Statik elektriği kontrol etmek mümkün mü?

Protein içeceklerindeki topaklanmaya karşı görünmez çözüm

RMIT University araştırmacıları, statik elektriğin yüzeylerde nasıl oluştuğunu kontrol edebilen bir yöntem geliştirdi. Henüz protein tozları üzerinde test edilmeyen bu yaklaşımın, gelecekte protein içecekleri, sıcak çikolata ve kahve gibi toz ürünlerin topaklanmasını önlemeye yardımcı olabileceği belirtiliyor.

RMIT University ve Latvia’daki Riga Technical University araştırmacıları, iki yüzey birbirine temas edip ayrılırken uygulanan elektrik alanı sayesinde yüzeylerde kalan statik elektrik yükünün kontrol edilebildiğini gösterdi. Araştırmacılara göre bu yöntem, statik yükün miktarını artırıp azaltmanın yanı sıra yükün pozitif veya negatif olmasını sağlamaya ya da yükü tamamen ortadan kaldırmaya imkân tanıyabilir.

Buluş, özellikle üretim süreçlerinde statik elektriğin yol açtığı sorunları azaltmak isteyen sanayi kuruluşları açısından yeni olanaklar sunuyor. Uzun vadede yöntemin, protein tozu, çikolatalı malt içecekleri ve kahve gibi ürünlerin birbirine yapışmasını ve topaklanmasını önlemek için kullanılabileceği değerlendiriliyor.

Statik elektrik sanayide önemli bir sorun

Statik elektrik, üretim ve işleme süreçlerinde çoğunlukla önlenmesi gereken bir risk olarak ele alınıyor. Sanayide bu sorunu azaltmak için sıklıkla iletken katkı maddeleri kullanılıyor. Ancak bu tür katkılar maliyetli olabiliyor ve farklı uygulamalara aynı çözümü sunuyor.

Araştırmada aktarılan bilgilere göre, yalnızca elektronik sektöründe statik elektrik boşalmalarının maliyeti yaklaşık 5 milyar ABD dolarına ulaşıyor.

Yeni çalışma, yüzeylerde statik elektrik oluşumunun uygulamanın ihtiyaçlarına göre ayarlanabileceği bir yaklaşım ortaya koyuyor. Böylece her malzeme ve üretim süreci için aynı yöntemi kullanmak yerine, elektrik yükünün kontrollü biçimde düzenlenmesi mümkün olabilir.

Araştırma, RMIT University School of Science bünyesinden Dr Peter Sherrell ve Riga Technical University’den Dr Andris Šutka’nın eş liderliğinde yürütüldü. Çalışmanın ilk yazarı ve ortak sorumlu yazarı Dr Andris Šutka oldu. University of Melbourne’den Professor Amanda Ellis de araştırmanın ortak yazarları arasında yer aldı. RMIT bünyesinden doktora öğrencisi Dumindu Dassanayaka ile Dr Qiang Sun da çalışmaya önemli katkılarda bulundu.

Tohumların taşınmasından akıllı filtrelere kadar

Dr Peter Sherrell, geliştirilen yöntemin üretim hatlarında farklı malzemelere uyarlanabileceğini belirtti.

Sherrell, tohumların taşındığı veya sınıflandırıldığı bir konveyör bandında statik elektrik yükünün tohumun boyutuna ya da türüne göre değişebileceğini söyledi. Elektrik alanının, işlenen tohumun türüne göre ayarlanmasıyla statik elektrik kaynaklı sorunların önüne geçilebileceğini ifade etti.

Yöntemin olası kullanım alanları bununla sınırlı değil. Araştırmacılara göre teknoloji, üretim ve elektronik işlemlerinde antistatik yüzeylerin geliştirilmesine, yüklü parçacıkların veya plastiklerin hangi yüzeylere tutunacağının kontrol edilmesine, bu malzemelerin bir araya gelme biçimlerinin düzenlenmesine, daha gelişmiş sensörlere ve akıllı hava ve gaz filtrelerine katkı sağlayabilir.

Daha pürüzsüz bir protein içeceği mümkün mü?

Protein içeceği hazırlarken çalkalayıcı kabın içinde topaklarla karşılaşmak veya kakaolu sütün üzerinde yüzen küçük parçacıkları karıştırmaya çalışmak oldukça yaygın bir durum. Araştırmacılar, bu sorunun olası nedenlerinden birinin statik elektrik olduğunu belirtiyor.

Tozlar üretim, paketleme ve dökme sırasında birbirine sürtündüğünde elektrik yükü kazanabiliyor. Bu yük, parçacıkların birbirine elektrostatik kuvvetlerle tutunmasına ve topaklar oluşturmasına neden olabiliyor.

Dr Sherrell'e göre, tozlar hareket ederken üzerlerine küçük bir elektrik alanı uygulanması, parçacıkların statik yük biriktirmesini önleyebilir. Böylece tozların elektrostatik etkileşim nedeniyle birbirine yapışması azaltılabilir.

Ancak araştırmacılar, deneylerde gıda ürünleri yerine plastik malzemeler kullandı. Bu nedenle yöntemin protein tozu, malt içeceği karışımları veya kahve üzerindeki etkisi henüz doğrudan gösterilmiş değil. Elde edilen bulgular, yaklaşımın gıda tozlarına uygulanabileceğine işaret eden bir başlangıç niteliğinde.

Bir sonraki aşamada, farklı toz türleri için elektrik alanının ne kadar güçlü olması gerektiği, ne kadar süre uygulanacağı ve üretim sürecinin hangi noktasında en iyi sonucu vereceği araştırılacak.

Ekip ayrıca yöntemi gerçek toz ürünler üzerinde test etmeyi ve aynı yüzeyin farklı bölgelerinin farklı biçimlerde programlanabildiği daha küçük ölçekli uygulamaları incelemeyi planlıyor.

Yakıt üretiminde katkı maddelerini azaltma hedefi

Araştırmacıların sanayi ortaklarıyla birlikte hazırladığı mevcut bir fon başvurusu, yöntemin yakıtlarda kullanılan antistatik katkı maddelerinin azaltılması amacıyla uygulanmasına odaklanıyor.

Bu yaklaşımda yakıtın temas ettiği yüzeylerin özellikleri ayarlanarak statik elektrik oluşumunun kontrol edilmesi hedefleniyor. Araştırmacılar, bunun yakıtların enerji verimliliğini artırmaya katkıda bulunabileceğini değerlendiriyor. Ancak bu potansiyel faydanın henüz uygulamada doğrulanması gerekiyor.

Bilim dünyasının uzun süredir tartıştığı soruya da ışık tutuyor

Araştırma, iki malzeme birbirine dokunup ayrıldığında elektrik yüklerinin neden birbirinden ayrıldığına ilişkin uzun süredir tartışılan bilimsel soruya da yeni kanıtlar sunuyor.

Bilgisayar simülasyonlarında, araştırmacıların uyguladığı elektrik alanlarının, pürüzlü plastik yüzeyler birbirine bastırıldığında doğal olarak oluşabilecek alanlarla benzer güçte olduğu görüldü. Bu sonuç, günlük hayatta karşılaşılan statik elektrikte küçük ve yerel elektrik alanlarının yük ayrışmasını yönlendirebileceği fikrini destekliyor.

Deneyler nasıl yapıldı?

Araştırmacılar, polistiren filmleri birbirine bastırıp ayırma işlemini 500 kez tekrarladı. Bu sırada yüzeylere dışarıdan elektrik alanları uygulandı.

Deneylerde daha güçlü elektrik alanlarının yüzeylerde daha fazla yük bıraktığı görüldü. Elektrik alanının yönü pozitiften negatife çevrildiğinde, yüzeyde kalan yükün işareti de tersine döndü. Benzer davranış, test edilen plastiklerin tamamında gözlemlendi.

Elde edilen sonuçlar, süreçte neler yaşandığını anlamak amacıyla bilgisayar modelleriyle karşılaştırıldı.

Araştırmanın sınırları neler?

Çalışma, ağırlıklı olarak polistiren olmak üzere plastik filmler üzerinde laboratuvar ortamında gerçekleştirildi. Destekleyici verilerde başka plastikler de incelendi. Protein tozu, malt içeceği karışımları veya kahve gibi gıda tozları deneylerde kullanılmadı.

Ayrıca araştırmacılar, yüzeyler temas halindeyken elektrik alanı uygulayarak oluşan yükü ayarladı ve daha sonra ölçüm yaptı. Konveyör bandı örneğinde olduğu gibi, yükün gerçek zamanlı olarak değiştirilmesi henüz deneysel olarak gösterilmedi.

Bilgisayar simülasyonlarında da basitleştirilmiş bir model kullanıldı. Yöntem henüz endüstriyel ekipmanlar üzerinde test edilmedi.

Dr Sherrell, geliştirilen bilimin bu tür uygulamaların önünü açabileceğini belirtti.

Araştırma nerede yayımlandı?

“Electric fields control static charge during contact-friction-separation” başlıklı araştırma, Nature Communications dergisinde yayımlandı.