Alman araştırma merkezi Helmholtz-Zentrum Hereon’dan mühendisler, deniz suyundan oksijen elde etmek için yapay “solungaçlar” kullanan, otonom su altı araçları için bir enerji sistemi geliştirdiler. Teknoloji, 1000 metreye kadar derinliklerde önemli verileri toplayan robotlar olan okyanus planörlerinin pil ömrünü önemli ölçüde artırabilir.
Okyanus planörleri sıcaklığı, basıncı, tuzluluğu, oksijen konsantrasyonunu ve akıntıları ölçen sensörlerle donatılmıştır. Bu cihazlar, okyanusun ulaşılması zor alanlarındaki ölçümleri büyük ölçüde basitleştirir ve araştırma gemilerinden daha ekonomiktir. Ancak taşıma sırasında sıkı güvenlik düzenlemeleri gerektiren lityum pillerin kullanımı nedeniyle etkinlikleri sınırlıydı.
Dr. Lukas Merkelbach ve Dr. Prokopios Georgopanos, hidrojeni enerji kaynağı olarak kullanan bir sistem geliştirerek bu soruna çözüm önerdiler. Oluşturulan sistem, hidrojen ve oksijenden elektrik üreten bir yakıt hücresini içeriyor. Hidrojen, metal hidritlerin bulunduğu güvenli bir kapta depolanıyor ve yapay solungaçlar gibi çalışan özel bir silikon membran kullanılarak sudan oksijen elde ediliyor. Prototip, toplam yüzey alanı 3,0 m² olan 38 membran çerçeve içerir. Ayrıca sistem şarj edilebilir olduğundan işletme maliyetleri düşüktür.
Çalışma prensibi, oksijen kısmi basınç gradyanına dayanmaktadır: yakıt hücresi oksijen tükettiğinde, dolaşımdaki havadaki basınç azalır, bu da oksijenin membranlardan yayılmasına neden olur. Deneyler bu yaklaşımın etkinliğini doğruladı.
Bilim insanları, yakıt hücresindeki su akışını ve elektrik yükünü değiştirerek bir dizi test gerçekleştirdi. Sonuçlar, sistemin, yakıt hücresinin oksijen tüketiminin, çevredeki sudan membranlar yoluyla oksijen sağlanmasıyla telafi edildiği bir dengeye ulaşabildiğini gösterdi. Elde edilen verileri analiz etmek için yazarlar, modüldeki su akışını görselleştirmeyi ve oksijen transferinin verimliliğini etkileyen homojensizlikleri belirlemeyi mümkün kılan modeller geliştirdiler.
Deneysel olarak belirlenen membran geçirgenlik değerinin, CFD modeline uymak için gerekenden daha yüksek olduğu ortaya çıktı. Bilim adamları bunu, zarların yüzeyinde etkili geçirgenliği azaltan yoğuşma oluşumuyla açıklıyorlar. Yeni enerji sisteminin mevcut çözümlere göre birçok avantajı var.
Bu sistem, yerleşik oksijen depolama ihtiyacını ortadan kaldırır. Kaydedilen ağırlık ve hacim, ilave hidrojen depolaması için kullanılabilir, bu da mevcut pil tabanlı çözümlerle karşılaştırıldığında daha yüksek enerji yoğunluğu ve daha düşük işletme maliyetleri sağlar
Georgopanos açıklıyor
Prototipin başarılı testlerine rağmen bilim adamları sistemde daha fazla iyileştirme potansiyeli görüyorlar. Balıklardaki solungaçların yapısına benzer şekilde, zarların boyutunu küçülterek ve birbirlerine daha yakın yerleştirerek zar modülünün tasarımını optimize etmeyi öneriyorlar. Bu, membran yoğunluğunu ve dolayısıyla birim alan başına oksijen akışını artıracaktır.
Georgopanos ve Merkelbach, yeni enerji sistemlerinin patentini çoktan aldılar ve MUSE projesinin bir parçası olarak onu optimize etmeye devam etmeyi planlıyorlar. Alfred Wegener Enstitüsü, Bremerhaven’deki Helmholtz Kutup ve Deniz Araştırmaları Merkezi ve Kiel’deki Helmholtz Okyanus Araştırmaları Merkezi GEOMAR ile yapılan bu ortak proje, deniz teknolojisi ve altyapısını geliştirmeyi amaçlıyor.
Yeni teknoloji, dünya okyanuslarının incelenmesini daha verimli ve çevre dostu hale getirmeyi vaat ediyor; bu da okyanusların ve küresel iklim süreçlerindeki rollerinin anlaşılmasında önemli ilerlemelere yol açabilir.
