Karanlıkta parlayan maddeler gelecekte şehirlerimizi aydınlatabilir mi?

Kurt Kleiner

1603 yılı civarında, İtalyan kunduracı ve amatör simyacı Vincenzo Casciarolo, Bolonya kentinin yakınlarındaki Paderno Dağı’nın eteklerinde bulduğu birkaç taşı eritmeyi denedi. Umduğu üzere hiçbir altın, gümüş ya da diğer değerli metale ulaşamadı. Bununla birlikte, Casciarolo, taşlar soğuduktan sonra ilgi çekici bir şey fark etti: Malzemeyi güneş ışığına maruz bırakıp karanlık bir odaya götürdüğünde, kendi kendilerine parlıyorlardı.

Bu ‘Bologna Taşı’ yapay olarak hazırlanan ve uzun süre parlayan ilk maddeydi. Onu daha birçok farklı örnek izleyecekti; ve günümüzde, süslemeler, acil durum aydınlatması, kaldırım işaretleri ve tıbbi görüntüleme alanlarında kalıcı biçimde ışıldayan malzemeler kullanılıyor. Bunlar, gelecekte bizlere daha serin ve daha az elektrik kullanan ışıltılı kentler sunabilirler.

ELDEKİ MALZEMELER ÇOĞALIYOR

Yeni nesil [kendiliğinden] ışıyan malzemeler, tersi durumda ısıya dönüştürülen ışığı yeniden yayarak şehirleri soğutma potansiyeli barındırıyor. ‘Lüminesan’ [ışık yayan] kaldırımlar, parlayan yol işaretleri ve hatta parlayan binalar sokak aydınlatmalarının bir kısmının yerini alabileceği için, enerji kullanım oranını da azaltabilirler. Hâlihazırda, Avrupa’daki kentlerin bir kısmı parlayan bisiklet yolları inşa etti ve kimi araştırmacılar yol işaretleri üretiminde parlayan boya kullanımı üzerinde çalışıyorlar.

Kaliforniya’nın Berkeley kentinde bulunan Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı’ndan emekli çevre fizikçisi Paul Berdahl, “Bu, çevre için daha faydalı” diyor: “Teknoloji geliştirilebilirse, daha az enerji kullanabiliriz... Bu da denemeye değer bir şey.”

Mineral baritin bir türü olan Bologna Taşı, o dönemde doğa filozoflarını adeta büyülese de hiçbir zaman özel bir faydası olmadı. Buna karşın, 1990’larda kimyagerler, ışığa maruz kalmasının ardından saatler boyunca güçlü bir ışıma yapan stronsiyum alüminat gibi yeni ve uzun süreli fotolüminesan malzemeler geliştirdiler. Bu yeni malzemelerin büyük kısmı mavi ya da yeşil bir ışıma yapar; öte yandan, bunlardan birkaçı sarı, kırmızı veya turuncu renklerde ışır.

Buna benzer fotolüminesan maddeler, bir fotonun enerjisini yakalayarak/hapsederek çalışır ve ardından bu enerjiyi daha düşük dalga boyundaki bir ışık formunda yeniden etrafa yayar. Kimi zaman ışık, mesela bir floresan ampulde olduğu gibi anında yayılır. ‘Kalıcı ışıldayan’ diye nitelendirilen başka malzemeler enerjiyi daha uzun sürede depolar ve daha yavaş yayarlar.

KENTLERDEKİ AYDINLATMA SORUNUNA BÜYÜK BİR ÇÖZÜM

Saatler boyunca kuvvetli bir ışık yayan bu malzemeler, parlayan kaldırımlar ve binalar tarafından aydınlatılan ‘karanlıkta parlayan’ şehirler gibi olasılıkların önünü açıyor. İnşaat mühendisi Anna Laura Pisello ve meslektaşları, 2021 Yıllık Malzeme Araştırması İncelemesi’nde, toplam küresel enerji kullanımının yüzde 19’u aydınlatma için kullanılırken Avrupa’daki sokak aydınlatması için kullanılan enerji oranının yaklaşık yüzde 1,6 olduğunu ve enerji tasarrufu potansiyelinin büyük olduğunu yazıyor.

Bu yaklaşıma dair sorunlardan biri, ışıldayan malzemelerin büyük kısmının tüm gece boyunca parlamaması. Perugia Üniversitesi’nde görev yapan ve enerji tasarruflu yapı malzemelerini inceleyen Pisello, daha gelişmiş malzemelerin bu sorunun ortadan kaldırılmasına yardımcı olabileceğini ifade ediyor. Öte yandan, şu anda kullanılan malzemeler, ışığı sönmeden önce yol işaretlerini yeniden şarj etmek için yeterince uzun süre yanacak elektrikli aydınlatmalarla entegre edilebilir.

Buna ek olarak, lüminesan boya dış mekanların aydınlatılmasını sağlayabilir. Pisello’nun laboratuvarı da bunun gibi karanlıkta parlayan bir boya geliştirdi ve 2019 yılı raporunda, bir tren istasyonunun yakınında halka açık bir yolu boyadıklarında ne olacağını simüle etti. Bilim insanları, boyanın gece boyunca parlayarak civardaki aydınlatma için gereken enerji ihtiyacını neredeyse yüzde 27 oranında azaltacağını ortaya çıkardılar.

Bu durum, bütün şehirlerin gece boyunca göz kamaştırması ve zararlı ışık kirliliğini artırması kaygılarını akla getiriyorsa da Pisello bunun mümkün olmadığını belirtiyor. Lüminesan malzemeler büyük ihtimalle yalnızca var olan aydınlatmanın yerine geçecek ve fazladan ışık eklemeyecek. Özellikle de vahşi yaşam açısından zararlı görülen mavi frekanslardan kaçınmak için de parlayan malzemelerin rengi [uygun olanlar arasından] seçilebilir.

‘KENTSEL ISI ADASI ETKİSİNİ’ AZALTABİLİR

Fosforlu malzemeler, ‘kentsel ısı adası etkisi’ olarak bilinen olguyla mücadele etmeye de yardım edebilir. Binaların çatıları ve kaldırımları, güneşten gelen enerjiyi önce emer ve sonra ısı olarak geri yayarlar; bu durum, kentlerdeki yaz sıcaklıklarını çevredeki kırsal alanlara kıyasla ortalama 7.7 santigrat derece daha yüksek bir düzeye çıkarır. Yüksek sıcaklıklar ise potansiyel bir sağlık tehdididir ve buna ek olarak binaların serinletilmesinde daha fazla enerji kullanılmasına yol açar.

Git gide daha fazla rağbet gören bir çözüm yolu, beyaz boya ve açık renkli asfalt gibi ışığı yansıtan ‘soğuk’ malzemelerin kullanılması. Artık, kendiliğinden ışıyan malzemelerin bu çözüme eklenmesinin daha da fazla fayda sağlayabileceği anlaşıldı.

Berdahl ve ekibi, Lawrence Berkeley Laboratuvarı’nda, serinliğini koruyan renklere sahip kaplamalar üretmek amacıyla güneş ışığının altında parlayan bir malzeme olan sentetik yakut ile deneyler gerçekleştirdi. Gerçekleştirilen daha eski bir deneyde, yakut pigmenti içeren bir yüzeyin, güneşin altındayken, özel pigment içermeyen benzer renkteki bir malzemeye göre daha serin kaldığı anlaşılmıştı.

Pisello’nun laboratuvarı, bir adım daha ileri gitti ve ışık enerjisini depolayan ve yavaşça geri yayan, yani kalıcı biçimde ışıldayan birkaç malzemeyi beton karışımına ekledi. Aynı renkte ama ışıldama yapmayan yüzeylerle kıyaslandığında, bu malzemelerin en iyileri, güneşli günlerde ortamdaki hava sıcaklığını 3,3°C kadar azalttı.

SAHİP OLDUĞUMUZ MALZEMELERİ GELİŞTİRMELİYİZ

Arizona Eyalet Üniversitesi’nden bir makine mühendisi olan ve ‘Annual Review of Environment and Resources’ [Yıllık Çevre ve Kaynak İncelemesi] adlı dergide kentsel ısı adası etkisi üzerine bir makale yazan Patrick E. Phelan, “[Bir yüzeyi] mümkün olduğu kadar yansıtıcı bir hale getirebilirsiniz. Peki, bunun ötesine geçebilir misiniz? Buradaki temel fikir, enerjiyi aktarmanın bir diğer yolu olarak kalıcı ışımayı kullanma tekniğiyle bunun biraz daha ötesine geçebilmeniz... Bu ilgi çekici” diyor.

Büyük kısmı şimdilik pratik uygulamalar bağlamında araştırılmamış olan ve ışıma yaptığı bilinen 250 farklı malzeme mevcut. Pisello, önümüzde, daha uzun bir süre dayanan, daha fazla renkte ve daha parlak biçimde ışıyan boyalar ve kaplamalar için önümüzde bir potansiyel yattığını ifade ediyor. “Kısa vadede en iyi ve en basit çözüm, hâlihazırda sahip olduğumuz şeyleri geliştirmek” diyor. Bu önerme, malzemeleri daha uzun süreyle, daha güçlü ya da farklı renklerde ışık verebilecek şekilde ayarlamayı ve gündelik yaşam ortamlarında çalışmaya devam etmelerini sağlamayı içeriyor.

Uzun vadede ise, yeni mühendislik malzemeleri türlerinin daha da iyi işleyebileceğini sözlerine ekliyor. Mesela, “kuantum noktalarına” -yani ışıma için kullanılabilecek ve bir süreden beridir biyolojik görüntüleme alanında kullanılan küçük ve yarı iletken parçacıklara- ya da güneş hücrelerinde kullanılan ve aynı zamanda ışıldayan özellikleri nedeniyle incelenen malzemeler olan ‘perovskitlere’ yönelmek mümkün.

Yazının orijinali Knowable Magazine sitesinden alınmıştır. (Çeviren: Tarkan Tufan)