Yeni Akıllı Malzeme: Ev ve Araçlarda Yeşil İklimlendirme Teknolojisi İçin 68°F Isıtma ve Soğutma

Saarland Üniversitesi ve Mechatronik ve Otomasyon Teknolojisi Merkezi’nde (ZeMA) çalışan bir araştırma ekibi, çevreye dost ve enerji tasarruflu bir iklimlendirme teknolojisi geliştirdi. Bu yenilikçi sistem, geleneksel soğutucuların aksine, uçucu soğutucu akışkanlar veya fosil yakıtlar kullanmadan hem ısıtma hem de soğutma yapabiliyor. Bu teknoloji, gelecekte evlerde, araçlarda ve endüstriyel uygulamalarda yeşil iklimlendirme çözümleri sunma potansiyeli taşıyor.

Elastokalorik Etki: Yeni Nesil Soğutma Teknolojisi

Bu yeni sistem, nikel-titanyum (Ni-Ti) şekil hafızalı alaşımların “elastokalorik etki ” adı verilen bir özelliğini kullanıyor. Elastokalorik etki, malzemelerin mekanik olarak gerilmesi veya gevşetilmesi sırasında ısı absorbe etmesi veya salması prensibine dayanıyor.

Profesör Stefan Seelecke ve Paul Motzki , bu teknolojinin prototiplerini geliştiren öncü isimler arasında yer alıyor. Araştırmacılar, ultrason inceliğindeki Ni-Ti tellerinin veya levhalarının döngüsel olarak gerilmesi ve gevşetilmesiyle ısı transferinin nasıl gerçekleştirilebileceğini gösterdiler. Bu yöntem, ortam havasına veya su-glikol karışımına ısı aktararak çalışır.

Bu süreç, standart soğutucu akışkanların kullanımını tamamen ortadan kaldırır ve çevresel zarar riskini en aza indirir. Ayrıca, sistemlerin enerji verimliliği geleneksel klima veya ısı pompalarından daha yüksek olabilir.

Nikel-Titanyum Alaşımlarının Sihri: Şekil Hafızası ve Kristal Yapı Dönüşümü

Ni-Ti alaşımlarının “şekil hafızası” özelliği, elastokalorik soğutmanın temelini oluşturuyor. Su gibi sıvıların katı, sıvı ve gaz arasında faz değişimleri yaşadığı gibi, nitinol (nikel-titanyum alaşımı) iki farklı katı kristal yapı arasında geçiş yapar.

Gerildiğinde: Malzeme ısı absorbe eder.
Gevşediğinde: Orijinal fazına geri döner ve ısıyı serbest bırakır.

Bu süreçte, hava veya başka bir akışkan, gerilmiş veya gevşemiş malzemenin üzerinden geçirilerek ısı kazanır veya kaybeder. Bu işlem, son derece kontrollü bir şekilde gerçekleştirilir. Saarbrücken araştırmacıları, Ni-Ti tellerini veya levhalarını döngüsel olarak gerip gevşeten prototipler tasarladılar. Bu sayede, ısı sürekli bir şekilde aktarılır.

Çevresel Faydalar ve Ticari Uygulamalar

Elastokalorik teknolojisinin çevreye faydaları oldukça büyük:

Uçucu Soğutucu Akışkanlar Yok: Geleneksel klimalardaki zararlı soğutucu akışkanlar kullanılmaz.
Daha Az Karbon Ayak İzi: Sistem sadece elektrikle çalıştığı için, yenilenebilir enerji kaynaklarıyla beslendiğinde neredeyse sıfır emisyonlu çalışabilir.
Enerji Verimliliği: Geleneksel sistemlere kıyasla çok daha az enerji tüketir.

Bu teknoloji, zaten uluslararası düzeyde tanınmaya başladı:

AB Komisyonu: Standart soğutma sistemlerine alternatif olarak kabul edildi.
Dünya Ekonomik Forumu: 2024 yılında “En Önemli 10 Yükselen Teknoloji” arasında gösterildi.

Ayrıca, Volkswagen ve Fraunhofer Enstitüsü gibi sektör liderleri, elektrikli araçlar, konutlar ve endüstriyel uygulamalar için bu teknolojiyi geliştirmek üzere araştırma ekibiyle iş birliği yapıyor.

Yenilikçi Prototipler ve Çözümler

Şu anda geliştirilmekte olan prototipler arasında şunlar yer alıyor:

Elektrikli Araçlar İçin Hafif Klima Ünitesi: Elektrikli araçların çekim bataryalarını soğutmak için ideal bir çözüm.
Konutlar İçin Kompakt Sistemler: Dış duvarlarda bulunan menfezler aracılığıyla odaları ısıtabilen veya soğutabilen kompakt bir ünite.
Rotasyonlu Kaloriferli Buzdolabı: Hannover Messe’de sergilenen bir prototip, 200 mikron kalınlığındaki Ni-Ti tel demetlerini sürekli gerip gevşeterek çalışır. Yapay zeka destekli kendini izleme teknolojisi, tel deformasyonunu izleyerek hassas kontrol sağlar.

Tek aşamalı elastokalorik bileşenler, yaklaşık 68°F (20°C) ’lik sıcaklık farklarına ulaşabilirken, çok aşamalı çözümler daha büyük sıcaklık farklılıkları sunabilir.

Gelecek İçin Bir Adım: Daha Temiz ve Verimli İklimlendirme

Saarland Üniversitesi ekibinin bu çalışması, 15 yıllık bir sürecin sonucunda ortaya çıktı. Dünya çapında ilk sürekli hava-hava elastokalorik prototipi ve ilk elastokalorik mini buzdolabı burada geliştirildi.

Bu teknoloji, küresel enerji tüketiminin önemli bir kısmını oluşturan iklimlendirme sektörünü dönüştürme potansiyeline sahip. Daha temiz, güvenli ve enerji verimli bir gelecek vaat eden elastokalorik sistemler, evlerde, araçlarda ve endüstride sürdürülebilir ısıtma ve soğutma çözümleri sunabilir.