

    Cep Telefonlarını İdrar ile Şarj Etmek Mümkün mü?

    Cep Telefonlarını İdrar ile Şarj Etmek Mümkün mü?

    Günümüzde elektriğe olan ihtiyaç giderek artarken bilim insanları bu ihtiyacı karşılamak adına yeni yollar keşfetme arayışındadırlar. 2017 yılında da bu konu ile ilgili ilginç bir keşif gerçekleştirildi. Gerçekleştirilen bu araştırmada bilim insanları, idrarı kullanarak elektrik üretebilmenin yollarını araştırdılar. Bu araştırmada bilim insanları, idrar gibi organik atıklardan elektrik üretimini gerçekleştirebilen Mikrobiyal Yakıt Hücrelerini (MYH), kullandılar. Öncelikle MYH’yi açıklayarak idrarın enerjiye dönüşüm sürecini anlamaya çalışalım.

    MYH Nedir?

    MYH’ler, organik atıklarda bulunan kimyasal enerjiyi mikroorganizmalardan yararlanarak elektrik enerjisine dönüştürebilen biyo-elektrokimyasal bir sistemdir. Bu sistemler, üç bölümden oluşmaktadırlar. Anot ve katot olarak isimlendirilen iki bölümle birlikte bu bölümleri birbirinden ayıran bir proton dönüştürücü zara da sahiptirler. Anot bölümünde yer alan mikroorganizmalar, bu bölümde bulunan organik maddeleri indirger. Böylece elektron ve protonun açığa çıkması sağlanmaktadır. Açığa çıkan elektron, sisteme eklenen devre aracılığı ile elektrot üzerinden katota geçmektedir. Proton (H⁺) ise, zar yardımı ile katota geçerek oksijen (farklı bir elektron alıcısı da olabilir) ile birleşir. Böylece açığa su çıkar. Oksijen ve hidrojen atomları sayesinde anot bölümündeki elektronlar, katota geçerek sistem devresinde elektrik akımı oluşmasını sağlamaktadırlar.

    mikrobiyal yakıt hücresi
    Mikrobiyal yakıt hücresi yapısı – Cep Telefonlarını İdrar ile Şarj Etmek Mümkün mü?

    Neden MYH’ler Tercih Edildi?

    2017 yılından önce yapılan çalışmalarda, temel bir cep telefonunun insan idrarı kullanılarak MYH yardımıyla şarj olma olasılığı incelenmişti. Bu çalışmalara göre telefon bataryası 24 saatte 3,7 V’a kadar kısmen şarj edilebilmişti. Bu çalışmalar, idrarın elektrik gücü veya şarj kablolarının kısıtlı olduğu yerlerde iletişimin aksamaması için kullanılabileceğini ortaya çıkardı. Aynı zamanda MYH’lerin seri üretime elverişli olduğunu da gösterdi. Bu çalışma ise MYH’nin iletişimi kolaylaştırmasına odaklandığı gibi geçmiş çalışmalara nazaran önemli ilerlemeler göstererek potansiyel kullanıma da yakınlaştırılmaktadır. Kısacası MYH’ler, herhangi bir organik atığı dönüştürebilmeleri, düşük maliyete sahip olmaları, potansiyel yakıt yelpazesini genişletmeleri gibi sebeplerden dolayı son zamanlarda pek çok farklı alanlarda da tercih edilmektedir.

    Çalışmanın Amaçları Nelerdir?

    Çalışmanın amaçları;

    – Hem temel hem de akıllı telefon bataryalarını 4.2 V’a kadar (tam şarj) şarj etmek,

    – Herhangi bir harici elektrikle çalışan çevre birimlerinden bağımsız bir sisteme sahip olmak (örneğin jeneratörler),

    – MYH sistemini tek bir kişinin idrar miktarı ile doldurmak ve minimum karbon ayak izi ile bakım gereksinimlerine sahip olmaktır.

    Çalışmada Ne Kullanıldı?

    idrardan enerji üreten sistem
    Telefonun şarj olmasını sağlayan sistemin farklı kısımları (Şekil2) – Cep Telefonlarını İdrar ile Şarj Etmek Mümkün mü?

    Tüm sistem üç bölümden oluşmaktaydı. Bunlar; sadece bir kişinin idrarını simgeleyen beslenme mekanizması (Şekil2a), enerji dönüştürücü ve güç kaynağı olarak kullanılan MYH’lerin kaskadı (Şekil2b) ve üretilen gücü (enerji) yönetmede kullanılan enerji devreleriydi (Şekil2c). Bunları tek tek ele alalım.

    Beslenme Mekanizması

    Herhangi bir sistemde özellikle bir biyofilm sisteminde yakıt besleme hızı önemli bir faktördür. Bu çalışmanın amacı MYH’lerin gerçek ortamlarda (tuvalet gibi) yerleştirilmesi olduğundan beslenme mekanizmasının herhangi bir enerji ihtiyacına gerek duymaması gerekiyordu (çalışmanın amacında belirtildiği üzere). Bu sebeple sistemde kullanılan pompa düzenli bir giriş (beslenme) sağlamak için kullanıldı. Bu sayede idrar hacmi 200 mL’ye ulaştığında eğimli bir tüpe pompalanabiliyordu. Bu besleme mekanizması, her 6 saatte bir pompalayabilecek şekilde ayarlandı. Sağlıklı bireylerden her gün taze idrar (pH ≈ 6,4-7,4) toplanarak birleştirildi. Rezervuar tankı hafta içi her gün 2.5L idrar ve hafta sonları 9L idrar ile doluyordu. Bu nedenle mecburen beslenme mekanizmasına pompalanan idrar 1 veya 3 gün boyunca bekletiliyordu (pH ≈ 8,4-9,3).

    MYH Kaskadı

    MYH kaskadı 6 modülden oluşuyordu. Böylece yukarı akış modülünün çıkış kısmı, aşağı akış modülüne girişi sağlıyordu (Şekil2). Tüm sistemin yüksekliği, her bölüm arasındaki 10mm’lik aralıklar da dahil 77 cm’idi. MYH kaskadının yapımında, idrarla uzun süre temas halinde olacakları, ortam sıcaklığında çalışmaları gerektiği, anot ve katotun yüzey alanları da dikkate alınmıştı.

    Enerji Yönetimi ve Telefonları Şarj Etmek

    Çalışmanın verimli sonuçlar doğurabilmesi adına çeşitli telefonlar ve pil kapasiteleri test edildi. Yapılan ilk deneyler lityum bataryalı aynı model akıllı telefon (Samsung Galaxy S) üzerine modifiye çalışmaları yapılarak gerçekleştirildi. Bu modifiyeli telefon, direkt topraklanarak telefonun kendi şarj devriyesini atlaması sağlanmıştı. Böylece parazitlerin önüne geçilmeye çalışıldı. Ancak şarj devresi fiziksel olarak çıkarılmadığından bu parazit etkilerin önüne tam anlamıyla geçilememişti. Bu durumu iyileştirebilmek adına özel yapım bir şarj kontrol kartı ile süper kapasitör kullanıldı. Süper kapasitörlerde depolanan enerjiyi -telefon piline şarj başına düşen enerji aktarımını- artırmak için 5V’luk daha yüksek bir çıkış voltajı verilecek şekilde değiştirildi. Böylece daha etkin sonuçlar alınmıştı.

    telefonun kendi şarj dervresini etkisiz hale getirmek
    Telefonun enerji yönetim devresinin şeması. (a) Telefonun doğrudan şarj olmasını sağlayan devre. (b) Telefona eklenmiş 2 Maxwell süper kapasitör ile bir histerezis kartı içeren devre.

    Çalışma Nerelerde Kullanılacak?

    Bilim insanları, bu sistemin uzun vadede gelişmemiş ülkelerdeki enerji ihtiyacını karşılamak adına kullanılacağını belirtmişlerdir. Ancak geçtiğimiz yıllarda da bir müzik festivalinde tuvaletlerin aydınlatılmasında, yavaş da olsa telefonları şarj etmede ve akıllı ekranların çalıştırılmasında kullanılmıştır. Aynı zamanda bu çalışmanın, gelecekte yapılması planlanan akıllı tuvaletlerin de öncüsü olabileceği düşünülmektedir.

    Yazan: Melisa ACAR

    Kaynak*

    Kaynak**

    YouTube Kanalımız

    Melisa Acar
    İstanbul Üniversitesi Fizik

    Popüler Yazılar

    İlgili Yazılar

    Leave a reply

    Please enter your comment!
    Please enter your name here

    %d blogcu bunu beğendi: