Beton uzun zamandır şehirlerimizi inşa ediyor, ancak araştırmacılar artık onu geleceğin enerji kaynağı olarak da konumlandırıyor. Elektron ileten karbon betonun (ec3) yeni bir formu, elektriği depolayıp serbest bırakma özelliğiyle öne çıkıyor. Massachusetts Teknoloji Enstitüsü (MIT) bilim insanlarının çığır açan buluşu, günlük hayatta kullandığımız duvarların, kaldırımların ve hatta köprülerin dev piller olarak nasıl kullanılabileceğini ortaya koyuyor.
NANO AĞ YAPISI
Malzeme; çimento, su, ultra ince karbon siyahı ve elektrolitlerin bir araya gelmesiyle oluşuyor ve içerisinde enerjiyi depolayan iletken bir nanoağ kuruluyor. MIT’nin son araştırması, ec3’teki enerji yoğunluğunun on kat arttığını gösteriyor. 2023 yılında bir hanenin günlük elektrik ihtiyacını karşılamak için 45 m³ ec3 gerekirken, yeni elektrolit karışımıyla bu ihtiyaç yaklaşık 5 m³ seviyesine gerilemiş durumda; bu ölçek kabaca bir bodrum duvarı büyüklüğüne denk geliyor.
MIT EC³ Hub eş direktörü Admir Masic, betonun sürdürülebilirliğinin anahtarının “çok işlevli beton” geliştirilmesi olduğuna dikkat çekerek, betonun dünyanın en çok kullanılan inşaat malzemesi olduğu gerçeğinden hareketle, bu ölçekte ek faydalar üretmenin mümkün olduğuna işaret ediyor. Ekip, malzemeyi katman katman görüntülemek için FIB-SEM tomografisi kullandı ve nanokarbon siyahının gözeneklerin etrafında fraktal benzeri bir ağ oluşturduğunu keşfetti. Bu ağ, elektrolitlerin nüfuzunu ve akımın akışını kolaylaştırıyor. Masic’e göre, malzemelerin nanometre ölçeğinde nasıl bir araya geldiğini anlamak, bu yeni işlevselliklere ulaşmanın kilit adımı.
ELEKTROLİT ATAĞI
Araştırmacılar, ec3’te çeşitli elektrolitleri test etti ve deniz suyunun da işe yarayabileceğini ortaya koydu; bu da malzemenin kıyı projeleri ve açık deniz rüzgâr santrali destekleri için faydalı olabileceğine işaret ediyor. Elektrolitlerin eklenme yönteminde de değişikliğe gidildi: Betonu sonradan ıslatmak yerine, dökümden önce suya elektrolit karıştırılarak daha kalın ve daha güçlü elektrotlar elde edildi. En büyük kazanımlar ise organik elektrolitlerden geldi; tuzlar ve asetonitril içeren bir metreküp ec3, 2 kWh’den fazla enerji depolayabiliyor; bu da bir buzdolabını bir gün çalıştırmaya yetecek bir kapasite anlamına geliyor.
TARİHTEN İLHAM
Masic, çalışmayı Roma inşaatlarına benzetiyor ve antik Romalıların beton inşaatındaki ilerlemelerini hatırlatıyor; malzeme bilimi ile mimari vizyonu birleştirmenin, ec3 gibi çok işlevli betonlarla yeni bir mimari devrimin kapısını aralayabileceğini vurguluyor. Ekip, potansiyeli göstermek için küçük bir ec3 kemeri inşa etti; bu kemer bir LED’e güç verirken aynı zamanda ağırlığı da destekledi. Stres altındayken ışığın titremesi, gelecekte binaların kendi sağlıklarını gerçek zamanlı izlemelerine yardımcı olabilecek akıllı izleme uygulamalarını akla getiriyor.
ISITAN KALDIRIMLAR, ENERJİ ALTYAPISI
ec3, ısı iletkenliği sayesinde Japonya’nın karlı Sapporo kentindeki kaldırımları ısıtmak için de kullanıldı. MIT’nin son hamlesi, malzemenin daha büyük ölçekli enerji depolama rollerine işaret ediyor. Çalışmanın ilk yazarı Damian Stefaniuk, en büyük motivasyonlarından birinin yenilenebilir enerji geçişini mümkün kılmak olduğunu belirtiyor. Güneş enerjisinin yalnızca yeterli ışık olduğunda üretilebilmesi, gece veya bulutlu günler için depolama sorusunu kritik hâle getiriyor.
EC³ Hub eş direktörü Franz-Josef Ulm, cevabın enerjiyi depolamanın ve serbest bırakmanın bir yolunu bulmak olduğuna dikkat çekiyor; bunun çoğu zaman kıt veya zararlı malzemelere dayanan piller anlamına geldiğini, ec3’ün ise uygulanabilir bir alternatif sunduğunu dile getiriyor. Ortak yazar ve Cornell profesörü James Weaver, modern nanobilimi medeniyetin kadim yapı taşlarıyla birleştirmenin, sadece yaşamımızı destekleyen değil aynı zamanda ona güç veren bir altyapının kapılarını açtığını vurguluyor.
