Enerji geçişinde polimer malzemelerin rolü

Son yıllarda haber başlıklarında sıkça anormal sıcaklık, yağış, kuraklık ve sel gibi iklimsel olaylar hakkında çıkmaktadır. Bu iklimsel olayların fark edilmemesi artık neredeyse imkansız hale gelmiştir. Özellikle bu dönemlerde, hızlı iklim değişikliklerinin etkisini azaltmak ve sıcaklığın daha fazla artmasını engellemek için "yeşil" enerji geçişinin gerekliliği hakkında tartışmalar yoğunlaşmaktadır. Bu geçiş, fosil yakıtlardan vazgeçilerek daha çevreci enerji kaynaklarına, güneş, rüzgar ve düşük karbon (nükleer, hidrolik) gibi, yönelinmesini öngörmektedir.

Bu geçişin gerçekleştirilmesi, enerjinin elde edilmesi, depolanması ve kullanılması alanında önemli ilerlemeler gerektirmektedir. Bu alanlarda polimer malzemeler, önemli bir role sahiptir. Onların sayesinde geleneksel ve yeni temiz enerji jeneratörler üretilir, ulaşımda yakıt tüketimi azaltılır, ısı ve elektrik izolasyonu sağlanır ve aynı zamanda enerjinin yenilikçi akülerde depolanması mümkün olunur.

Temiz enerji için polimerler

Rüzgar türbinleri ve güneş panelleri, çevre dostu geleceği düşündüğümüzde aklımıza ilk gelen şeydir. Ve son on yılda teknolojilerde ilerleme ve üretimin genişletilmesi sayesinde bu gibi jeneratörlerle üretilen elektriğin maliyetinde büyük düşüş tesadüf değildir; uluslararası ajansalr bile daha mütevazi düşüş öngörüyorlardı.

Rüzgar türbinlerinin verimliliğini artırmada kilit rolü cam elyaf ve plastikten kompozit malzemelerin kullanımı oynamaktadır. Onlar yüksek mukavemeti, sertliği ve düşük ağırlığıyla öne çıkmaktadır. Böyle kompozitler genelde çelikten daha dayanıklı ve daha hafiftir ki, daha hafif ve daha büyük boyutlu pervaneler üretilebilmektedir. Böylece rüzgar türbini bağlantı yerlerine yükü artırmadan aerodinamiği ve verimliliği büyük ölçüde artırmaktadır. 

Polimerlerin güneş enerjisinde kullanımı, güneş panelleri kullanım alanını büyük ölçüde genişletmektedir. Artık geleneksel hale gelmiş silikon modellerin aksine, polimer malzemeler esnekliğiyle ve daha az ağırlığyla öne çıkmaktadırlar. Böyle özellikler yalnızca taşınmasını değil, konut çatılarından başlayarak portatif güneş şarj cihazlarına kadar zor ve düz olmayan yüzeylerde kurulumu kolaylaştırmaktadır. Böyle panel araç tavanına bile monte edilebilir ve bu sayede elektrik şarj altyapısına bağımlılık azalmakta, elektrikli ve hibrit araçların kendi kendine yeterliliği ve sürüş menzilini artmaktadır.

Güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren yeni polimer fotovoltaik hücreler, ayrıca panellerin üretim maliyetini düşürmekte ve onları halk için daha ucuz yapmaktadır. İnce film modeller, silikon modellerden %30 daha ucuzdur. Böyle modellerin kurulumu, elektriğe ulaşımı olmadan yaşayan insanlara elektrik kullanma imkanı sağlamaktadır. 2022 verilerine göre bu, tüm dünyada 700 milyondan fazla insan demektir.

Enerji depolama için polimerler

Bilinmelidir ki, “yeşil” enerji geçişi, üretim faaliyetinde yavaşlama veya halkın konfor ve yaşam standardında düşüş anlamına gelmez. Burada kilit nokta, ekonomide büyümenin iklimi olumsuz etkileyen sera gazı emisyonları artışında ayrıklaştırmadır (decoupling). 

Bununla beraber, yenilenebilir kaynaklardan elde edilen enerji hava koşullarına bağımlıdır olup enerji ürettiği bölgelerin talep ve ihtiyaçlarını fazladan karşılayabilir ya da bazı dönemlerde yetersiz de kalabilir. İşte tam da bu yüzden enerji depolama ve yeniden dağıtım teknolojilerini geliştirme, enerji geçişinin ayrılmaz bir parçasıdır. Aynı zamanda, geleneksel elektrik akü üretimi için gerekli nikel, kobalt, lityum ve diğer mineral ve metallere artmakta olan talep, bu maddelerle zengin ülkelerde çevre sorunlarını artırmakta ve sosyal refahını da tehdit etmektedir.

Sözkonusu piyasada plastik bazlı aküler rekabet oluşturabilir. Geleneksel plastikler elektrik akımı iletmez, ancak modifiye edilmiş p- ve n- tipi polimerler bunu mükemmel şekilde yapmaktadır, ve hem yeni nesil fotovoltaik hücrelerin, hem de elektrikli akü üretiminde kullanılabilir. Böyle depolama cihazları geliştiricileri kendi ürünlerinin geleneksel lityum-iyon muadillerinden daha güvenli ve şarj döngüsü sayısında da daha üstün olduğunu belirtmektedirler: 5 bine karşı 12 bin döngü. Ayrıca, cihazların hizmet ömrü 50 yıl olup hizmet ömrü bittiğinde geri dönüştürülebilir.

Enerji verimliliği için polimerler

Temiz enerji üretimi ve depolamanın yanı sıra, sürdürülebilir ekonomi modeli ve küresel anlaşmalarla kabul edilen iklim hedeflerine ulaşmak için elde edilen enerjinin verimli kullanımını artırmak gerekmektedir.

Bu yönde en büyük potansiyele inşaat ve mevcut inşa edilmiş konut sektörü sahiptir. Binalardaki teknik sistemlerin modernizasyonu ve yalıtımın iyileştirilmesi, enerji tüketimini neredeyse %40 oranında azaltabilir. Ve iyi yalıtılmış bina, fırtınada elektrik kesilse bile birkaç gün boyunca komforlu sıcaklık derecesini koruyabilir.

Polistiren veya poliüretandan yapılmış polimer ısı yalıtımı, ana işlevine ek olarak, mükemmel ses yalıtım özelliklerine sahiptir, ve ayrıca nem geçirmezdir. Polimer köpük manşonlar, boru hatlarındaki ısı kaçaklarını onarmada kullanılmaktadır. Montajı kolaydır, korozyona uğramaz ve on yıla kadar dayanır. Polimer-kristal filmlere sahip akıllı camlar ise ısıyı ve serinliği korur, ve ayrıca kontrollü opak mod aktivasyonu ile mahremiyet de sağlamaktadır.

Düşük karbonlu yakıt türlerine geçişin teknolojik ve ekonomik açıdan zor olan taşımacılık sektöründe, özellikle de denizcilik ve havacılıkta, ulaşım aracının yüksüz ağırlığını ve enerji tüketimini azaltmak önemlidir. Çözümlerden biri, farklı plastik türlerinden hafif iç kısım ve münferit gövde elemanları üretmektir. Ulaşım aracı ağırlığında % 10 azalmayla % 6-8 oranında yakıt tasarrufu sağlanabilir ve sera gazı emisyonu azaltılabilir. Üstelik, polimer malzeme üretilirken metal malzemelerden daha az enerji tüketilir; bu da, ulaşım aracının genel olarak ayak izine etki etmektedir.

Ayrıca, geri dönüşüm teknolojilerinde ilerleme, petrolden elde edilen birincil yakıtların polimer atıkların termal geri dönüşümüyle elde edilen sentetik muadilleriyle değiştirilmesini mümkün kılmaktadır. Böyle yaklaşım, kullanılmayan atıkları üretim döngüsüne geri kazandırmakta ve birincil üretim için gerekli kaynak ve enerji kullanımını azaltmaktadır.