Ortalama bir insan günde yaklaşık 5.000 ila 10.000 adım atar. Her adımda zemin üzerine bir basınç uygularız. Bugüne kadar bu basınç sadece fiziksel bir eylem olarak kalıp yok oluyordu. Ancak malzeme bilimi, bu "mekanik stresi" yakalayıp elektron akışına çevirmenin yolunu buldu. Piezoelektrik etki, hareketin olduğu her yeri – ayakkabı tabanlarınızı, kaldırımları, hatta damarlarınızın içini – birer mikro jeneratöre dönüştürmeyi vaat ediyor.
Kelime kökeni Yunanca "sıkıştırmak" anlamına gelen "piezein"den türetilmiştir. Bazı kristallerin (Kuvars gibi) ve seramiklerin üzerine mekanik bir baskı uyguladığınızda, malzemenin içindeki atomik denge bozulur.
Mekanizma: Normalde nötr olan atomlar, baskı altında yer değiştirir. Pozitif ve negatif yükler zıt kutuplara itilir. Bu kutuplanma, malzemenin iki ucu arasında bir voltaj farkı yaratır. Tıpkı bir pilin artı ve eksi kutbu gibi.
Tersi de Mümkündür: Bu malzemelere elektrik verirseniz, bu sefer fiziksel olarak titreşmeye başlarlar. (Dijital saatlerdeki "bip" sesi veya ultrason cihazları bu prensiple çalışır.)
Doğal kuvars kristali piezoelektrik özelliğe sahiptir (çakmaklardaki kıvılcımı oluşturan mekanizma). Ancak endüstriyel enerji üretimi için daha güçlü sentetik malzemelere ihtiyacımız vardır.
PZT (Kurşun Zirkonat Titanat): En yaygın kullanılan piezo-seramiktir. Serttir, kırılgandır ancak enerji dönüşüm verimliliği çok yüksektir. Genellikle zemin döşemelerinde kullanılır.
PVDF (Poliviniliden Florür): Bu bir polimerdir, yani plastiktir. Esnek ve bükülebilir yapısı sayesinde kıyafetlere, ayakkabı tabanlarına veya rüzgarda dalgalanan bayraklara entegre edilebilir.
A. Enerji Üreten Kaldırımlar (Pavegen) Londra ve Tokyo gibi metropollerde denenen "akıllı karo" sistemleri, insanların en yoğun olduğu geçiş noktalarına döşenir. Bir kişi bu karoya bastığında, karo yaklaşık 5 milimetre esner ve bu hareket alttaki piezoelektrik jeneratörleri çalıştırır.
Sonuç: Bir adım, bir LED sokak lambasını 30 saniye yakacak kadar enerji üretebilir.
B. Akıllı Ayakkabılar ve Giyilebilir Teknoloji Askeri uygulamalarda ve doğa sporlarında, sırt çantasının sürtünmesinden veya topuğun yere vuruşundan enerji üreten sistemler geliştirilmektedir. Bu enerji, GPS cihazlarını veya acil durum vericilerini şarj etmek için hayati önem taşır.
C. Otoyollar ve Demiryolları Sadece insanlar değil, tonlarca ağırlıktaki araçlar da muazzam bir basınç yaratır. Asfaltın altına döşenen piezoelektrik katmanlar, araçların geçişinden kaynaklanan titreşimi elektriğe çevirerek otoyol aydınlatmasını bedavaya getirebilir.
Bu teknoloji neden henüz her evde yok?
Avantaj: Hava koşullarından etkilenmez (Güneş veya rüzgar gerekmez), tamamen sessizdir ve görünmezdir.
Zorluk (Verimlilik): Piezoelektrik malzemeler yüksek voltaj üretse de akım (amper) düşüktür. Yani bir şehri aydınlatmak için milyarlarca adıma ihtiyaç vardır. Şu an için "mikro-enerji" hasadı (sensörleri, kameraları, ışıkları beslemek) için uygundur.
Maliyet: Metrekare başına kurulum maliyeti hala asfalt veya betona göre çok yüksektir.
Piezoelektrik malzemeler, enerjiyi "uzaktaki bir santralden" beklemek yerine, "bulunduğumuz yerde" üretme felsefesinin bir parçasıdır. Geleceğin akıllı şehirlerinde, yürüdüğümüz yolların telefonumuzu şarj ettiğini, dans pistlerinin kulübün elektriğini ürettiğini görmek şaşırtıcı olmayacak. Hareket varsa, enerji de vardır.
