3D Baskı Yardımıyla Oluşturulan Mantar Yakıt Hücreleri

Piller, teknolojik açıdan gelişmiş şimdiki zamanımızın ve geleceğimizin itici gücüdür. Sonuçta, uzaktan kumandalarımız, kameralar, telefonlar, dizüstü bilgisayarlar ve elektrikli araçlardan ekipman, robotik ve enerji depolamaya kadar her şeyi besler.

Pillerin çeşitli kullanım alanları göz önüne alındığında, pazar büyüklüğü $134.62 milyar 2024’te olarak değerlenmiş ve 2030’a kadar yıllık bileşik büyüme oranı (CAGR) %16.4 ile daha da genişlemesi öngörülmektedir.

Pillerin talebi sürekli artarken, odak artık teknolojiyi geliştirmeye, daha yüksek enerji yoğunluğu, daha iyi güvenlik, daha uzun ömür ve daha kısa şarj süresi sunmaya yönelmiştir.

Pillerin performansını artırmanın yanı sıra, artık çevresel etkilerini azaltmaya da daha fazla odaklanılıyor. Bunun nedeni, elektronik atıkların artmasıdır; bu atıkların, kolayca bozulmayan veya kolay geri dönüştürülemeyen bileşenlere sahip elektronik cihazların bertarafı nedeniyle bu on yılın sonuna kadar 74,7 Mt’ye ulaşması tahmin edilmektedir.

Aynı zamanda, yenilenemez malzemeler hızla tükenmekte ve yeni sürdürülebilir enerji kaynaklarına acil bir ihtiyaç doğmaktadır; bu kaynakların verimli bir şekilde işlenebilmesi ve çevreye minimum etki yapması gerekmektedir.

Hızlı bir şekilde yeşil elektronik geliştirme ihtiyacını karşılamak için, zararlı olmayan, daha çevre dostu ve yenilenebilir malzemeler kullanan bileşenler gerektiren Empa araştırmacıları, şarj olmak yerine beslenmesi gereken biyobozunur bir mantar pil geliştirdi. 3D yazdırılan bu canlı pil, tarımda veya uzak bölgelerdeki araştırmalarda kullanılan sensörlere güç sağlayabilir. Mantar pil işi bittiğinde, kendisini içten sindirir.

Bu biyopiller veya mikrobiyal yakıt hücreleri (MFC’ler), mikroorganizmaların redoks metabolizmasını enerji üretmek için kullanır.

Bu tür yakıt hücrelerinde kullanılan mikroorganizmalar, atık su veya şeker gibi organik maddeleri metabolize eder ve bu maddeler yoksa ışık enerjisi ve fotosentez kullanırlar. Bir MFC, bir anot ve bir katottan oluşur ve bunlar ya bir proton değişim membranı (PEM) ile ayrılır ya da tek bölmeli bir cihazda açık bırakılır.

Uzaktan algılama ve çevresel izleme cihazlarının yanı sıra, MFC’ler giyilebilir elektronik ve biyomedikal tanı cihazları gibi uygulamalar için de ilgi çekicidir. Özellikle ana enerji şebekesine erişimi olmayan bağımsız uygulamalarda faydalıdır.

Bakteriyel, algal ve arkeal, MFC’lerin bazı türleridir. Mantar MFC’lerine gelince, maya ve beyaz çürüme mantarlarıyla olanlar incelenmiştir, ancak şimdiye kadar birleştirilmemiştir.

Mantarlar: Artan Bir İlgi Alanı

Bu üç yıllık araştırma projesinin odak noktası, hücrelerinde zarla çevrili organeller ve belirgin çekirdekler bulunan ökaryotik organizmalar olan mantarlardır. Mantarlar bitki aleminin bir parçası değildir ve diğer tüm canlı organizmalardan da ayrılır.

Mantarlar, en kolay tanınan mantarlardır. Diğer türler arasında maya, pas, küf ve küf mantarları bulunur. Mantarlar aslında her yerde vardır: toprakta, havada, göllerde, denizlerde, bitkilerde, hayvanlarda, gıdalarda ve insan vücudunda. Bakterilerle birlikte, organik maddeleri parçalamaya ve oksijen, karbon, fosfor ve nitrojeni toprağa ve atmosfere serbest bırakmaya yardımcı olurlar.

Günlük yaşamımızda, ekmek, şarap, bira ve belirli peynirlerin yanı sıra yüksek proteinli gıdaların üretiminde yaygın olarak kullanılırlar. Mantarlar ayrıca hastalıkların yönetiminde önemli katkılar sağlar, ancak aynı zamanda hastalığa neden olan patojenlerin sorumluluğunu da taşırlar.

Mantar çalışmaları, biyolojiye temel bilgi kazandırmamıza yardımcı olmuş ve hücre ve moleküler biyoloji, genetik mühendisliği ve diğer temel biyoloji disiplinlerini incelemek için hâlâ ilgi çekici bir alan olmaya devam etmektedir.

Tıpta, sihirli mantarlar özellikle psilosibin içerdikleri için ilgi çekicidir; bu doğal olarak oluşan psikoaktif alkaloit halüsinatif etkilere sahiptir. Yakın zamanda paylaştığımız makalemizde, psilosibinin zihinsel ve psikolojik bozuklukların tedavisinde kullanımını araştırmak.

Mantarların organik maddeleri faydalı ürünlere dönüştürme yeteneği, mantar biyoteknolojisine büyük ilgi yaratmıştır; burada mantarlar, biyobazlı döngüsel ekonomiye geçişi ilerletmeye yardımcı olabilir.

Gıda arzını güvence altına almak, istikrarını sağlamak ve artırmak için çözümler sunarak, büyüyen insan nüfusunun gıda ihtiyacını karşılamaya ve sera gazı emisyonlarını azaltmaya yardımcı olarak, mantar biyoteknolojisi iklim değişikliğiyle mücadelede önemli bir katkı yapma potansiyeline sahiptir.

Mantarlar farklı alanlarda büyük ilgi görürken, malzeme bilimi alanında aynı durum söylenemez; burada hâlâ araştırılmamış ve kullanılmamış durumdalar, ancak araştırmacılar mantarları elektrik üretmek için kullandıkça bu durum değişebilir.

Son çalışma, işlevsel bir mantar pilinin geliştirilmesini göstermektedir; bu pil çok fazla elektrik üretmese de, birkaç gün boyunca bir sıcaklık sensörünü çalıştıracak kadar enerji üretebilir. Bu tür sensörler çevresel araştırmalarda tarım endüstrisinde.

Geleneksel pillerin aksine, bu mantar pili tamamen toksik olmayan ve biyobozunur bir seçenektir, bu da onu çevre dostu bir seçenek haline getirir.

BioPil: Yeşil Elektronik Burada

İsviçre Federal Malzeme Bilimi ve Teknolojisi Laboratuvarları’ndan (Empa) organik temelli pil, mantar metabolizmasını ve ilgili enerji üretimini kolaylaştırmıştır.

Kaynak: ACS

Buradaki canlı hücre bir mikrobiyal yakıt hücresidir. Mikroorganizmalar, diğer canlılar gibi, besinleri enerjiye dönüştürür ve mikrobiyal yakıt hücreleri (MFC’ler) de bu metabolizmayı enerji üretmek ve ardından bir kısmını elektrik olarak yakalamak için kullanır.

Mikrobiyal yakıt hücreleri şimdiye kadar çoğunlukla bakteriler tarafından beslenmiştir; ancak Empa araştırmacıları, metabolizmaları çok iyi uyum sağlayan iki mantar türünü birleştirerek ilk kez işlevsel bir yakıt hücresi oluşturdu.

Araştırmacılar, anot tarafında metabolizması elektron serbest bırakan bir maya mantarı kullandılar ve katot tarafında ise özel bir enzim üreten bir beyaz çürüme mantarı kullandı; bu enzim elektronların yakalanmasını sağlar ve ardından hücre dışına iletilir.

Araştırmacılar, mantar pilinin bileşenlerini, bu sayede diğer elektronik bileşenlerle sorunsuz bir şekilde bütünleştirilebilen, istenilen form ve şekle sahip cihazları tam geometrik özgürlükle yazdırmalarını sağladı.

Bu şekilde, elektrotları mikroorganizmaların besinlere olabildiğince kolay erişebileceği özel bir düzenle yapılandırabildiler.

Şimdi, bunu yapmanın yolu, mantar hücrelerini baskı mürekkebine karıştırmaktı. Bu, mantarların iyi büyüyebileceği bir malzeme bulmanın ve hücreleri öldürmeden mürekkebi ekstrüde etmenin zorluğunu aşmak anlamına geliyor.

“Elbette, bunun elektrik iletken ve biyobozunur olmasını istiyoruz.”

– Gustav Nyström, Selüloz ve Ahşap Malzemeler Laboratuvarı Başkanı

Bunları elektronik olarak iletken hâle getirmek için ekip, mürekkeplere karbon siyahı ve grafit pulları ekledi. 

Having extensive experience in yumuşak, biyobazlı malzemelerin 3D baskısı, the team was able to produce a cellulose-based ink (hydrogel fungal inks) that was suitable for the task. The study noted that utilizing cellulose for 3D printing fungal electrodes is a new way to channel the metabolic activity of fungi for potential use in electrochemical devices.

Selüloz, alglerden, bakterilerden, ağaçtan ve tunikatlardan elde edilen bol, düşük maliyetli, yenilenebilir ve biyobozunur bir polimerdir. Aslında çeşitli organik temelli elektroniklerin üretiminde başarıyla kullanılmıştır.

Mantar hücreleri, selülozu bir besin olarak da kullanabilir; bu, pilin kullanım sonrası parçalanmasına yardımcı olur. Ancak ana besin kaynakları, daha sonra pil hücrelerine eklenen basit şekerlerdir.

“Mantar pillerini kuru halde depolayabilir ve sadece su ve besin ekleyerek sahada etkinleştirebilirsiniz.”

– Empa araştırmacısı Carolina Reyes, eğitimli bir mikrobiyolog

Çalışmaya göre, bu biyopiller birkaç gün boyunca 300 ila 600 mV üretebilir. Dört pili paralel bağlayarak, küçük bir sensör 65 saat boyunca çalıştırılabilir.

Ekip, önceki çalışmalarında yeni bir yeşil elektronik dalı için malzemeler, mürekkepler ve cihazlar geliştirmişti; bu dal, ekranlar, sensörler, piller ve süperkapasitörler içeriyordu. Bu çalışmayla, önceki deneylerde elde ettikleri cihazların, elektrik enerjisini depolayabilen ve çevre dostu bir sistemde enerji üretebilen cihazlar sağladığını genişlettiler.

Gelecek aşamada, araştırmacılar mantar pilini daha güçlü ve uzun ömürlü hâle getirmeyi, ayrıca cihazı tamamen 3D yazdırılabilir hâle getirmeyi hedefliyor. Ayrıca, elektrik sağlama amacıyla daha uygun olan ve cihazı saha uygulamalarında kullanılabilir hâle getirecek diğer mantar türlerini de araştıracaklar.

Şimdi, pil ve 3D baskı pazarlarında faaliyet gösteren bazı önemli oyunculara bir göz atalım. 

1. Proto Labs, Inc.

Kapsamlı dijital üretim hizmetleri sağlayıcısı olan Proto Labs (PRLB ), müşterileri için özel parçalar üretmek amacıyla ileri üretim ve 3D baskı hizmetlerinde uzmanlaşmıştır.

Proto Labs bu yıl, şirketin ‘doğal bir evrim’ olarak adlandırdığı tam hizmet üretimine genişleyerek başladı. Bu, kalite kontrolünün ve fiyat seçeneklerinin iyileşmesine, endüstri sertifikalarına odaklanılmasına yol açacak ve şirketin müşterilerine baştan sona hizmet vermesini sağlayacak. Bu genişlemenin katalizörü, Proto Labs’ta 3D Hubs yöneticisi Eric Utley’in belirttiği gibi, 2021’deki 3D Hubs satın alımı oldu ve çözümler tabanını artırdı.

Sürdürülebilirliğin küresel bir endişe haline gelmesi ve tüketiciler, şirketler ve düzenleyicilerin geri dönüştürülmüş malzemeleri tercih ederek çevresel ayak izlerini azaltmaya çalışmasıyla, Proto Labs ayrıca CNC teklifine geri dönüştürülmüş içeriğe sahip plastik malzemeler ekledi.

937,75 milyon dolar piyasa değerine sahip Proto Labs hisseleri şu anda hisse başına 38,26 dolar üzerinden işlem görmekte ve yılbaşından bu yana %2,12 düşüş göstermektedir. EPS (TTM) 0,94 ve P/E (TTM) 40,69’dur.

2024’ün üçüncü çeyreği için şirket, önceki yılın aynı çeyreğinde rekor 130,7 milyon dolar gelirine kıyasla %3,9 azalarak 125,6 milyon dolar gelir bildirdi. Çeyrek net geliri 7,2 milyon dolar oldu. Bu arada, işletme nakit akışı, Proto Labs’ın 3D Hubs satın alımından önceki 2020’den bu yana en yüksek seviyedeydi.

Üçüncü çeyrek non-GAAP hisse başına kazanç 0,47 dolar iken, yılbaşından bu yana düzeltilmiş EPS, sabit gelir üzerinde yıllık %10’dan fazla artış gösterdiği bildirildi. Toplamda, Protolabs 22.511 müşteri temasını hizmet verdi. Nakit ve yatırımlar bakiyesi, 30 Eylül 2024 itibarıyla 117,6 milyon dolar idi.

2. BYD Company Ltd. (BYDDF: OTCPK)

Çin merkezli BYD, öncelikle taşıma ekipmanlarının üretim ve satışlarıyla ilgilenir, ancak aynı zamanda şarj edilebilir piller, fotovoltaik ürünler ve günlük kullanım için elektronik cihazlar üretmektedir.

105,57 milyar dolar piyasa değerine sahip BYD hisseleri şu anda 33,33 dolar üzerinden işlem görmekte ve yılbaşından bu yana %1,99 düşüş göstermektedir. EPS (TTM) 1,66 ve P/E (TTM) 20,08 iken, temettü getirisi %1,31’dir.

En son veri yayınlandı BYD’nin Çin’de kurulu güç batarya kapasitesinde %23,19’luk ikinci payla ikinci sırada yer aldığını gösteriyor; bu kapasite 17,49 GWh’ye ulaştı. Ülkenin toplam güç batarya kurulumları ise 75,4 GWh oldu ve yıllık %57,3 artış gösterdi. 2024 tam yılı için BYD ikinci sırada %24,74 payla yer alırken, CATL %45,08 payla lider konumunu korudu.

Şarj edilebilir pillerin önde gelen üreticisi olan BYD, tüketici elektroniği, yeni enerji araçları ve enerji depolama dahil olmak üzere geniş bir kullanım yelpazesi sunan Lityum-iyon, NiMH ve NCM piller sunmaktadır. Buradaki kritik nokta, şirketin tüm tedarik zinciri düzenine sahip olmasıdır; bu da kalite ve maliyet üzerinde daha iyi kontrol sağlamasına olanak tanır.

BYD, bu yıl yeni nesil Blade pilini elektrikli araçlar için piyasaya sürmeye hazırlanıyor; bu pil şirketin gelecekteki araçlarında kullanılacak. Blade pilinin ilk nesili 2020’de BYD tarafından tanıtıldı ve mevcut nesil, BYD’nin EV’lerini ve Tesla , Toyota, Ford, Kia ve Hyundai gibi diğer otomobil üreticilerini güçlendirmek için kullanılmaktadır.

Geleneksel lityum-iyon pillerine kıyasla, bu lityum-iyon fosfor (LFP) piller daha maliyet-etkin olup, BYD’nin bütçe dostu EV modellerini tanıtmasına ve büyümesini desteklemiştir. Yeni nesil Blade pilleri daha kompakt, verimli, güvenli ve daha uzun menzil sunacaktır.

Şirketin otomotiv işine gelince, BYD geçen yıl küresel olarak rekor sayıda EV ve hibrit satarken, en büyük rakibi Tesla 4,3 milyon satmıştır. Çin’in en çok satan otomobil üreticisi, 2024’te 1,76 milyon saf EV satmış ve yerel pazarda yoğun rekabetle karşı karşıya kalmıştır; bu rekabet, son on yılda hükümet sübvansiyonlarıyla yüzlerce milyar dolar desteklenmiştir.

Şirket gelirine gelince, 2024’ün üçüncü çeyreğinde, 2022’de benzinli motorlu araç üretimini durdurmuş olan Çinli elektrikli araç üreticisi, net karını %11,5 artırarak 1,63 milyar dolar yaptı ve geliri yıllık %24 artarak 28,24 milyar dolar oldu.

Sonuç

Piller, günümüz elektroniklerinin, ayrıca EV’lerin, akıllı hücresel ağların ve derin uzay görevlerinin önemli bir bileşeni olarak teknolojik devrimi yönlendiriyor. Ancak hızla artan e-atık ve azalan yenilenemez malzemeler, yenilenebilir doğal kaynaklara dayalı ürünler geliştirmemizi zorunlu kılıyor; bu da araştırmacıların organik malzemeler, örneğin mantarlar, kullanarak piller üretmeye yönelmesiyle odak alanı haline geliyor.

Uzun süredir Dünya üzerindeki yaşamı zenginleştiren ve geleceğimizi şekillendiren mantarlar, geri dönüşüm ve malzeme dönüşümünde lider oldukları için artan bir ilgi dalgası görmektedir. Biyobazlı döngüsel ekonomiye yeşil geçişi sağlamak, insan, bitki ve hayvan sağlığını güvence altına alacak yeni kavramlar sunmaktadır.

Mantarlar tarım, tıp ve biyoteknolojide incelenip kullanılmışken, son çalışma malzeme bilimi ve mikrobiyal elektrokimya alanında büyük bir adım atmaktadır. Çevre dostu malzemeler kullanarak inşa edilmesi ve mikrobiyal yakıt hücrelerinde kullanılmak üzere çeşitli selüloz bazlı mantar elektrotlarının 3D baskısını mümkün kılması fırsatlar yaratmaktadır.

(TSLA ) (TM ) (F )

Bu tür atılımlar, acil çevresel sorunları ele alıyor ve biyobazlı, yüksek performanslı enerji depolama sistemleri tasarlamak için yeni olasılıklar açıyor; bu da bizi gerçekten sürdürülebilir ve döngüsel bir ekonomiye daha da yaklaştırıyor.

En iyi pil hisselerinin listesi için buraya tıklayın.