Yenilebilir enerjiyi yaygınlaştırmanın dünyamız için kritik öneme sahip olduğu bir dönemdeyiz. Rüzgâr, güneş, hidroelektrik gibi enerji santralleri genelde şehirlerden uzakta konumlandırılıyor. Yenilebilir enerjideki verimliliğin yükseltilmesi kadar, uzun mesafelerde elektriğin verimli taşınması da önemlidir. Yüksek voltajlı doğru akım kabloları (HVDC), elektriği uzun mesafelere taşımanın en verimli yoludur. Yalıtım katmanına sahip HVDC kabloları, yeraltına gömülebilir veya deniz tabanına döşenebilir. Bu da ağların önemli ölçüde genişlemesine olanak tanır. Şu anda dünyanın farklı bölgelerini birbirine bağlamak için birçok proje yürütülmektedir. Örneğin, Avrupa’da NordLink projesi güney Norveç ile Almanya’yı birbirine bağlayacak. Elektriği uzun mesafelere verimli bir şekilde taşıyabilen bu kablolar, elektrik tedarikimizde hayati bir rol oynamaktadır. Bu nedenle performanslarını optimize etmek önemli bir zorluktur. Bu amaçla, İsveç Chalmers Teknoloji Üniversitesi’nden bilim adamlarının bir projesi var. Üç kat daha az iletken olan ve kabloların performansında önemli iyileştirmeler sunan bir yalıtım malzemesi (PE+P3HT) üzerinde çalışıyorlar.
Adana
Hızla artan küresel elektrik talebi için verimli ve güvenli HVDC kabloları önemli bir bileşendir. Yenilenebilir enerji arzı dalgalanabilir. Bu nedenle elektriği uzun mesafeli ağlarla taşıyabilmek, istikrarlı ve güvenilir bir dağıtım sağlamak için zorunluluktur. Yani, elektriğin iletimi sırasında mümkün olduğu kadar az enerji kaybı olmalıdır. Bunun gibi iletim kaybını azaltmanın bir yolu ise, doğru akım voltaj seviyesini arttırmaktır. Ancak, iletim voltajındaki artış bir HVDC kablosunun yalıtımını olumsuz etkiler. Yalıtım malzemesinin elektriksel iletkenliği yeterince azaltılırsa ortaya çıkan daha yüksek elektrik alan stresleri halledilebilir. Araştırmacılar bu projeyle bir yalıtım malzemesinin iletkenliğini azaltmak için yeni bir yol geliştirmişler.
A
Kablolara Üç Kat Daha Düşük İletkenlik Sağlayan Bir Malzeme
Yeni malzemenin temeli olan Polietilen halihazırda mevcut HVDC kablolarında yalıtım için kullanılmaktadır. Araştırmacılar, Poli(3-hekzil)tiyofen olarak bilinen konjüge polimerden çok küçük oranda- 5 ppm (parts per million: milyonda bir parça) – ekleyerek elektrik iletkenliğini üç kata kadar düşürmeyi başarmışlar.
P3HT olarak da bilinen katkı maddesi, geniş çapta incelenen bir malzemedir. Gereken küçük miktarlar göz önüne alındığında, üreticiler için yeni olanaklar sunar. İletkenliği azaltmak için daha önce kullanılmış olan diğer maddeler, çeşitli metal oksitlerin (ZnO,MgO,Al2O3,SiO2) ve diğer poliolefinlerin nanoparçacıklarıdır. Ancak bunlar önemli ölçüde daha yüksek miktarlar gerektirir.
Malzeme biliminde, endüstride kullanımı ve geri dönüşüm potansiyelini artırmak için katkılar az oranda kullanılmalıdır. Etkiyi elde etmek için bu katkı maddesinin sadece çok küçük bir miktarının gerekli olması büyük bir avantajdır. A
A
Yeni Bir Araştırma Alanına Yol Açan Bir Keşif
Poli(3-hekziltiyofen) (P3HT), esnek elektronikten fotovoltaik ve termoelektriklere kadar geniş bir uygulama yelpazesi için muazzam miktarda ilgi görmüş en çok çalışılan konjüge polimerlerden biridir. P3HT gibi konjüge polimerler, yarı iletken veya iletken olarak fotovoltaikte metal halid perovskitler ve amorf silikonla; giyilebilir elektronikte karbon allotropları ve metaller ile rekabet etmektedir. Sonuç olarak, devam eden araştırma çabalarına rağmen henüz, P3HT’nin ve konjüge polimerlerin ticari kullanımı tam olarak ortaya koyulmuş değildir.
P3HT gibi konjüge polimerler geçmişte esnek ve basılı elektronikler tasarlamak için kullanılmıştır. Bu çalışmada P3HT, emtia polimerinin (commodity polymer) yalıtım özelliklerini iyileştiriyor. Ve, Polietilen için iletkenliği azaltan katkı maddesi olarak kullanılıyor. Bununla birlikte, ticari bir plastiğin özelliklerini değiştirmek için katkı maddesi olarak ilk kez kullanılmıştır. Bu nedenle proje araştırmacıları, keşiflerinin sayısız yeni uygulama ve araştırmaya başlangıç olacağına inanıyorlar.
Projenin yürütücüsü Christian Müller bu çalışmadan umutlarının, enerji taşıma ve depolama uygulamaları için gelişmiş elektriksel özelliklere sahip plastiklerin tasarlaması ve optimize edilmesi konusunda ilham olması olduğunu söylüyor. HVDC, yenilenebilir enerjinin elektrik şebekelerine entegrasyonu için gerekmektedir. Bu nedenle, şu anda, polimerik yalıtım malzemelerinin DC iletkenliğini daha da azaltmaya olanak tanıyan ve daha düşük iletim kayıplarına neden olan HVDC kablolarının tasarımını kolaylaştırabilecek katkı konseptlerinin geliştirilmesine yönelik önemli akademik araştırma çalışmaları devam etmektedir.
A
Kaynakça
[1] https://news.cision.com/chalmers/r/more-efficient-electricity-distribution-thanks-to-new-insulation-material,c3400701 A
[2] Pourrahimi, Amir Masoud, vd. “Repurposing Poly(3‐hexylthiophene) as a Conductivity‐Reducing Additive for Polyethylene‐Based High‐Voltage Insulation”. Advanced Materials, c. 33, sy 27, Temmuz 2021, s. 2100714. DOI.org (Crossref), https://doi.org/10.1002/adma.202100714. A
