Danimarkalı araştırmacıların geliştirdiği monolitik seramik tasarım, 3B yazıcıyla üretilen yakıt hücreleriyle havacılık ve uzay çalışmalarında sürdürülebilir enerji kullanımını mümkün kılıyor.
Danimarka Teknik Üniversitesi’nde (DTU) yürütülen ortak bir çalışma, havacılık ve uzay uygulamaları için çığır açabilecek bir gelişmeye imza attı. DTU Energy ve DTU Construct ekipleri, katı oksit yakıt hücrelerini (SOC) yeniden tasarlayarak 3B yazıcı ve gyroid mimari kullandı. Doğada kelebek kanatlarında da görülen bu yapı, yüksek yüzey alanı ve düşük ağırlığı bir araya getiriyor.
Bu sayede yalnızca güç ve hafiflik değil, aynı zamanda fosil yakıt tüketimini azaltarak karbon emisyonlarını düşürme potansiyeli de ortaya çıkıyor. Yeni tasarımın adı Monolithic Gyroidal Solid Oxide Cell, kısaca “The Monolith”. İlk kez bir yakıt hücresi tasarımı, gram başına bir watt’tan fazla güç üreterek sürdürülebilir uçuş için gereken özgül güç değerine ulaştı.
Geleneksel sistemlerin ağırlık ve iklim engeli
Bugün ticari bir uçağın 70 ton yakıtı Li-ion bataryalarla değiştirilse, uçağın toplam ağırlığı 3.500 tona çıkıyor ve kalkış imkansız hale geliyor. Mevcut yakıt hücreleri de ağır metal parçalar ve karmaşık mühendislik nedeniyle benzer sınırlamalara sahipti. Sistemin ağırlığının yüzde 75’inden fazlası metal bileşenlerden oluşuyordu.
3B yazıcıyla üretilen monolitik yakıt hücreleri ise tamamen seramik malzemelerden oluşuyor. Bu yalnızca daha hafif ve dayanıklı bir yapı sağlamakla kalmıyor, aynı zamanda üretimden kullanıma kadar daha düşük karbon ayak izi anlamına geliyor.
Dayanıklılık testleri ve yeşil hidrojen üretimi
The Monolith yalnızca hafif değil, aynı zamanda olağanüstü dayanıklı. Araştırmacılar, hücreyi 100°C’lik ani sıcaklık değişimlerinde test etti. Defalarca yakıt hücresi ve elektroliz modları arasında geçiş yapılmasına rağmen yapısal bozulma görülmedi.
Elektroliz modunda ise geleneksel tasarımlara göre 10 kata kadar daha yüksek hızda hidrojen üretildi. Bu sonuç, yalnızca enerji verimliliği açısından değil, aynı zamanda yeşil hidrojen üretimini hızlandırarak çevresel sürdürülebilirlik döngüsünü güçlendirmesi bakımından kritik bir adım.
Uzay görevleri için sürdürülebilir fırsat
Bu tasarım, havacılık ve uzay görevlerinde önemli bir potansiyele sahip. NASA’nın Mars Oxygen ISRU (MOXIE) projesi halihazırda 6 tonluk sistemler kullanıyor. DTU’nun geliştirdiği monolitik yakıt hücreleri aynı performansı yalnızca 800 kg’lık bir sistemle sunabiliyor.
Bu fark, fırlatma maliyetlerini düşürmekle kalmıyor, aynı zamanda uzay görevlerinde daha çevre dostu çözümler geliştirilmesinin önünü açıyor.
Daha basit üretim, daha düşük çevresel maliyet
Geleneksel katı oksit yakıt hücreleri onlarca karmaşık üretim adımı gerektirirken, DTU’nun monolitik tasarımı yalnızca 5 adımda üretilebiliyor. Metal contalar ve hassas parçalar ortadan kaldırıldığı için ömürleri daha uzun, üretim maliyetleri ise daha düşük.
Daha az malzeme kullanımı, daha uzun ömürlü parçalar ve düşük enerji ihtiyacıyla bu üretim süreci karbon nötr hedefler açısından da avantaj sağlıyor. Araştırmacılar, daha ince elektrolitler ve platin yerine nikel ya da gümüş gibi uygun maliyetli akım toplayıcılarla sistemi daha da geliştirmeyi hedefliyor.
Havacılık ve uzay için sürdürülebilir bir gelecek
Enerji yoğunluğu engeli bugüne kadar havacılık ve uzay uygulamalarında elektrikli çözümleri sınırlıyordu. 3B yazıcıyla üretilen yeni nesil yakıt hücreleri ise gram başına watt seviyesinde güç sağlayarak bu engeli aşmayı başardı.
70 ton yakıt yerine 3.500 ton batarya gerektiren senaryolara kıyasla, bu hafif ve güçlü tasarım sürdürülebilir uçuşun kapısını aralıyor. Aynı zamanda uzay görevlerinde 6 tonluk sistemleri 800 kilograma indirme potansiyeliyle hem maliyetleri azaltıyor hem de daha çevre dostu çözümler sunuyor.
Özetle, 3B yazıcıyla üretilen monolitik yakıt hücreleri, sürdürülebilirlik hedefleri açısından havacılık ve uzayın geleceğini şekillendirebilecek en güçlü adımlardan biri olabilir.
İlgili Makaleler
- Yeni yakıt hücresi tasarımı hidrojen enerjisini ucuzlatacak
- MIT’nin sodyum-hava yakıt hücresi elektrikli uçuşta devrim
- Sıvı hidrojen yakıtlı, sıfır emisyon uçuş için entegre sistem
- Hidrojenle çalışan uçak, kesintisiz dünya turuna çıkacak
- JFK’ye iniş yapan ilk elektrikli uçak: BETA ALIA CX300
© 2025 Yeşil Haber