Elektrostatik Buz Çözme: Araştırmacılar ısı ve kimyasal kullanmadan donmayı giderir

Virginia Tech araştırma ekibi, enerji yoğun ısı veya pahalı ve çevreye zararlı kimyasallar kullanmadan donmayı gidermeye yönelik ilk yaklaşımları geliştirdi. Elektrostatik Buz Çözme (EDF) adı verilen süreç çok az enerji gerektirir, ancak geliştirmenin erken bir aşamasında belirli bir yüzeyin yalnızca yüzde 75'inin buzunu çözmeyi başarabilir.

Araştırma başkanı Jonathan Boreyko uzun zaman önce dona karşı savaş ilan etti. Kendisi 2021 yılında, uygulanan bir elektrik alanını kullanarak mikroskobik buz kristallerini yüzeyden çıkarabilen bir yöntem geliştirmişti. Şimdi Boreyko ve ekibi, ısı veya kimyasal madde ilavesi olmadan daha etkili buz çözmeyi mümkün kılmak için bu konsepti genişletti. Her iki varyant da, bir yandan yüksek enerji tüketimi, diğer yandan çevreye zararlı kimyasalların kullanılması nedeniyle çevreye zararlıdır. Bilim insanları yeni geliştirilen sürece elektrostatik buz çözme adını veriyor. Bunu çalışmada Küçük Yöntemler'de yer alan “Elektrostatik Buz Çözme” başlığıyla açıkladılar.

Elektrostatik işlemle buz çözme

EDF buzun fiziksel özelliklerine dayanmaktadır. Buz kristalleri oluştuğunda, su molekülleri kendilerini bir buz kristali kafesi şeklinde düzenler. Ancak, örneğin bir hidrojen iyonunun eksik olması veya ilave bir hidrojen iyonunun ortaya çıkması gibi rahatsızlıklar meydana gelebilir. Bu küçük kusurlara, yerel pozitif veya negatif yük dengesizlikleri sergileyen iyonik kusurlar denir.

EDF yönteminde, buzlu yüzeyin üzerindeki bakır elektroda pozitif bir voltaj uygulanıyor ve bu negatif iyon kusurlarını çekiyor ve bunlar daha sonra don tabakasının tepesine doğru hareket ediyor. Pozitif iyonik kusurlar ise itilir ve tabana doğru hareket eder. Don bu nedenle güçlü bir şekilde polarize oluyor. Bu o kadar güçlü bir çekim yaratır ki don kristalleri patlar ve elektrota doğru sıçrar.

Herhangi bir voltaj uygulanmasa bile elektrot, kendi kendine polarizasyon nedeniyle buzun yaklaşık yüzde 15'ini uzaklaştırdı. 120 voltluk bir voltaj uygulandığında donmanın yüzde 40'ı giderildi, 550 voltta ise yüzde 50 oldu. Ancak daha yüksek voltajın daha iyi buz çözmeyi sağlayacağı varsayımı başlangıçta doğru değildi. Tam tersine: 1000 voltta buzun yalnızca yüzde 30'u, 5500 voltta ise yalnızca yüzde 20'si çözüldü.

Araştırmacılar, yüksek voltaj uygulandığında yükün polarize dondan alttaki alt katmana sızdığını buldu. Araştırmacılar bu nedenle hava depolayan, son derece hidrofobik bir substrat kullandılar. Bu, daha yüksek voltajda donun yüzde 75'e kadar giderilebileceği anlamına geliyordu.

Bilim insanları şu anda EDF'yi “çok erken bir aşamada” görüyorlar. Buzun yüzde 100'ünü ortadan kaldırmak için araştırmalarını daha da yoğunlaştırmak istiyorlar. Bu, yalnızca belirli bir yüzeyden değil, çeşitli yüzeylerden donun nasıl giderileceğine ilişkin araştırmaları da içerir.

(olb)