Bal peteğinden ilham alan gazsız soğutucu 100 milyon döngüye dayandı

Klimalar ve buzdolapları, sıkıştırılan bir gazın genleşirken ısı çekmesine dayanıyor. Bu gazlar sızdığında karbondioksitten yüzlerce, hatta binlerce kat güçlü sera etkisi yaratabiliyor. Hong Kong Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nden (HKUST) bir ekip, gazı tümüyle devreden çıkaran katı hâl soğutmanın en büyük iki sorununa, kısa ömre ve yüksek üretim maliyetine, aynı anda yanıt veren bir yapı geliştirdi. Bal peteğine benzeyen gözenekli nikel-titanyum çiplerin üst üste dizilmesiyle oluşan soğutucu eleman, 100 milyondan fazla sıkıştırma döngüsüne kırılmadan dayandı. Çalışma 5 Kasım 2026'da Science dergisinde yayımlandı. Ekibe göre bu sonuç, elastokalorik soğutmanın laboratuvardan seri üretime geçmesinin önündeki önemli bir engeli kaldırıyor.

Klimanın gizli bedeli: enerji ve gaz

Uluslararası Enerji Ajansı'nın (IEA) "Soğutmanın Geleceği" raporuna göre klimalar ve elektrikli vantilatörler dünyadaki toplam elektrik tüketiminin yaklaşık %10'unu oluşturuyor. Raporda binalardaki klima sayısının bugünkü yaklaşık 1,6 milyardan 2050'de 5,6 milyara çıkabileceği, önlem alınmazsa alan soğutması için harcanan enerjinin üç katından fazlasına ulaşabileceği öngörülüyor. Isınan iklim ve büyüyen kentler soğutma ihtiyacını artırdıkça, bu talebi karşılayan teknolojinin verimi ve çevreye etkisi giderek daha kritik hâle geliyor.

Sorunun ikinci yanı soğutucu gazlar. Bugün evlerde yaygın kullanılan R-410A gibi hidroflorokarbonlar (HFC), ozon tabakasına zarar vermese de güçlü birer sera gazı. Hükümetlerarası İklim Değişikliği Paneli'nin (IPCC) değerlerine göre R-410A'nın 100 yıllık küresel ısınma potansiyeli karbondioksitin yaklaşık 2.088 katı. Bu yüzden 2016'da Montreal Protokolü'ne eklenen Kigali Değişikliği, HFC kullanımının kademeli olarak azaltılmasını öngörüyor. Türkiye de değişikliği 2021'de onayladı; Çevre, Şehircilik ve İklim Değişikliği Bakanlığı'nın sunumlarına göre ülke HFC tüketimini 2024'te dondurup 2045'e kadar karbondioksit eşdeğeri üzerinden %80 azaltmayı taahhüt ediyor. Sektör daha düşük etkili gazlara geçiyor, ama bunların bir kısmı yanıcı ya da yüksek basınç gerektiriyor. Gazı hiç kullanmayan bir soğutma yöntemi bu yüzden uzun süredir aranıyor.

Metal nasıl soğutur?

Elastokalorik etkiyi evde denemek mümkün: Bir lastik bandı hızla gerip dudağınıza değdirirseniz ılık geldiğini, gerginliği bırakınca serinlediğini hissedersiniz. Nitinol olarak da bilinen nikel-titanyum (NiTi) gibi şekil hafızalı alaşımlarda aynı olay çok daha güçlü yaşanıyor. Bu alaşımlar zorlandığında kristal yapıları "austenit" adı verilen düzenden "martensit" düzenine geçiyor; bu dönüşüm sırasında gizli ısı açığa çıkıyor ve metal ısınıyor. Yük kalktığında yapı eski hâline dönüyor ve bunun için çevresinden ısı çekiyor; metal, başladığı sıcaklığın altına iniyor. HKUST ekibinin Ocak 2026'da Nature'da yayımladığı bir çalışmada kullanılan alaşımda bu sıcaklık değişimi 16,3 °C'ye kadar ölçülmüştü.

Bir soğutucuda bu etki çevrime dönüştürülüyor: Alaşım sıkıştırılıp ısınıyor, içinden geçen bir akışkan bu ısıyı dışarı taşıyor; ardından yük kaldırılıp soğuyan alaşım, iç ortamdan gelen akışkanın ısısını alıyor. Çevrim saniyede bir ya da birkaç kez tekrarlanıyor. Sistemde sızabilecek bir gaz, yüksek basınçlı bir kompresör ya da yanıcı bir madde yok; soğutucu madde katı bir metal parça.

Fikir yeni değil. ABD Enerji Bakanlığı için 2014'te hazırlanan bir rapor, buhar sıkıştırmaya alternatif 17 iklimlendirme teknolojisini karşılaştırmış ve termoelastik adıyla anılan elastokalorik soğutmayı en umut verici iki seçenek arasında göstermişti. Ancak o günden bu yana iki büyük engel aşılamadı: yeterli soğutma gücü ve metalin yorulması.

Yorulma: alanın aşil topuğu

Bir metali milyonlarca kez sıkıştırıp bırakmak, onu er ya da geç yorar. Mikroskobik çatlaklar her döngüde biraz daha ilerler ve sonunda parça kırılır. Şekil hafızalı alaşımlarda bu sorun özellikle belirgin; bazı malzemelerde soğutma performansının birkaç yüz döngüde zayıfladığı biliniyor. Ev tipi bir klimanın yıllarca, yüz milyonlarca döngü boyunca çalışması gerektiği düşünülünce, dayanıklılık bu teknolojinin ticari geleceğini belirleyen bir ölçüt hâline geliyor.

Araştırmacılar sorunu farklı yollardan çözmeye çalıştı. Almanya'daki Kiel Üniversitesi'nden bir ekip 2015'te Science'ta, bakır katkılı titanyum-nikel ince filmlerin en az 10 milyon dönüşüm döngüsüne dayandığını gösterdi. Maryland Üniversitesi'nden Ichiro Takeuchi'nin ekibi 2019'da, lazerle eritilen NiTi tozundan üç boyutlu baskıyla üretilen bir malzemenin 1 milyon döngüde bozulma göstermediğini bildirdi. Aynı grup Çin'deki Xi'an Jiaotong Üniversitesi'yle birlikte 2023'te, sıkıştırılan NiTi tüplerle 260 watt soğutma gücüne ulaşan bir sistem tanıttı.

HKUST'ta Prof. Sun Qingping'in ekibi ise son iki yılda alanın sınırlarını birkaç kez genişletti. Mart 2025'te Nature'da duyurulan cihaz, 1.284 watt ile kilovat ölçeğine ulaşan ilk elastokalorik soğutucu oldu. Ocak 2026'da yine Nature'da yayımlanan dondurucu, oda sıcaklığındaki bir ısı kaynağına karşın −12 °C'ye indi. Eylül 2026'da Joule'de duyurulan cihaz ise yorulmaya dayanıklı yeni bir alaşımla 1 milyon döngü boyunca performans kaybetmeden çalıştı. Ancak bu cihazlarda kullanılan ince cidarlı NiTi tüplerin üretimi pahalı ve yavaştı.

Bal peteğinden ilham: damgala ve istifle

Yeni çalışmanın ilk yazarı doktora öğrencisi Changfeng Su; sorumlu yazarlar arasında Sun Qingping ile birlikte Li Qiao ve Li Xueshi bulunuyor. Makaleye göre bugüne kadar kullanılan soğutucu elemanlar ya hazır tüp, levha ve tellerden ya da tel erozyonla (wire-cut EDM) tek tek kesilen ince cidarlı parçalardan oluşuyordu. Bu parçalar pahalı ve yavaş üretiliyor, üstelik sıkıştırıldığında burkulmaya ya da boydan boya yarılmaya eğilimli.

Ekip, bambu ve bal peteğinin mekanik dayanıklılığından esinlenerek farklı bir yol seçti. Ticari olarak satılan ince NiTi saclardan, pres kalıbıyla bal peteği gibi gözenekli küçük çipler kesildi. Ardından bu çipler üst üste dizilerek boru biçiminde bir soğutucu eleman oluşturuldu. Gözenekler, ısıyı taşıyan akışkanın metalle temas ettiği yüzeyi büyütüyor. Yapının asıl inceliği ise parçalı olması: Tek parça bir boruda başlayan çatlak tüm boy boyunca ilerleyebilirken, istiflenmiş yapıda iki çip arasındaki arayüz çatlağın yolunu kesiyor.

Üniversitenin açıklamasına göre damgalama yöntemiyle dakikada 100 çip üretilebiliyor. Bu yöntem tel erozyona göre 100 kattan fazla hızlı ve %95 daha ucuz. Makalenin özetinde de üretim maliyetinin mevcut yöntemlere göre bir büyüklük mertebesi, yani yaklaşık on kat düştüğü belirtiliyor. Yöntemin damgalamayla sınırlı olmadığı, lazerle kesme ya da kimyasal aşındırmayla üretilen saclarla da benzer yapıların kurulabileceği vurgulanıyor.

Rakamlar ne söylüyor, ne söylemiyor?

Ekip, 200 çipin istiflenmesiyle oluşan 30 milimetre uzunluğunda bir prototip eleman test etti. Bu durumda her çip ortalama 0,15 milimetre kalınlığa denk geliyor. Dakikada 100 çip hızıyla bir elemanın tüm çipleri yaklaşık iki dakikada basılabiliyor. Prototip, iki ucu arasında en fazla 11,7 K (yani 11,7 °C) sıcaklık farkı oluşturdu ve alaşımın gramı başına 3,85 watt soğutma gücü sağladı. Yapı, sıkıştırma testlerinde 100 milyonu aşkın döngüye dayandı. Üniversite bu sonucu, test edilen koşullarda 10 yılı aşan bir kullanım ömrü olarak yorumluyor.

Bu sayıları bağlamına oturtmak gerekiyor. 3,85 W/g bir rekor değil; HKUST'un kilovat ölçeğindeki cihazında aynı ölçü gram başına 12,3 watt olarak bildirilmişti. 11,7 K'lik sıcaklık farkı da tek bir küçük elemana ait ve bir evi serinletmek için birden çok elemanın arka arkaya bağlanması gerekiyor. Yeni çalışmanın iddiası soğutma gücü değil; dayanıklı, ısıyı iyi aktaran ve ucuz üretilebilen bir eleman tasarımı. Yayımlanan özetler, 100 milyon döngünün hangi gerilme düzeyinde ve hangi hızda tamamlandığını ayrıntılandırmıyor. 10 yıllık ömür tahmininin hangi günlük çalışma süresi varsayımına dayandığı da açıklamalarda yer almıyor. Sistemin enerji verimi, yani harcadığı mekanik işe karşılık ne kadar ısı taşıdığı, basın açıklamalarında yer almıyor.

Sun Qingping'e göre hızlı ısı aktarımı, çok yüksek mekanik güvenilirlik ve düşük üretim maliyetini bir arada sağlamak alanın uzun süredir çözemediği bir sorundu. Sun, istiflenmiş tasarımın yüksek performanslı alaşımları ucuz bir üretim süreciyle buluşturduğunu ve büyük ölçekli üretime pratik bir yol açtığını söylüyor. Ona göre son çalışmalar elastokalorik teknolojinin soğutma kapasitesini kanıtladı; güvenilir ve uygun maliyetli üretim ise en az onun kadar önemli.

Türkiye için neden önemli?

Türkiye'de soğutmanın elektrik şebekesindeki ağırlığı her yaz biraz daha artıyor. Basına yansıyan TEİAŞ verilerine göre en yüksek günlük elektrik tüketimi, sıcak hava dalgası ve yoğun klima kullanımının etkisiyle 23 Temmuz 2025'te 1 milyon 211 bin 289 megavatsaat olarak kaydedildi. Bağımsız enerji düşünce kuruluşu Ember'in Ağustos 2025 tarihli analizine göre Türkiye'de alan soğutmasının elektrik tüketimi 2024'te bir önceki yıla göre %19 artarak yaklaşık 10 teravatsaate ulaştı. Aynı analize göre 28 Temmuz 2025 saat 14.00'te kaydedilen yaklaşık 59 gigavatlık saatlik tüketim rekorunun %18'i soğutmadan kaynaklandı; kuruluş bu tüketimin 2030'da 20 teravatsaati aşabileceğini öngörüyor.

Bu tablo, soğutma verimindeki her ilerlemenin Türkiye gibi ülkelerde yaz aylarındaki tepe yükü doğrudan etkileyeceğini gösteriyor. Elastokalorik soğutma yakın vadede mevcut klimaların yerini almayacak; ama gazsız bir alternatifin olgunlaşması, Kigali takvimine uyum ve servis sırasında yaşanan gaz kaçakları gibi sorunlar açısından da uzun vadeli bir seçenek sunuyor.

Sırada ne var?

HKUST ekibi bundan sonra üç konuya odaklanacağını açıkladı: ısı aktarımını daha da iyileştirmek, alaşımı sıkıştıran mekanizmanın enerji tüketimini azaltmak ve daha yüksek performanslı şekil hafızalı alaşımlar geliştirmek. Ticarileşmeyi hızlandırmak için birden çok uluslararası patent başvurusu yapıldı; çalışma Hong Kong Araştırma Hibeleri Konseyi ve Hong Kong Yenilik ve Teknoloji Komisyonu'nun programlarıyla destekleniyor. Ekip, önceki çalışmalarında da sanayi ortaklarıyla birlikte çalıştığını belirtmişti.

Gazsız bir klimanın evlere girmesi için hâlâ aşılması gereken adımlar var: Kilovat ölçeğinde güç, uzun ömür ve düşük maliyetin aynı cihazda buluşması; sıkıştırma için gereken büyük kuvveti sessiz ve verimli biçimde üreten mekanizmalar; ve bugünkü klimalarla rekabet edebilecek bir fiyat. HKUST'un yeni çalışması bu zincirin en zayıf halkalarından ikisine, dayanıklılığa ve üretim maliyetine, somut bir çözüm getiriyor. Bal peteğinden ilham alan bu küçük metal çipler, bir gün klimaların içindeki gaz borularının yerini alabilir.

Kaynaklar: Su C, Li Y, Deng Z, Zhong S, Hu J, Li X, Li Q, Sun Q, "Stacked porous NiTi structure with low cost and ultrahigh fatigue life for elastocaloric cooling", Science 394(6824), 670–675 (5 Kasım 2026), doi:10.1126/science.aeh7074; HKUST basın bülteni, "HKUST Researchers Develop Low-Cost Elastocaloric Refrigerant Structure with Over 100-Million-Cycle Fatigue Life" (6 Kasım 2026); Tech Xplore (6 Kasım 2026); HKUST basın bültenleri (11 Mart 2025, 15 Ocak 2026) ve China Daily Hong Kong (19 Eylül 2026); Chluba C ve ark., "Ultralow-fatigue shape memory alloy films", Science 348, 1004–1007 (2015), doi:10.1126/science.1261164; Hou H ve ark., "Fatigue-resistant high-performance elastocaloric materials made by additive manufacturing", Science 366, 1116 (2019), doi:10.1126/science.aax7616; Qian S ve ark., "High-performance multimode elastocaloric cooling system", Science 380, 722–727 (2023), doi:10.1126/science.adg7043; ABD Enerji Bakanlığı / Navigant, "Energy Savings Potential and RD&D Opportunities for Non-Vapor-Compression HVAC Technologies" (Mart 2014); IEA, "The Future of Cooling" (2018); IPCC 4. Değerlendirme Raporu (küresel ısınma potansiyeli); UNEP Ozon Sekreterliği (Kigali Değişikliği); T.C. Çevre, Şehircilik ve İklim Değişikliği Bakanlığı Ozon Türkiye; TEİAŞ günlük tüketim verisi (Temmuz 2025); Ember, "Solar and flexibility: key to Türkiye's rising cooling challenge" (21 Ağustos 2025). Kapak fotoğrafı: Bir apartman cephesinde pencerelere takılmış klima üniteleri, ABD, Haziran 2013. Fotoğraf: Alan Levine (cogdogblog) / Flickr, Wikimedia Commons, CC BY 2.0.