Hazırlayan: Burcu Gümüşcü, Düzenleyen: Burcu Erdoğan, Tarih: 20 Ağustos 2018

Zimbabve Afrika kıtasının güneyinde, denize kıyısı olmayan bir kara ülkesi. Zimbabve’de elektrik sıkıntısı insanların her gün yüzleştiği temel problemlerden biri. Gelişmiş bir ülke olmadığı için burada enerji ihtiyacı genelde odun yakılarak karşılanıyor fakat bu da bölgede ormanların yok olmasına ve hava kirliliğine yol açıyor. Sorunun farkında olan orta okul öğrencisi McDonald Chirara, elektrik üretmek için alternatif bir yol arayışına girdi ve tıkır tıkır işleyen bir sistemin mucidi oldu.

Geliştirdiği sistemi, 2017 yılında düzenlenen Intel Uluslararası Bilim ve Mühendislik Fuarı’nda (Intel ISEF) jüri karşısına çıkaran McDonald, büyük bir ilgi seli ile kazandığı birinciliğin yanında 500 dolar para ödülünün de sahibi oldu. “Bu elektrik özellikle kırsal kesimlerde, çoğu hane halkının ulusal şebekeye bağlı olmadığı yerlerde veya kentsel alanlarda yedek güç kaynağı olarak kullanılabilir” diye düşünüyor McDonald. Gelin bu projeye yakından göz atalım.

Aslında projenin birbirine bağlı olan iki amacı var: İlki, su sümbülü bitkisi ve organik atık kullanarak anaerobik bakteri sindirimini artırmak; ikincisi de biyogaz kullanarak elektrik enerjisi üretmek. Ev yapımı bir termoelektrik jeneratör ve biyo-öğütüm aleti kullanarak her iki amaç da gerçekleştirilebiliyor.

Termoelektrik jeneratör, elektriksel olarak seri, ısıl olarak paralel bağlı yarı iletken malzemelerden oluşur. Bu malzemelerin alt ve üst yüzeyi seramik tabakayla kaplıdır. Çünkü seramik, iyi bir ısı iletkeni olmasının yanında güçlü bir elektriksel yalıtkandır. Eğer yarı iletken uçlara elektrik akımı verilirse bir taraftaki ısı diğer tarafa taşınarak ısı veren alanın soğuması sağlanır. Bunun tam tersi de mümkündür: Eğer yarı iletken uçlardan biri ısıtılır diğeri de soğutulursa elektrik akımı oluşturulabilir. Bu jeneratör, sıcaklık farkı ne kadar yüksek olursa o kadar fazla elektrik üretilebiliyor. Üretilen voltaj ise jeneratörün yarı iletken uçlarına bağlanan bir multimetre aygıtı (voltaj ölçer) ile ölçülüyor. Bu sistemin nasıl çalıştığını görmek için aşağıdaki videoyu izleyin!

Biyo-öğütüm aleti için ise ilk olarak hayvan atığı ve organik mutfak atıkları okul çiftliği ve okul mutfağından toplandıktan sonra, bu organik atıkların 10 kilogramı, karıştırma haznesinde 10 litre su ile karıştırılıyor. Bu karışım daha sonra bir biyo-öğütüm aleti olan hazneye ekleniyor. Son olarak su sümbülü bitkisi de karışıma ekleniyor. Metanojenik bakterilerin büyümesini kolaylaştıran su sümbülü bitkileri dokuz gün boyunca sıvı içinde büyütüldükten sonra biriken metan gazı bir termoelektrik jeneratörde kullanılıyor. Biraz daha detay verelim: Su sümbülü sayesinde üretilen metan gazı bir termoelektrik jeneratörün alt tarafındaki iletkeni ısıtmak için kullanılırken, jeneratörün üst tarafındaki iletken de da su boruları ile çevrelenmiş bir soğutucu ile soğutuluyor. Bu sırada oluşan sıcaklık farkı termoelektrik jeneratörün elektrik üretmesini sağlıyor.

Su sümbülü bitkisinin etkisi de bir deneyle tetkik edilmiş: Üretilen gazın hacmi, su sümbülü içeren ve içermeyen karışımlardan elde edilen dereceli gaz tüpleri içinde ölçülmüş. Yapılan ölçümlere göre, su sümbülü ile yapılan deneyde jeneratörde yaklaşık 3 Voltluk bir voltaj ölçülürken, su sümbülü kullanılmayan deneyde yaklaşık 1.5 Voltluk bir voltaj ölçülebilmiş. Böylelikle, McDonald su sümbülü bitkisinin organik atıkların sindirilmesini hızlandırdığını kanıtlamış.  McDonald’a göre “Biyogaz, temiz yenilenebilir enerji sağlama ve Zimbabve ve Afrika için enerji tedarikinin sürdürülebilir gelişimini kolaylaştırma potansiyeline sahip”.

McDonald’ın aldığı ödülü daha önce alan lise öğrencileri arasında daha etkili bir grip aşısı üreten Madeleine Yang, Hindistan’daki engelli insanlar için erişilebilir bir bisiklet inşa eden Shubh Dholakiya ve yağmur suyu arıtma sistemlerindeki bakterileri azaltmanın yollarını araştıran Claire Wayner yer alıyor.

Termoelektrik jeneratör nasıl çalışır?

Kaynaklar:
www.elektrik.gen.tr/2015/08/termoelektrik-jenerator/645
www.sciencexpo.org.za/sciencexpo/Expo.html#!ng,projectview,3786
www.sciencenews.org/sponsored/high-school-student-generates-electricity-using-biodegradable-resources?tgt=nr