Grafen: Sürdürülebilir Şehirlerin Yapı Taşı

Gelişmiş malzeme yenilikleri şehirlerimizi yıkıcılıktan ziyade yeşil ve akıllı bir şekilde yapmamız için bir fırsat sunuyor.

İnşaat, çimento, cam, seramik, kâğıt ve kimya sektörlerinin çoğunu kapsayan ve yılda 28 milyon ton malzeme üretip İngiltere’nin toplam CO₂ emisyonlarının %10’undan sorumlu olan yapı sanayisi ,ile ilişkilidir.

İklim Değişikliği Yasası’nı (2008) ve İngiltere hükûmetinin 2050’ye kadar 1990’lardan beri görülen karbon emisyonlarını %80 oranında düşürme isteğini ele alırsak, sektörün bu yeni yaklaşım için odak noktası olduğu açıktır. Malzeme yenilikleri şehir mimarlarına, imarcılara ve müteahhitlere karbon salınımı olmayan bir dünya inşa etme konusunda çok yardımcı olacaktır.

Beton emisyonlarını azaltmak

Betona grafen koymak önemli  bir seçenektir. İçişleri Bakanlığı Enstitüsü Chatham House’a göre, betonu birleştiren “yapıştırıcı” olan çimentonun küresel imalatı dünyadaki CO₂ üretiminin %8’inden sorumludur.

Yakın zamanda grafen ile geliştirilmiş beton üzerinde yapılan deneyler oldukça umut vericidir. Nixene Journal’ın (Grafen ve 2D malzemeler hakkında bilim haberleri yapan bağımsız bir yayın) Editörü Adrian Nixon, betona küçük miktarda grafen ve grafen oksit katan çeşitli çalışmaların incelemesini yaptı. Adrian’ın incelemesi, sadece %0,03 miktar grafen tozunun eklenmesiyle beton dayanımının minimum %25 oranında arttığını gösterdi.

Çimento üretiminin dünyadaki CO₂ salınımına olan katkısını göz önünde bulundurursak, grafen eklenip beton imalatında %25 oranında verimlilik sağlanması ve bu etkinin tedarik zincirine kadar devam ettirilmesiyle dünyadaki CO₂ oranında %2 kadar bir azalma görülebilir. Oldukça heyecan verici olan bu konu, çok uzun süre tartışılabilir ancak önemli olan kısım şu: Beton gibi inşaat malzemelerine az miktar grafen eklersek, çevremizde dönüşümsel etkiler yaşanır.

Daha akıllı şehirler

Yapılar için kullandığımız malzemelerin sürdürülebilirliğini geliştirmek asıl odağımız olmalıdır ancak es geçilebilen başka bir alan ise gelişmiş malzemelerin faydalarını geleceğin şehirlerini desteklemek için nasıl kullanabileceğimizdir.

Akıllı şehirler, sıhhi tesisat şebekelerini ve enerji yönetim sistemlerini daha iyi entegre edip yöneten dijital teknolojiler aracılığıyla kentsel ortamlarımızı daha verimli ve yeşil hâle getirmenin bir yolu olarak görülüyor.

Peki, bu teknolojinin bir kısmı binalarımızı ve altyapımızı inşa etmekte kullanılan malzemelerle birleşse ne olur? Grafen ile genel 2D malzeme ailesinin, yeni “marka malzeme” yapımında kullanılan ve “grafenler” olarak adlandırılan ultra ince tabakaların bitmek bilmeyen kombinasyonlarının heyecan uyandırıcı tarafı ise son derece çok işlevli olmalarıdır. Bu tip malzemeler yeni nesil akıllı altyapı geliştirmek için mükemmeldir.

Gelişmiş yol ağları

Bir örnek: Manchaster Üniversitesinde yer alan en iyi gelişmiş malzeme hızlandırıcısı Grafen Mühendisliği ve Yenilik Merkezi, ülkedeki yol ağlarının çoğundan sorumlu Highways England ve hem doğal hem yapay malzemeler için dünyanın önde gelen tasarım ve danışma şirketi Arcadis ile birkaç proje üzerinde çalışmaktadır.

Arcadis ve Highways England’ın da aralarında olduğu ortakları, inşaat ve yol ağlarının çıkardığı zorluklar karşısında destekliyoruz. Yol ağlarından birine elektrik devresi bağlanması gerektiği zamanlar buna iyi bir örnektir. Genellikle yeraltından yapılır ve yol yapısının bütünleyici bir parçası olacak şekilde aynı zamanda otobanlara da yerleştirilir.

Bu ya hep ya hiç tarzı bir proje olduğu için fazlasıyla yeni fikirler gerektirecektir ancak çözüm bitüm veya yol çizgisi gibi yüzeysel işaretlerde bulunabilir.

Yollar arabanızı şarj edebilir mi?

Peki, bu çok işlevli kapasiteyi bir şehri oluşturan altyapı ve binaların hepsinde kullanırsak ne olur? Bağlanılırlığı dönüştürür ve inşa ettiğimiz ortamlar günlük ihtiyaçlarımıza cevap veren bir hâl alır.

O zaman yol ağlarımıza şarj istasyonları yerleştirildiğini hayal etmek zor değil. Elektronik arabalar trafik ışıklarında beklerken veya park yerlerinde dururken oldukları yerde şarj olabilir. Geleceğin araçları süper-kapasite ünitesine sahip batarya çekişi gibi hibrit enerji depolama teknolojisi kullanırsa, sürücüler yollarına devam ederken araçlar hızlıca şarj edilebilir. O bataryalar ve süper-kapasitörler de tabii ki şu an kullanmak zorunda olduğumuz enerji depolama cihazlarına kıyasla çok daha verimli çalışmalarını sağlayan malzemeler içerecektir.

Sensör teknolojisinde de benzer geliştirmeler yapılabilir. Eğer şehirler daha akıllı, verimli ve yeşil hâle gelmek için gerekli olan bağlantı seviyesine ulaşmak istiyorsa bu teknoloji çok kritiktir. Grafen ve sensörler çok uyumlu bir kombinasyondur çünkü grafenin yüksek yüzey-hacim oranı, eşsiz optik özellikleri, devinimi, yüksek elektrik ve ısı iletkenliği menzil sensörlerinin işlevini hatırı sayılır oranda geliştirebilir.

Grafen ve gelişmiş malzemelerin binalarımızı ve altyapılarımızı hem daha yeşil hem de daha akıllı yapma yolunda çok önemli görevleri olabilir. İklim değişikliğinin yarattığı zorluklara göğüs gerip “daha iyi yapmayı” hedeflerken, gelişmiş malzemelerin heyecan verici bir gelecek için ne tür yapı taşları olabileceğini acilen keşfetmemiz gerekmektedir.

Kaynak: www.mub.eps.manchester.ac.uk/graphene/2020/12/graphene-the-building-block-for-sustainable-cities/