• Dalgalar, dünya üzerindeki toprak ve suların farklı ısınması sonucu oluşan rüzgarların deniz yüzeyinde esmesi ile meydana gelir.

     

    Deniz dalgalarındaki güç dalga yüksekliği, dalga hareketi, dalga boyu ve su yoğunluğu ile belirlenir. Dalga yüksekliği ise rüzgar hızı, rüzgarın esme zamanı, esen rüzgarın suya olan mesafesi ve su derinliğine bağlıdır. Genellikle büyük dalgalardan daha çok enerji elde edilir.

     

    Deniz dalgalarından enerji elde edilmesi konusunda ilk çalışmayı 1892 yılında A. W. Stahl yapmıştır.Günümüzde dünyanın değişik merkezlerinde bu konuda araştırmalar yapılıp prototipler geliştiriliyor.

     

    Dalgalardan enerji elde eden tüm sistemler deniz yüzeyinde ya da deniz yüzeyine yakın kurulur. Bu sistemler dalganın geliş yönüne dik ya da paralel kurulmalarına ve enerjiyi dönüştürme biçimlerine göre farklılaşabilir.

     

    Örneğin, sonlandırıcı sistemler dalganın geliş yönüne dik olarak kurulur. Salınımlı su kolonları sonlandırıcı sistemlere bir örnek olarak verilebilir. Bu aygıtlarda su, içinde hava dolu bir bölme olan bir kolona dolar. Dalga etkisiyle, su kolonundaki bölme piston gibi yukarı aşağı hareket ederek havayı hareket ettirir ve kolona bağlı olan türbin çalışır.

     

    Bir diğer sistem olan nokta absorplayıcı sistemde sabit bir silindir içinde dalga hareketiyle hareket eden şamandıra, elektromekanik ya da hidrolik enerji dönüştürücüleri çalıştırır.

     

    Dalga hareketi zayıflatıcı sistemler, dalga geliş yönüne paralel olarak kurulur. Dalga hareketi ile cihazın bağlantı yerlerinde oluşan eğilip bükülmeler makinedeki yağı basınçlandırır ve hidrolik motoru çalıştıran hidrolik çekiç hareketli hale getirilir. İlk olarak İskoçya’da bir firmanın ürettiği Pelamis Dalga Gücü ünitesi de bu prensiple çalışıyor. Pelamis makineleri kullanılarak 2008 yılının Eylül ayında Portekiz’de (Aguçadora Dalga Parkı) dünyanın ilk ticari dalga tarlası kurulmuş. Burada üç adet 750 kW güç üreten, toplam 2,25 MW’lık (Mega Watt) sistem
    bulunmakta.

     

    Havuz sistemlerinde dalga enerjisini kullanmak için bir rampa vasıtasıyla deniz seviyesinden yüksekte doğal havuz oluşturulur ve rampaya yerleştirilen uygun bir türbinden geçen su kütlesiyle elektrik enerjisi elde edilir. Wave Dragon sistemi buna bir örnektir.

     

    Dalgaların yüksek güçlerine karşın düşük hızlarda ve farklı yönlerde hareket edebilmeleri, fırtınalara ve tuzlu suya dayanabilecek yapıların yüksek maliyeti, kurulum ve bakım giderlerinin yüksekliği gibi problemler sebebiyle dalga enerjisi eldesi şu anda ticari olarak geniş çapta kullanılmıyor.

     

    Ülkemizin Marmara Denizi dışında sahil uzunluğu yaklaşık 8200 km’dir. Balıkçılık, turizm ve askeri tesisler nedeniyle elektrik eldesi için bunun yalnızca 1/5’i kullanılabilir ise de dalga enerjisi Türkiye için çok önemli bir kaynaktır. Ancak sistem seçiminde yöresel meteorolojik şartlar, enerji talebi, üretilen enerjinin taşınımı da düşünülmelidir.

     

    Ülkemizde de dalga enerjisinden elektrik elde etme çalışmaları yapılmaktadır. Ulusal Bor Araştırma Enstitüsü (BOREN) ve Türkiye Elektromekanik Sanayi A.Ş. (TEMSAN) işbirliğinde “Dalga Enerjisinden Elektrik Üretimi” konulu proje kapsamında, denizdeki dalgaların dikey hareketini elektrik enerjisine çeviren bir sistem tasarımı gerçekleştirilmiştir.

     

    Okyanusların Derin ve Sığ Suları Arasındaki Sıcaklık Farkından Yararlanılarak Enerji Elde Edilmesi

     

    Okyanusların derin ve sığ suları arasındaki sıcaklık farkından yararlanarak enerji elde edilen sistemlerde (Ocean Thermal Energy Conversion – OTEC), bu sıcaklık farkından yararlanarak çalışan bir ısı makinesi yardımıyla elektrik üretilir. Sıcaklık farkına bağlı olarak elde edilen verim ve güç artar. Özellikle Oğlak ve Yengeç Dönenceleri’nin arasındaki kuşakta (Ekvator’un 23° kuzeyi ve güneyi) kalan bölgeler, bu tip enerjinin elde edilmesi için hayli uygundur.

     

    Tropikal okyanusların genellikle 30-40 m kalınlıkta olan yüzey tabakasının sıcaklığı Güneş’ten alınan ısı enerjisiyle 25 °C civarına yükselir. Buna karşılık, kutuplardan okyanusların derinliklerine ve tropikal bölgeye kayan soğuk su kütlesi sıcaklığı 5 °C civarında bir ortam oluşturur. Bu iki ortam arasındaki sıcaklık farkı OTEC çevriminin temelidir. Genellikle birbirine karışmayan sıcak yüzey suyu ile soğuk taban suyu bir ısı makinesinin çalıştırılabilmesine olanak verir. OTEC santralleri kapalı, açık ya da hibrit adı verilen çevrimler ile çalışabilir.

     

    Kapalı Çevrim: Bu türde amonyak, propan ya da klor-flor-karbon bileşimleri gibi düşük kaynama noktasına sahip bir sıvı, kapalı çevrimin içine pompalanır. Bu sıvı, evaporatörden geçerken sıcak yüzey suyu ile buharlaşır ve basıncı artar. Yüksek basınca sahip bu buhar bir alternatör-türbin grubundan geçirilerek elektrik enerjisi elde edilir. Türbinden atılan buhar kondenserden geçirilerek tekrar sıvı fazına döndürülür. Soğutma suyu derin deniz tabanından alınan soğuk sudur. Böylece tamamlanan çevrim yeniden başlar ve devam eder.

     

    Açık Çevrim: Bu çevrimde amonyak ya da propan gibi bir çalışma malzemesi kullanılmamaktadır. Bunların yerine, sıcak yüzey suyu vakumda ani olarak buharlaştırılır. Bu işlem sonucu elde edilen su buharı türbini çalıştırır ve alternatörden elektrik üretililir. Kapalı çevrimde olduğu gibi, türbinde iş gördükten sonra kondensere iletilen su buharı burada soğuk taban suyu ile yoğuşur. Bu yoğuşma ile oluşan taze suyun, içme suyu dahil, pek çok amaçla kullanılması mümkündür.

     

    Hibrit Sistemler: Hibrit sistemler hem kapalı hem de açık çevrimlerin özelliklerini taşır. Sıcak deniz suyu bir vakumda ani olarak buharlaştırılır. Su buharı, kapalı çevrim sıvısı olan amonyağı buharlaştırır ve buharlaşan akışkan elektrik üretimi için türbini çalıştırır. Isı değiştiricide yoğunlaşan saf su başka amaçlarla da kullanılabilir.

     

    Okyanusların Derin ve Sığ Suları Arasındaki Sıcaklık Farkından Yararlanılarak Enerji Elde Edilmesi fikri tarihte ilk kez Fransız fizikçi D’Arsonval tarafından 1881 yılında ileri sürülmüş. Bu fikir, 1926’da Fransız mühendis Georges Claude’un 60 kW gücünde ve 20 °C sıcaklık farkıyla çalışan türbini sayesinde gerçekleştirilebilmiş. Aynı bilim adamı 1930’da Küba açıklarında 22 kW civarında güç üretmiş.

     

    ABD’de 1979 yılında Mini OTEC adıyla, 50 kW gücünde bir prototip tesis geliştirilmiş. Bunu, daha büyük kapasiteli sistemlerin oluşturulması izlemiş. Bu sistemlerde hem elektrik elde ediliyor hem de tatlı su üretimi yapılıyor.

     

    OTEC santralleri çevre sorunu yaratmamaları ve elektrik enerjisi eldesi yanında pek çok başka alanda da kullanılmaları nedeniyle oldukça avantajlıdır. Ancak düşük verimlerle (yaklaşık % 2) çalışırlar. Bu nedenle, uygulanabilir olmaları için bu tesislerin 1000 kW ve daha büyük güçte olmaları gerekir.

     

    Gel-Git Enerjisi

     

    Gel-git enerjisi elde edilirken, akıntı ya da gel-git sebebiyle yer değiştiren su kütlelerinin sahip olduğu kinetik ya da potansiyel enerji elektrik enerjisine dönüştürülür.

     

    Bilindiği gibi su seviyelerindeki periyodik değişmeler ve gel-git akımlarının gücü Dünya’nın Ay’a ve Güneş’e göre konumuna ve deniz tabanının ve kıyı şeridinin yapısına bağlı. Gel-git enerji elde edilmesi için bu olgu kullanılıyor. Gel-git enerjisi elde etmek için iki ana yöntem kullanılır.

     

    Barajlarda gel-git sırasında oluşan yükseklik farkının potansiyel enerjisinden yararlanarak enerji elde edilmesi yöntemi: Bu yöntemde, uygun bulunan koyların ağzı bir barajla kapatılarak gelen su tutulur, çekilme sonrasında da yükseklik farkından yararlanılarak türbinler aracılığı ile elektrik üretilir. Dünyada bu yöntemle çalışan, Fransa Rance’de 240 MW’lık, Kuzey Amerika Annapolis Royal’da 18 MW’lık ve Rusya’da 1,2 MW’lık sistemler bulunmaktadır.

     

    Hareket eden suyun kinetik enerjisinin türbinleri çalıştırmasıyla enerji elde edilmesi yöntemi: Bu yöntem daha düşük maliyetli ve barajlara oranla daha düşük çevresel etkiye sahip olduğundan son yıllarda popülerdir. Ancak geliştirilen üniteler prototip aşamasındadır. Nisan 2008’de Kuzey İrlanda’da bu yöntemle çalışan, SeaGen isminde 1,2 MW’lık bir sistem kurulmuştur. Bu cihazla Haziran 2008’de şebekeye 150 kW elektrik verilmiştir.

     

    Akıntı Enerjisi

     

    Deniz tabanına yerleştirilen türbinler aracılığı ile denizlerdeki ve okyanuslardaki düzenli akıntıların kinetik enerjilerinin elektrik enerjisine dönüştürülmesi akıntı enerjisinin temelini oluşturur.

     

    Dünyada akıntı enerjisi kullanılarak elektrik üretimi henüz prototip aşamasındadır. Ayrıca, gel-git enerjisi elde etmek için kurulan SeaGen sisteminin derin deniz akıntılarından enerji elde etmek için de kullanılması planlanıyor.

     

    Sonuç olarak, okyanus ve deniz kaynaklarının yenilenebilir enerji teknolojilerine büyük katkı sağlayacak potansiyelleri var. Teknoloji geliştirilmesi konusunda ileri düzeyde çalışmalar yapılmasına rağmen ticarileşme yönünde ilerleme kaydedilmesi için idari ve ekonomik bazı düzenlemelerin yapılması gerekiyor. Bunlar, sırası ile, elektrik şebekesine bağlantının sağlanması, kanuni çerçevelerle okyanus ve deniz enerjileri kullanımının yaygınlaştırılması, kaynakların ve fiziksel verilerin analizi, ekonomik önlemlerin alınması ve halkın bilgilendirilmesi olarak sıralanabilir.

     

    Kaynaklar
    – International Energy Agency, Implementing Agreement on Ocean Energy Systems (IEA-OES), Yıllık Rapor, 2007.
    – Dean, R. G., Dalrymple, R. A., “Water Wave Mechanics for Engineers and Scientists”, Advanced Series on Ocean Engineering, World Scientific, Singapore, C. 2, s. 64–65, 1991.
    – Ozgener, O., Ulgen, K., Hepbasli, A., “Wind and Wave Power Potential”, Energy Sources, Cilt 26, s. 891-901, 2004.
    – Külünk, H., Eyice, S., Yeni Enerji Kaynakları, 1983.
    – Kaygusuz, K., “Energy Policy and Climate Change in Turkey”, Energy Conversion and Management, Cilt 44, s.1671-1688, 2003.

  • Atık sıcak sudan elektrik üretebilen yeni bir motor teknolojisi yüzlerce farklı iş kolunda enerji tüketimini ve karbon salımını azaltma potansiyeli taşıyor. Merkezi Dublin’de olan Exergyn ürettiği bu yeni teknolojinin ilk denemelerini önümüzdeki yıl gerçekleştirmeyi planlıyor.

     

    Exergyn yetkililerinin belirttiğine göre endüstriyel süreçlerde atık sıcak su olarak bir yılda kaybedilen ısı miktarı Suudi Arabistan’ın bir yılda ürettiği petrol ve gazın enerjisinin iki katına yakın. Şirketin CEO’su Alan Healy dünyada çok fazla atık sıcak su bulunduğunu, çoğu durumda da atık ısıdan kurtulmak için enerji harcandığını belirtiyor. Örneğin yük gemilerinde motoru soğutmak için su pompalanıyor ve sıcak su denize dökülüyor. Veri merkezlerinde ise sağlayıcıların çıkardığı ısıyı uzaklaştırmak için bolca elektrik harcayan fanlar kullanılıyor. Boşa harcanan bu enerjiyi tutmanın bir yolu bulunabilirse hem maliyetlerin hem de karbon salımının azaltılması sağlanabilir.

     

    Exergyn Drive adlı motorun çalışma ilkesi nitinol adı verilen bir nikel-kalay alaşımının sıra dışı özelliklerine dayanıyor. Nitinol eğilip bükülebiliyor ancak ısıtıldığında orijinal kristal kafes yapısına geri dönüyor. Nitinolün “şekil hafızası” özelliği onu pek çok uygulama için -örneğin tıbbi cihazlar ve NASA’nın Mars için ürettiği gezici araçların kırılmayan camları- cazip kılıyor. Nitinolün bir başka sıra dışı özelliğiyse çoğu malzemenin aksine soğutulduğunda hacimce büyümesi. Tıpkı su soğuduğunda donmaya yakınken hacminin büyümesi gibi.

     

    İşte Exergyn Drive’ı çalıştıran şey bu iki özellik. Cihazın içindeki bir metre uzunluğundaki nitinol kabloları demeti bir pistona bağlı halde duruyor. Sıcak ve soğuk su dönüşümlü olarak kabloların üzerinden geçiriliyor, bu da kabloların hızlı bir şekilde 4 cm kadar uzayıp kısalmasına ve dolayısıyla pistonun aşağı yukarı hareket etmesine neden oluyor.

     

    Hidrolik bir sistem bu güçlü çizgisel hareketi dairesel harekete çeviriyor, bu hareket de bir jeneratörün dönmesini sağlıyor. Motor atık sıcak sulardan sağlanan yaklaşık 200 kW (kilovat) ısıl güçten 10 kW elektrik gücü üretebiliyor. Bu çok yüksek bir verim gibi görünmese de cihaz öteki türlü boşa harcanacak enerjiyi bedavaya getirmiş oluyor

     

    Şirket cihazın tasarımını mükemmelleştirmek için üç yıl harcayarak cihazı milyonlarca devir dönmeye dayanabilecek hale getirmiş. Şirkete bu yeni teknolojiyi pazara sürebilmesine destek olmak amacıyla Avrupa Komisyonu’nun Horizon 2020 fonundan 2,5 milyon avroluk ödül verilmiş. Şimdi şirket, cihazı Dublin Havaalanı’nda ve iki katı atık sahasında denemeye hazırlanıyor. Üç denemede de Exergyn Drive teknolojisi -havaalanında bir gaz motorundan gelen, katı atık sahalarında ise biyogaz jeneratörlerinden gelen- sıcaklığı 90°C ya da daha düşük olan atık suları kullanacak.

     

    Şirket yetkilileri cihazın endüstri kaynaklı atık ısıdan yararlanmayı sağlamanın yanı sıra jeotermal enerji pazarını da genişleteceğini umuyor. Şu anda jeotermal kaynaklardan elektrik üretmek için çok sıcak ve yüksek debili su gerekiyor. Bu da çok derin ve geniş çaplı kuyulara ihtiyaç duyulması ve dolayısıyla sondaj maliyetlerinin hayli yükselmesi anlamına geliyor. Exergyn yetkililerinden Mike Langdon, daha düşük sıcaklıktaki ve düşük debideki suyla çalışabildiği için yeni cihazın daha fazla jeotermal alanı faydalı hale getirme potansiyeli olduğunu söylüyor.

     

    Exergyn’in yeni teknolojisinin uygulanabilirliği tabii ki üretiminin ucuz olmasına bağlı. Langdon cihazın yakıt masrafı olmaması ve mekanik basitliği sayesinde maliyetleri düşük tutabileceklerini, şu anda 1 MWs (megavat saat) elektrik gücü üretimini 40 avroluk bir maliyetle -petrolle ya da kömürle üretimden daha ucuza gerçekleştirebildiklerini belirtiyor.

  • Yaşamımızın hemen her alanında enerjiye gereksinim duyarız. Evlerin ısıtılması, taşıtların hareket etmesi, toprağın sürülmesi gibi etkinlikler enerji kullanımı gerektirir. Enerji kaynakları olmadan bir yaşam düşünmek çok zordur.

     

    Enerji çeşitli kaynaklardan elde edilebilir. Dünyanın toplam enerji gereksiniminin önemli bir bölümü kömür, doğal gaz ve petrol gibi fosil yakıtlardan karşılanır. Su, jeotermal, biyokütle, rüzgar ve güneş enerjisi gibi yenilenebilir enerji kaynakları ve nükleer enerji daha az kullanılır. Enerji kaynaklarının kullanım oranları ülkeden ülkeye farklılık gösterir.

     

    Enerji kaynakları, küresel ısınmaya etkilerine göre “yoğun karbon atıklı” (katı yakıtlar, petrol, gaz) ve “karbon atıksız” (rüzgar, güneş, biyokütle, hidroenerji, jeotermal ve nükleer) kaynaklar olarak sınıflandırılabilir.

     

    Enerji kaynakları ve çevre

     

    Tüm enerji kaynaklarının çevreye etkileri vardır. Bu etkiler, enerji kaynaklarının elde edilişinden tüketimine kadar her aşamada farklı ölçülerde ortaya çıkar.

     

    Fosil yakıtların yakılması sırasında havaya asitli gazlar, toz, is gibi kirlilik yapıcı maddeler salınır.

     

    Yakıt elde etmek amacıyla yapılan açık madencilik etkinlikleri gereklidir; ancak bunlar doğal yapının zarar görmesine neden olur.

     

    Nükleer enerji santrallerinde ortaya çıkan radyoaktif atıkların depolanmasında pahalı ve tehlikeleri henüz tümüyle ortadan kaldırılmamış çözümler kullanılır.

     

    Fosil yakıtlar

    Çevre sorunlarının temel kaynaklarından biri fosil yakıtların kullanımıdır. Bu yakıtların üretimden tüketime geçirdiği aşamalar şunlardır: madencilik ya da çıkarma, işleme, taşıma, dönüştürme, yakma ve atıkların boşaltılması.

     

    Fosil yakıtların yakılması karbon dioksit, kükürt dioksit, azot oksit, parçacık halindeki maddeler ve toz salımına yol açar. Karbon dioksit küresel ısınmaya en fazla katkıda bulunan maddedir. Kükürt dioksit ve azot oksit asit yağmurlarına neden olur; parçacıklı maddelerle birlikte havanın kirlenmesinde rol oynar.

     

    Fosil yakıtlar insan kaynaklı karbon dioksit salımının neredeyse %80’ini oluşturur. Enerji üretimi sırasında salınan karbon dioksit miktarı, kullanılan yakıtın çeşidine göre değişir. Örneğin, belirli bir miktarda enerji elde etmek üzere doğal gaz yakılması, aynı miktarda enerjiyi elde etmek için yakılan kömürün yarısı kadar karbon dioksit açığa çıkarır. Aynı miktarda enerji petrolden elde edilirse, doğal gazın ürettiğinin 1,5 katı kadar karbon dioksit açığa çıkar. Bir birim enerji başına kömür, petrol ve doğal gazın ürettiği karbon dioksit oranı matematiksel olarak şu şekilde gösterilebilir:
    2,0 : 1,5 : 1,0

     

    Katı yakıtlar, hem bölgesel hem de küresel olarak en fazla çevre kirliliğine yol açan yakıt çeşitleridir.

     

    Nükleer enerji

    Nükleer enerji santralleri, normalde çevre açısından zararlı değildir. Ancak bu santrallerde oluşan nükleer kazalar son derece tehlikelidir. Ayrıca radyoaktif atıkların depolanması ve işlenmesi sırasında da sorunlar ortaya çıkabilir. Tüm bu işlemlerin kontrollü bir şekilde yapılması gerekir. Bu işlemler sırasında oluşabilecek bir kaza, radyoaktif atıkların çevreye yayılmasına, dolayısıyla da insanların ve doğanın zarar görmesine yol açar.

     

    Nükleer enerjiyle ilgili en önemli sorunlardan biri, radyoaktif atıkların güvenli şekilde depolanmasını sağlayacak kesin bir çözüm yolunun henüz bulunamamış olmasıdır.

     

    Yenilenebilir kaynaklar

    Yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanılması çevreye daha az zarar verse de bunların da birtakım olumsuz etkileri olabilir.

     

    Yenilenebilir bir kaynak olan sudan enerji elde etmek amacıyla yapılan barajların etkileri şunlar olabilir:

    • Su altında kalan bölgelerde yaşayan insanların göçe zorlanması
    • Orman alanlarının ve verimli toprakların yitirilmesi
    • Yaban yaşamının ve balıkların zarar görmesi
    • Doğal alanların değişmesi
    • Geçimini balıkçılık ve çiftçilikle sürdüren insanların geçim kaynaklarını yitirerek zarar görmeleri
    • Barajları beslemek için akarsu yataklarının değiştirilmesi ve bunun sonucunda suyun paylaşımıyla ilgili çatışmaların ortaya çıkması

     

    Barajların çevreye etkileri son derecede karmaşıktır ve bunların önceden tahmin edilmesi güçtür. Bu etkilerin çoğu çevre açısından zararlı boyutlardadır. Bu durum, büyük elektrik santrallerinin kurulmasının önündeki en önemli engeldir.

     

    Yenilenebilir enerji kaynaklarının yaygınlaşabilmesi için geniş araziler gerekir. Ayrıca bu kaynakların kullanımı da görünüm, gürültü ve az miktarda da olsa salımlar açısından birtakım çevre sorunlarına neden olabilir.

     

    Asit yağmurları ve küresel ısınma gibi çevre sorunları son yıllarda giderek daha çok kaygı uyandırmaktadır. Bu çevre sorunlarının olumsuz sonuçları ortaya çıktıkça yenilenebilir enerji kaynaklarından daha fazla yararlanma eğilimi de artmaktadır.

     

    Türkiye’de enerji

     

    Türkiye enerji kaynakları açısından kendi kendine yeten bir ülke değildir. Yerli enerji kaynakları yüksek enerji gereksinimini karşılayamamakta ve sonuç olarak ithal enerji kaynakları kullanılmaktadır. Türkiye enerji gereksiniminin yaklaşık %49’unu ithal enerji kaynaklarından karşılamaktadır.

     

    Ülkemize en yüksek miktarda ithal edilen enerji kaynağı petroldür. Bunu, doğal gaz ve kömür izler. Türkiye, kömür madenleri bakımından zengindir. Ancak çıkarılan kömürün çoğunun kükürt oranı yüksektir. Kükürt oranı yüksek kömür hava kirliliğine neden olur. Ayrıca kömürü kükürtten arındırma işlemleri pahalıdır. Kömürün kükürtten arındırılmasını sağlayacak altyapı da bulunmadığından, Türkiye’ye kömür ithaline devam edilmektedir.

     

    Türkiye, ihracat gelirlerinin yaklaşık dörtte birini enerji ithaline harcamaktadır.

     

    Ülkemizde birçok enerji santrali vardır. Bu enerji santrallerindeki toplam üretimin %67,2’si termik, %32,7’si su, %0,5’i jeotermal ve %0,5’i rüzgar enerjisine dayanmaktadır. Ancak nükleer enerjinin kullanım oranının yaklaşık %3 seviyesine getirilmesi planlanmaktadır.

  • Son yıllarda ülkemizin enerji ihtiyacının karşılanabilmesi için yurtdışından temin edilen yakıt maliyetinin artması, enerji alanındaki dışa bağımlılığımızı da maalesef hatırı sayılır ölçüde artırmıştır. Günümüzde enerji sektöründe yaşanan teknolojik gelişmeler ise özellikle bizim gibi gelişmekte olan ülkelerde gerek ekonomik kalkınmayı gerekse çevre sorumluluğu bilincini doğrudan etkilemektedir. Bu doğrultuda hayvansal ve tarımsal katı atıkların değerlendirilmesi için kurulmakta olan tesisler, ülke ekonomisine katkıları nedeniyle enerji alanında yeni yatırım alanları ve iş pazarları oluşturmaktadır. Bu tesisler, gelişmiş ülkelerde temiz bir çevrenin vazgeçilmez koşulu olarak kabul edilmektedir. Çünkü çevresel kazanımlar, ancak sürdürülebilir atık yönetiminin benimsenmesi ve uygulanması ile mümkün kılınmaktadır. Özellikle atıklardan biyogaz ve enerji üretimi, hem atıkların kaynağında bertaraf edilmesine hem de işlendiği bölgede pozitif katkı sunacak şekilde değerlendirilmesine olanak tanımaktadır. Enerji alanında dışa bağımlılığımızı, atık bertaraf yükümlülüğünde maliyetlerimizi, çevre kirliliğini ve çevre sağlığı problemlerimizi azaltan bu tip projeler aynı zamanda doğal kaynakların korunmasını da sağlamaktadır.

     

    Ülkemizde de bu tip çevre politikalarının oluşturulması ve özellikle de hayvansal ya da tarımsal katı atıkların biyogaz ve enerji üretimi yoluyla değerlendirilmesi için atılmaya başlanan adımlar yatırımcıları heyecanlandırmaktadır. İnanıyoruz ki Avrupa Birliği ülkelerine kıyasla Türkiye’de oldukça yeni olan biyoenerji ve biyogaz, kırsal alanda elektrik üretimi ve ısınmada kullanılan doğalgaza karşı önemli bir alternatif oluşturacaktır.

     

    Bu konuda hatırlanacağı üzere en önemli adım, “Yenilenebilir Enerji Kaynakları (YEK) Yasa Tasarısı”nın 2011 yılında kabul edilerek yürürlüğe girmesi ile atılmıştır. Bu yasa ile yenilenebilir enerji kaynakları içerisinde en büyük fiyat garantisi biyokütleye verilmiş olup biyokütleden üretilecek elektrik için kW/saat başına ilk 10 yıl 13,3 cent dolar’lık bir devlet alım garantisi sağlanmıştır. Ancak bugün Türkiye’deki ön lisans almış firma sayısına bakıldığında biyogazdan elektrik üreten firmaların hala sayıca çok az olduğunu görüyoruz. Bu konuda maalesef hem teşviklerin yeterli olmadığını hem de firmaların önünde birtakım engellerin olduğunu rahatlıkla söyleyebiliriz. Bu nedenle sektörün daha iyi koşullarla desteklenmesi gerektiğini ve bu alandaki yatırımların yaygınlaştırılması için gerekli çevre politikalarının yerel yönetimlerce uygulanması gerektiğini düşünüyoruz. Örneğin organik atıklardan biyogaz üretimi yoluyla enerji elde edilmesi, salt elektrik üretim miktarı göz önünde bulundurulduğunda her zaman ekonomik olmayabilir ancak unutulmamalıdır ki bu atıkların enerji elde etmek için değerlendirilmesi aynı zamanda bu atıkların bertaraf edilmesi zorunluluğunu da yerine getirmiş olacaktır. Böylece atıkların bertaraf giderlerinde de ciddi tasarruf sağlanacaktır. Buna en güzel örneği, İsveç’in çöpten elektrik üretmesi olarak verebiliriz.

     

    Biyokütle enerjisinin ülke ekonomisine daha hızlı bir şekilde katkı sunabilmesi için sektörde yapılmasını gerekli bulduğumuz unsurları ise şu şekilde sıralayabiliriz;

     

    1) Büyükbaş hayvan çiftliklerinde hayvansal atıkların toplanma yöntemlerine standart getirilmelidir. Bu durum, seçilecek proses teknolojisini doğrudan etkilemektedir.

     

    2) Hayvan çiftliği atıkları, yakın civarlardan temin edilebilecek diğer organik atıklarla desteklenmelidir. Özellikle meyve-sebze hal atıkları, mezbaha atıkları, tarımsal atıklar biyogaz potansiyelini artıracak atıklar olup temin edilmeleri de kolaydır. Böylece diğer organik atıkların da bertarafı sağlanmış olacaktır.

     

    3) Küçük kapasiteli hayvan çiftliklerinin uygun koşullarda kooperatif çatısı altında toplanarak bir araya getirilmesi sağlanmalıdır. Böylece ayrı ayrı biyogaz tesislerinin yapılmasının ekonomik olmadığı durumlar yerine ortak tesisler ile enerji potansiyeli değerlendirilmiş olacaktır. Aynı zamanda atıkların hammadde olarak temini ve taşınımı kolaylaşmış ve nakliye giderleri azaltılmış olacaktır. Özellikle şehir merkezlerine yakın ancak ayrı ayrı hayvan çiftliklerinin neden olduğu koku problemleri de göz önünde bulundurulursa bu çiftliklerin atık bertarafları açısından da faaliyetlerini tek bir çatı altında yürütmesi çevre ve şehircilik anlayışıyla da doğrudan örtüşmektedir.

     

    4) Ülkemizde biyogaz tesislerinin ya da bir diğer deyişle katı atık bertaraf tesislerinin yaygınlaşması için bu tesislerde kullanılacak ekipmanların yerli üreticilerinin desteklenmesi gerektiğine inanıyoruz. Böylece orta ve uzun vadede ilk yatırım maliyetlerinin düşürülmesi, sektörün önünü açacak en önemli adım olacak ve yerli sermaye ile ülkemiz ekonomisine doğrudan katkılar sağlayacaktır.

     

    5) Son olarak teşvik ve desteklerin artırılması gerektiğinden bahsetmeliyiz. Organik gübre yönetmeliği ile gübre konusunda bir standart yakalanmaya çalışılmasını olumlu buluyoruz. Ancak organik gübrenin maalesef toplumda beklenen ölçüde yaygınlaştırılamadığını görüyoruz. Bilindiği üzere hayvansal atıkların çürütülmesi neticesinde üretilecek enerjinin yanı sıra organik gübre üretimi söz konusudur. Özellikle büyükbaş hayvan çiftliklerine organik gübre üretimi için adından söz edilir şekilde yatırım teşvikleri sağlanması gerektiğini düşünüyoruz. Biz organik gübrenin ekonomik getirisini mevcut mevzuat ve uygulamalar doğrultusunda pek parlak bir getiri olarak değerlendiremiyoruz. Çünkü organik gübre satışlarının beklenen ölçüde yaygınlaşmamasının nedenini yeterli şekilde desteklenmediğine bağlamaktayız. Öte yandan, organik içerik açısından fakir sayılabilecek ülkemiz toprak yapısının, katı atık arıtma tesislerinden elde edilecek katı ve sıvı gübrelerin kullanılması yoluyla zenginleştirilmesine katkıda bulunulabileceği gerçeğinin devlet politikası olarak benimsenmesi ve desteklenmesi gerektiğini düşünmekteyiz.

  • Günümüzde atmosfere salınan karbondioksitin ana kaynağı, sanayide ve taşıma sistemlerinde enerji elde etmek için kullanılan fosil yakıtlar. Bu yakıtların kullanıldığı süreçlerde karbondioksit oluştuğu için gelecekte fosil yakıtların yerini daha temiz ve çevre dostu yakıtların alması gerekiyor. Ayrıca fosil yakıtlar yenilenebilir bir enerji kaynağı olmadığından uzun vadede kullanılmaları zaten imkânsız. Dolayısıyla gelecekte dünyanın ihtiyacını karşılayabilecek yenilenebilir yakıtların geliştirilmesi zaten bir gereklilik.

     

    Güneş enerjisi, rüzgâr enerjisi, jeotermal enerji, hidrolik enerji ve termonükleer enerji ilke olarak elektrik üretiminde fosil yakıtların yerini alabilir. Ancak fosil yakıtlar sadece elektrik üretmek için kullanılmıyor. Örneğin motorlu taşıtlarda hâlâ yaygın olarak fosil yakıtlar kullanılıyor. Her ne kadar elektrikle çalışan taşıtlar olsa da elektriği depolamak, bir yerden başka bir yere aktarmak ve ticaretini yapmak fosil yakıtlar kadar kolay değil. Dolayısıyla günümüzde kısmen kullanılan rüzgâr enerjisi, güneş enerjisi ve diğer yenilenebilir temiz enerji kaynakları elektrik üretiminde fosil yakıtların yerini alsa bile hâlâ taşıma sistemlerinde kullanılabilecek, depolanması ve aktarılması kolay, çevre dostu yeni yakıtlara ihtiyacımız var.

     

    Alternatif Enerji Kaynakları

     

    Fosil yakıtlara alternatif olabilecek enerji kaynakları arasında biyoyakıtlar sayılabilir. Ancak fotosentezle güneş enerjisinin kimyasal enerjiye dönüştürülmesiyle üretilen biyoyakıtların, özellikle havacılıkta ve çeşitli ulaşım araçlarında en iyi seçenek olsa da, tek başına fosil yakıtların yerini almasının imkânsız olduğu tahmin ediliyor. Çünkü fotosentezin güç yoğunluğu (birim zamanda ve birim hacimde elde edilen enerji miktarı) düşük.

     

    Günümüzde bataryalar üzerine pek çok araştırma yapılıyor. Ancak bataryaların enerji yoğunluğu, fosil yakıtlarınkinin onda birinden daha az. Bu cihazların sağladığı enerji ancak küçük binek araçların ihtiyacını görece kısa mesafeler için karşılayabilecek düzeyde. Bataryaların enerji yoğunluğu lokomotifleri, gemileri, yük araçlarını, iş makinelerini ve ağır askeri araçları çalıştırmak için yeterli değil. Bu durumun birkaç sebebi var. Öncelikle geleneksel bataryalar hem yakıtı hem de bu yakıttan enerji elde etmek için gerekli oksijeni içeriyor ve bu durum sistemde depolanan enerji yoğunluğunun düşük olmasına neden oluyor. İkincisi, bataryalarda meydana gelen kimyasal tepkimeler oda sıcaklığında (düşük bir sıcaklıkta) gerçekleştiği için enerji yavaş bir hızla elde ediliyor. Diğer taraftan, fosil yakıt kullanılan içten yanmalı motorlar, yüksek sıcaklıklarda çalışıyor ve yakıt yakmak için havadaki oksijeni kullanıyorlar. Oksijenin depolanmasının gerekmemesi sistemdeki enerji yoğunluğunun yüksek olmasını sağlıyor. Ayrıca yanma tepkimesinin yüksek sıcaklıkta ve yakıt-oksijen karışımının yoğunluğunun optimum seviyede olmasını sağlayan yüksek bir basınç altında gerçekleşmesi, güç yoğunluğunun da yüksek olmasını sağlıyor.

     

    Geleneksel bataryalara alternatif olabilecek, havadaki oksijeni kullanan metalhava bataryaları var. Alüminyum, çinko, demir veya lityum içeren bu bataryalar, hem oksijenin sistemde depolanmasının gerekmemesi hem de metallerin sağladığı yüksek enerji yoğunluğu sebebiyle, geleneksel bataryalardan daha yüksek enerji ve güç yoğunluğuna sahipler. Fakat bu bataryaların düşük sıcaklıklarda çalışması kimyasal tepkimelerin yavaş ilerlemesine sebep oluyor ve pahalı katalizörlerin (kendisi tepkimede harcanmadan tepkimenin hızını artıran maddelerin) kullanılmasını gerektiriyor.

     

    Bir diğer temiz enerji kaynağı alternatifi, hidrojen gazı. Bu gazın pek çok özelliği enerji elde etmek için kullanılmaya çok uygun. Örneğin özgül enerjisi yüksek, tepkimelere girmeye istekli ve yakıldığında çevreye zararlı gazlar oluşmuyor. Ayrıca hidrojen gazı, içten yanmalı motorlardan gaz türbinli motorlara kadar pek çok teknolojiyle uyumlu. Ancak hidrojen gazının fosil yakıtların yerini almasının önünde iki önemli engel var. Birincisi sıkıştırılmış hidrojen gazının yoğunluğunun çok düşük olması. Daha yüksek yoğunluğa sahip olması için çok düşük sıcaklıklarda depolansa bile hidrojen gazının yoğunluğu hidrokarbon yakıtlarınkinin onda birinden daha az. Ayrıca hidrojen gazının sıkıştırılması ve depolanması enerji gerektiren bir süreç. Uzun zamandır hidrojen gazı depolama üzerine yapılan çalışmalara rağmen, yakın gelecekte depolanmış hidrojenin yoğunluğunun sıvı hidrojeninkinin üzerine çıkarılabileceği düşünülmüyor. Hidrojen gazının fosil yakıtların yerini almasının önündeki diğer önemli engelse hidrojenin yanıcı ve patlayıcı bir gaz olması. Hidrojen gazını güvenli bir biçimde depolamak ve kullanmak fosil yakıtlara göre çok daha zor.

     

    Hidrojen gazını üretmek ve depolamak ile ilgili sorunlar, metal-su tepkimelerinden yararlanılarak aşılabilir. Metaller, suyla tepkimeye girdikleri zaman yüksek miktarda enerji açığa çıkarken metal oksitler (metal ve oksijen atomlarından oluşan bileşikler), metal hidroksitler ve hidrojen gazı oluşur. Bu durum metal-su tepkimelerinden, gaz türbinli motorlarda ve yakıt gözelerinde enerji elde etmek için kullanılabilecek hidrojen gazını üretmede yararlanılabileceği anlamına gelir. Böylece hidrojen gazının depolanması ve düşük enerji yoğunluğundan kaynaklanan sorunlar da aşılmış olur. Ancak metal-su tepkimeleri, sıcaklık ve basıncın düşük ya da orta seviyede olduğu ortamlarda hayli yavaş ilerliyor. Bu yüzden metal-su tepkimelerini kullanarak yüksek güç yoğunluğu elde etmek kolay değil. Bu amaçla kullanılabilecek bir motor geliştirmek çok zor.

     

    Araştırmacılar tarafından üzerinde yoğun çalışmalar yapılan alanlardan biri de havadaki karbondioksit ve hidrojeni ham madde olarak kullanarak hidrokarbon yakıtları sentezlemek. Bu yöntemde enerji kaynağı olarak güneş ışığı ya da elektrik kullanılıyor ve elde edilen ürünler genellikle solar yakıt olarak adlandırılıyor. Hidrokarbonların fiziksel ve kimyasal özellikleri zaten içerisinde çeşitli hidrokarbonlar bulunan fosil yakıtlara benzediği için, solar yakıtlar günümüzde kullanılan teknolojilerle ve taşıma sistemleriyle uyumlu. Bu yakıtların elde edilmesiyle ilgili en önemli sorun atmosferdeki karbondioksit derişiminin düşük olması. Atmosferin hem ham madde kaynağı hem de atıkların içine bırakıldığı bir havuz görevi gördüğü bu yöntemin verimli bir biçimde enerji elde etmede kullanılabilmesi için pahalı altyapı yatırımlarının yapılması gerekiyor. Esasen atmosferdeki karbondioksit yerine sanayi kuruluşlarında üretilen karbondioksitin kullanılması durumunda, solar yakıtları daha ekonomik bir biçimde elde etmek mümkün olabilir. Ancak solar yakıtların motorlu araçlarda kullanılması atmosfere karbondioksit salımıyla sonuçlanacağı için, üretimleri sırasında temiz enerji kullanılsa bile, çevre dostu oldukları söylenemez.

     

    Metal Tozları

     

    Metallerin açık havada ve yanma ürünleri içinde yanabildiği yüzyıllardır biliniyor. Örneğin roket yakıtlarında ve havai fişeklerde metal tozları kullanılıyor. Ayrıca demir ve çeliği kesmek için de yaygın olarak metallerin yanmasından yararlanılıyor. Kesici aletleri bilerken ortaya çıkan kıvılcımlar da etrafa saçılan metal parçalarının havada yanmasıyla oluşur. Ancak metallerin yanmasıyla ilgili bilimsel araştırmaların gerçek anlamda 20. yüzyılın ortalarından sonra başladığı söylenebilir.

     

    Çevre Dostu Enerji Kaynakları Metaller oksijenle tepkimeye girdiğinde metal oksit bileşikleri oluşur ve yüksek miktarda enerji açığa çıkar. Metal oksit bileşikleri -örneğin Fe2O3, Al2O3- kararlı bileşiklerdir. Büyük çoğunluğu insan sağlığı için zararsız olan bu maddeler, normal koşullar altında katı halde bulunduğu için toplanmaları ve geri dönüştürülmeleri kolaydır. Günümüzde bor, yüksek enerji yoğunluğu sebebiyle patlayıcılarda ve iticilerde katkı maddesi olarak zaten kullanılıyor. Berilyum da enerji yoğunluğu yüksek olan metallerden, ancak berilyum oksit insan sağlığına zararlı olduğu için yakıt olarak kullanılabileceği düşünülmüyor. Doğada çok bol miktarda bulunan alüminyum, magnezyum, silisyum ve demir metallerinin enerji yoğunluğu da hayli yüksek. Bu metallerin gelecekte yakıt olarak kullanılması mümkün olabilir.

     

    Metallerin yakıt olarak kullanıldığı bir dünyada enerji trafiği özetle şu şekilde işleyebilir: Metal tozları, temiz enerjinin bol olduğu bölgelerde üretilebilir ve daha sonra diğer bölgelere taşınabilir. Metal tozları özel olarak tasarlanan cihazların içinde yakılarak enerji elde edilebilir. Yanma sonucunda oluşan katı metal oksit bileşikleri toplanabilir ve daha sonra çevre dostu enerji kaynakları kullanılarak geri dönüştürülebilir. Tüm bu süreçler sırasında sera gazları ya da çevreye zararlı herhangi bir ürün oluşmaz. Üstelik metal oksit bileşikleri, hidrokarbonlar kadar güvenli bir biçimde depolanabilir ve taşınabilir. Ayrıca nemden ve havadan korunacak biçimde depolandıklarında, metal tozlarının raf ömrü sınırsızdır. Bu senaryonun gerçeğe dönüşmesinin önündeki en önemli engel şu an metal tozlarındaki kimyasal enerjiyi yüksek hızlarla açığa çıkaracak bir motorun olmaması.

     

    Esasen metal-hava yanmalı motorları tasarlamak, düşük sıcaklıklarda çalışan bir metal-su yanmalı motoru tasarlamaktan daha zor. Ancak eğer geliştirilebilirlerse, yüksek güç yoğunluğuna ihtiyaç duyulan işlerde üstün performans gösterebilirler. Üstelik söz konusu olan motorlu araçlar olduğu zaman, metal-su motorlarında hem metal hem de su, sistemin ağırlığını artırarak performansının düşmesine sebep olacaktır. Metal-hava motorlarında ise metal dışında bir ağırlık yok. Yanma için gerekli olan hava atmosferden doğrudan sağlanacağı için güç yoğunluğu hidrokarbon yakıtların kullanıldığı motorlarınkine yakın metal-hava motorları geliştirmek mümkün olabilir. Ayrıca bu motorlarda metal-su motorlarında kullanılmaya uygun olmayan metaller de -örneğin demir- kullanılabilir.

     

    Geçmişte metal yakıtların içten yanmalı motorlarda enerji elde etmek için kullanılabileceği öne sürülmüştü. Ancak, metal tozlarının özellikleri içten yanmalı motorlarla uyumlu değil. Yanma sonucunda ortaya çıkan metal oksit bileşikleri hem içten yanmalı motorların tasarımına uygun değil hem de motorları aşındırabilir. Dolayısıyla metal yakıtlardan enerji elde edebilmek için dıştan yanmalı motorlara odaklanılması gerekiyor.

     

    Dıştan yanmalı motorlar günümüzde pek çok alanda enerji elde etmek için kullanılıyor. Fosil yakıtlar, jeotermal enerji, nükleer enerji ya da güneş enerjisiyle çalışan bu motorların metal yakıtlarla çalışabilecek hale getirilmesi mümkün olabilir.

     

    Taşıma sistemleri göz önüne alındığında, modern dıştan yanmalı motorların verimliliği, Sanayi Devrimi döneminde kullanılan ilkel, kömürle çalışan dıştan yanmalı motorlarınkinden çok daha yüksek. Hatta günümüzde dıştan yanmalı motorların verimliliği ve güç yoğunluğu içten yanmalı motorlarınkini geçmeye başladı. Ayrıca dıştan yanmalı motorlar, hibrit-elektrik güç aktarma aksamlarının parçaları olarak da iyi performans göstermeye aday.

     

    Dr. J. M. Bergthorson ve arkadaşları, Applied Energy’de yayımladıkları bir makalede metallerin yakılmasıyla yenilenebilir enerji elde edilmesi konusunu ele alıyor. Sonuçlar, metal tozlarının hidrokarbon yakıtlara yakın hızlarla yakılabileceğini gösteriyor. Yakıcı gazın bileşimi ve sıcaklığı değiştirilerek arzu edilen yanma hızları ve metal oksit parçacıklarının büyüklükleri kontrol edilebiliyor. Elde edilen yüksek ısı, sanayide ve konutlarda ısı gerektiren işlerde kullanılabileceği gibi mekanik ve elektriksel güç elde etmek için de kullanılabilir.

     

    Sistem bir metal yakıt tankı, bir toz dağıtma sistemi ve katı metal oksitlerin toplandığı bir tankla bağlantılı bir yanma gözesinden oluşuyor. Böyle bir motorla metal yakıtlardaki kimyasal enerji, yüksek hızlarla ısı enerjisine dönüştürülebilir ve çeşitli amaçlarla kullanılabilir. Örneğin bu ısı enerjisi doğrudan sanayide ya da konutlarda ısıtma amacıyla veya mekanik enerjiye dönüştürülerek lokomotifleri, otomobilleri ve gemileri hareket ettirmek için kullanılabilir. Üstelik, içten yanmalı motorların aksine, dıştan yanmalı motorları daha büyük boyutlarda imal ederek kapasitelerini artırmak çok kolay.

     

    Metal tozlarının fiziksel özellikleriyle kömür tozlarınınkilerin birbirine benzemesi, günümüzdeki kömür termik santrallerinin kolaylıkla metal tozlarından enerji elde etmek için kullanılabilecek hale dönüştürülebileceğini gösteriyor. Bu durum metal yakıtların kullanılmaya başlaması için gerekli yatırımların maliyetini düşürecektir. Ayrıca güneş enerjisi ve rüzgâr enerjisi gibi temiz enerji kaynaklarından elde edilen enerjinin depolaması ve ticareti bakımından da metal yakıtlar, hidrojen gazı ve geleneksel bataryalara göre çok daha avantajlı.

     

    Araştırmacılar tarafından önerilen metal yakıtlı enerji sistemlerinin; metallerin yüksek enerji yoğunluğu, ölü ağırlığın (enerji elde etmede kullanılmayan ağırlığın) düşük olması ve yakmanın yüksek sıcaklıklarda gerçekleştiği için tepkime hızlarının yüksek olması sebebiyle yüksek performansa sahip olacağı söylenebilir. Enerji elde edilirken atmosfere hiçbir şey salınmaması ve yanma ürünlerinin etkin bir biçimde geri dönüştürülebilmesi, oluşan katı metal oksitlerin tamamının toplanmasıyla mümkün oluyor. Ancak yanma tepkimesi sonucunda oluşan metal oksitler ham madde olarak kullanılan metalden daha ağır olduğu için metal oksit tankları aynı zamanda sistemin ağırlığının işletim sırasında giderek artmasına da neden olacaktır. Bu durum durağan sistemlerde sorun olmasa da ulaşım sistemlerinin performansını azaltacaktır.

     

    Gelecekte geliştirilmesi muhtemel metal-hava motorlarında kullanılabilecek yakıtlar arasında demir öne çıkıyor. Günümüzde metalürji ve kimyasal elektronik endüstrilerinde her yıl milyonlarca ton demir tozu zaten üretiliyor. Bu metali yaklaşık 2200 Kelvin sıcaklıkta dıştan yanmalı motorlarda yüksek verimle yakmak mümkün. Üstelik bu sıcaklık hem demirin kaynama sıcaklığından daha düşük (dolayısıyla demir tozları bu sıcaklıklarda depolanabilir) hem de demir oksitlerin ayrışma sıcaklığından daha yüksek (dolayısıyla demir oksit kolayca toplanabilir). Demirin önemli bir özelliği, geri dönüşümü ile ilgili zaten bilinen verimli yöntemler olması. Demir oksitleri 1000 0C’nin altındaki sıcaklıklarda hidrojen ile tepkimeye sokarak demir elde etmek mümkün. Dolayısıyla temiz kaynaklardan elde edilen hidrojen kullanılarak yanma sonucunda oluşan demir oksitler geri dönüştürülebilir. Ayrıca hidrokarbon yakıt kullanılan enerji santrallerinde ortaya çıkan karbondioksitin atmosfere salınmasını engellemek için kurulmuş reaktörlerde de demir oksitler kullanılıyor. Dolayısıyla yakıt olarak demir kullanılan dıştan yanmalı motorlar, çeşitli süreçler sonucunda oluşan karbondioksitin atmosfere salımını engellemek için de kullanılabilir.

     

    Dıştan yanmalı motorlarda yakıt olarak kullanılabilecek bir diğer element silisyum. Silisyumun yanmasıyla oluşan ve camın da ana maddesi olan silisyumdioksit hem çevre dostu hem de ev atıkları için kurulmuş tesislerde kolaylıkla geri dönüştürülebilir. Ancak şu ana kadar silisyumun yakılmasıyla ilgili yapılmış yeterli çalışma yok.

     

    Özet olarak, Dr. J. M.Bergthorson ve arkadaşlarının yaptığı çalışmalar, metal yakıtların enerji elde etmek için kullanılabileceğini gösteriyor. Metallerin yakılmasıyla elde edilen enerji hem doğrudan ısınma amacıyla kullanılabilir hem de dıştan yanmalı motorlar yardımıyla hareket enerjisine dönüştürülebilir. Metallerin yanma süreci henüz hidrokarbon yakıtlarınki kadar iyi anlaşılmış değil. Ancak şu anki bilgilerimiz gelecekte dünya genelinde metal yakıtların kullanılmasının mümkün olabileceğini gösteriyor. Bunun gerçekleşmesinin önündeki en önemli engel metal yakıtların kullanıldığı motorların henüz geliştirilmemiş olması. Eğer metal yakıtlar, fosil yakıtların yerini alabilirse bunun çevre açısından da çok yararlı sonuçları olacaktır. Çünkü hidrokarbon yakıtların aksine metal yakıtların kullanıldığı süreçler atmosfere sera gazı salımıyla sonuçlanmıyor.

     

    Kaynak: Bergthorson, J. M. ve ark., “Direct combustion of recyclable metal fuels for zero-carbon heat and power”, Applied Energy, Cilt 160, s. 368-382,2015.

  • Çin’de üretilen yeni güneş gözeleri ile hem güneş ışığından hem de yağmur damlalarından enerji elde ediliyor.

     

    Fosil yakıtların giderek azalması, maliyetlerinin yükselmesi ve yanmaları sonucu çevreye ve sağlığa zarar vermeleri nedeniyle bu yakıtlara alternatif olabilecek farklı kaynaklar geliştiriliyor. Hâlihazırda güneş, rüzgâr ve jeotermal gibi çevreye daha az zarar veren farklı yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı yaygınlaşmış durumda. Öyle ki güneş ışınlarından enerji elde edilebilen güneş panelleri evlerde dahi kullanılabiliyor. Ancak bu panellerin enerji verimliliğinin hava koşullarına bağlı olması bu yöntemin kullanımını sınırlandırabiliyor. Bu nedenle, Güneş’ten enerji elde edilen bu teknolojilerin geliştirilmesine yönelik farklı çalışmalar yapılıyor. Bu çalışmalardan biri de geçtiğimiz günlerde Angewandte Chemie dergisinde yayımlandı. Çalışmada güneş gözelerinin kullanımına yeni bir boyut kazandırılarak bu gözelerle sadece güneş ışınlarından değil yağmur damlalarından da enerji elde edilmesi sağlandı.

     

    Çin’deki Ocean ve Yunnan Normal üniversitelerinde geliştirilen bu yeni güneş panelinde boya ile duyarlı hale getirilmiş güneş gözeleri kullanılıyor. Güneş’ten gelen ışığı organik boya tabakası sayesinde soğurup elektrik
    enerjisine çeviren ince tabakalı bu gözeler, iyi bir iletken olan grafenle kaplanıyor. Grafen karbon atomlarından oluşan iki boyutlu bir malzeme. Grafendeki elektronlar yağmur suyundaki kalsiyum, sodyum, amonyum gibi pozitif yüklü iyonlarla etkileşerek çift katmanlı bir tabaka oluşturuyor ve bu sayede enerji elde ediliyor.

     

    Bu yeni gözeler yağmur damlalarıyla yüzlerce mikrovoltluk voltaj sağlarken, güneş ışığından gelen enerjiyi %6,53 verimlilikle elektrik enerjisine çevirebiliyor. Bu değer, hâlihazırda kullanılan güneş gözelerinin verimliliğiyle (%15-20) kıyaslandığında hayli düşük. Üstelik grafen kullanımı da bu gözelerin maliyetini artırıyor. Ancak her türlü hava koşullarında çalışan ve enerji ihtiyacına yeni bir çözüm sunan bu gözeleri geliştirmeye yönelik çalışmalar hızla devam ediyor.

  • Yaşamlarımız enerjiye bağlı. Fosil yakıt tüketiminin her geçen gün artması çevremizde kalıcı hasarlara neden oluyor. Tek bir bilgisayarı yıl boyunca çalıştırmak için ortalama 500 kilo kömür yakmak gerektiğini düşünün. Kömürün yakılması ağır metallerin ortaya çıkmasına, asit yağmurlarına ve dahası küresel ısınmaya neden oluyor. Bilim insanları, daha iyi ve çevre dostu bir enerji kaynağı bulmak için çalışıyor. Bu kapsamda hâlihazırda kullanılan yenilenebilir enerji kaynaklarının geliştirilmesi ve kullanım alanlarının artırılması, temiz bir geleceğin teminatları arasında sayılıyor.

     

    Japonya’nın Fukushima’da yaşanan nükleer felaketin ardından yenilenebilir enerji kaynaklarına önem verdiği biliniyor. Nishihira (1,7 MW) ve Higashihira (1,2 MW) göletleri üzerine kurulan yüzer güneş enerjisi santralleri yenilenebilir enerjiye verilen önemin bir göstergesi. Santraller 11 300 panelden oluşuyor. Santralde yıllık elektrik üretim miktarı 3.300.000 kwh. Bu da ortalama 900 hanenin yıllık elektrik ihtiyacına eşdeğer. Projenin yüklenici firması 2016 yılının ilk çeyreğine kadar, Yamakura Barajı üzerinde (13,4 MW) yaklaşık 50 000 panelden oluşan ve 4 000 hanenin ortalama yıllık elektrik ihtiyacını karşılayabilecek bir yüzer güneş enerjisi santrali kurmayı planlıyor. Japonya’da Okegawa ve Yasugi yüzer güneş enerjisi santrallerinden yıllık su vergisi olarak 1,2 $/m2 alınıyor.

     

    Yeryüzüne ulaşan güneş ışığı, cismin rengine ve dokusuna bağlı olarak dağılır. Örneğin beyaz bir bulut, üzerine düşen ışığın büyük bir kısmını yansıtır, yani albedosu yüksektir. Deniz yani su ise üzerine düşen ışığın çok az bir kısmını yansıtır, yani albedosu düşüktür. Suyun bu özelliği, yüzer güneş enerjisi santrali panellerinin üzerine daha fazla radyasyon düşmesine ve dolayısıyla verimliliğin artmasına yardımcı olur. Sıcaklık güneş panellerinin verimini düşürür. Yüzer güneş enerjisi santrallerinde ise rüzgârla taşınan su zerreleri panelin üzerindeki sıcaklığı azaltarak panel verimliliğinin artmasını sağlar. Santrallerde panellerin örttüğü su yüzeyi Güneş’ten beslenemediğinden yosun oluşumu azalır. Hidroelektrik santrallerin (HES) bulunduğu alanlara kurulabilecek yüzer güneş enerjisi tesisleri, ızgara ve soğutma suyu devrelerini tıkayan yosunların yol açtığı verim kayıplarını azaltabilir. Ayrıca suyun yüzeyini örten paneller, barajdaki buharlaşmanın da azalmasını sağlar. Saha tipi güneş enerjisi santrallerinde, güneş panelleri 20o-30o eğim açısıyla monte edilirken, yüzer güneş enerjisi tesislerinde bu açı 10o’dir. Bu da gölgeleme payının azalmasını ve yüzen güneş enerjisi santrallerinin, saha tipi güneş enerjisi santrallerinin kapladığı alandan daha az yer kaplamasını sağlar.

     

    Yüzer güneş enerjisi santrallerinin inşası, malzeme mühendisliğinin sınırlarını zorlar niteliktedir. Kıyı şeridinde diziler halinde birbirlerine monte edilen, darbe çentik mukavemeti yüksek, ısıl iletkenliği ve su emme özelliği düşük, yüksek yoğunluklu polietilen statik dubalar, kızaklar yardımıyla su yüzeyine indirilir. Ardından belli ölçekte salınma payı verilen dev dubalar, korozyona dayanıklı çelik halatlar yardımıyla kıyı şeridine sabitlenir.

     

    Elektriğin ve suyun aynı ortamda olması iyi bir fikir olmasa da, bu durumun yüzer güneş enerjisi santrallerinde sorun teşkil etmediği hâlihazırda kullanılan tesislerle ispatlandı. Sistemin kablo bağlantıları sudan izole kablo kanalları üzerinden taşınıyor. Yüzer güneş enerjisi santralleri ortalama 200 km/saat hızla esen siklon ve tayfun tipi rüzgârlara, 6 metreye varan dev dalgaların oluşturacağı darbe yüklerine ve aşındırıcı etkilere dayanacak şekilde tasarlanıyor. Yüzer güneş enerjisi santralleri enterkonnekte şebeke bağlantısına veya tüketim noktasına yakın göllerin ve rezervuarların üzerine inşa ediliyor. Bu sayede enerji hattında oluşan kayıplarının kısmen de olsa önüne geçiliyor.

     

    Yüzer güneş enerjisi santrallerinin maliyeti, zemine monte edilmiş güneş enerjisi santrallerininkinden daha fazla. Ancak yüzer enerji santrallerinde yıllık enerji üretiminin, zemine monte edilmiş eşit güçteki güneş santrallerininkinden daha fazla olması, kurulum maliyetini belli bir ölçüde karşılayarak yatırımların geri dönüş süresini neredeyse eşitliyor.

     

    Kullandığı enerjinin büyük bir kısmını nükleer enerjiden elde eden birçok ülke son 10 yılda, güneş enerjisine yönelik büyük yatırımlar yaptı. Ülkemizde ise bu konu son 3-4 yıldır gündemde. Lisanssız elektrik üretimine devletin sabit alım garantisi vermesiyle birlikte bu alana yatırım arttı.

     

    Öyle görünüyor ki 21. yüzyılda temiz ve yenilenebilir enerji alanında birçok ilerlemeye şahit olacağız. Uygarlığımız ve gelecek nesillerimiz için daha yaşanılabilir ve temiz bir dünya hayali aslında o kadar uzak değil.

     

    Yüzer Güneş Enerjisi Santraline Dünyadan Örnekler

     

    ABD: Kaliforniya’daki 6 atık su havuzu üzerine inşa edilmesi planlanan ABD’nin en büyük yüzer güneş enerjisi santraliyle (12,5 MW) ortalama 3000 hanenin elektrik ihtiyacının karşılanması hedefleniyor.

     

    Güney Kore: Nükleer enerji faaliyetlerinin yanı sıra yenilenebilir enerjiye de önem veriyor. Ülkede kurulan ilk minik yüzer güneş enerjisi santrali, 1550 solar modül kullanılarak tamamlanan, 0,465 MW gücündeki (yılda ortalama 150 hanenin elektrik ihtiyacı) Ayçiçeği yüzer güneş santrali. Santral maksimum güneş ışığına maruz kalacak şekilde tasarlandığından, saha ve çatı güneş santrallerine oranla ortalama %22 daha yüksek verimle çalışıyor. Bunun yanı sıra Ekim 2015’te inşaatı tamamlanan Kuzey Gyeongsang eyaletindeki 3 MW gücündeki yeni bir yüzer güneş santrali de devreye alındı. Santralde yılda 8.600.000 kwh elektrik üretilmesi planlanırken, ortalama 950 hanenin elektrik ihtiyacının karşılanması hedefleniyor.

     

    Hindistan: Sık yaşanan elektrik kesintileri, yaşamı ve ekonomik büyümeyi etkiliyor. Artan hava kirliliği ve kuruyan nehir yatakları Hindistan’ı temiz ve yenilenebilir enerji kaynaklarını değerlendirmeye itiyor. Bu kapsamda, Kerala eyaleti Banasura Sagar barajı üzerinde toplamda 50 MW gücünde (yılda ortalama 2700 hanenin elektrik ihtiyacının karşılanması hedefeniyor), devasa bir yüzer güneş enerjisi santrali yapılması planlanıyor. Bunun yanı sıra Gujarat eyaletinde bir su kanalı üzerinde 1 MW gücünde (yılda ortalama 300 hanenin elektrik ihtiyacın karşılanması hedefleniyor) bir güneş enerjisi santrali de var.

     

    Singapur: Ülkenin belli başlı nehir yataklarına ve göletlerine güneş enerjisi santralleri kurulması planlanıyor. Projelere imza atmadan evvel santrallerin alt yapılarının AR-GE çalışmalarına önem verilmiş durumda.

     

    Brezilya: Enerji ihtiyacının yaklaşık %65’ini HES’lerden karşılamasına karşın enerji arayışında olan diğer ülkeler gibi, yenilenebilir enerji kaynaklarına önem veriyor. Brezilya Enerji Bakanlığı’ndan yapılan açıklamaya göre, Balbina Hidroelektrik Santrali üzerine 350 MW’lık devasa bir güneş enerjisi santrali kurulması planlanıyor. Yılda ortalama 110.000 hanenin elektrik ihtiyacının karşılanması hedefleniyor.

     

    Türkiye: Ülkemizde güneş enerjisi yatırımları son iki yılda arttı. Yatırımcılar, kendi enerji ihtiyaçlarını karşılamak ve ürettikleri fazla enerjiyi elektrik dağıtım şirketlerine satmak için yenilenebilir enerjiye yönelik kaynak arayışında. Mersin’in Mut ilçesinde bulunan ve BM Holding’e ait olan Azmak 2 Hidroelektrik Santrali’nde kurulan Yüzer Güneş Enerjisi sistemi ile Hidroelektrik Enerji ile Güneş Enerji’sinin ortak kullanımı hedeflenmiş durumda. Toplamda 20 kWP olarak çalışılan projenin 10 kWp güce sahip ilk fazı Ekim 2014’te devreye alındı. Seferihisar Belediyesi yüzer güneş enerjisi santralleri kurmak için hazırlıklara başladı. Devlet Su İşleri’nden izin alınmasının ardından projeye başlanması planlanıyor. Ayrıca Devlet Su İşleri’nin yüzer güneş enerjisi santrallerine yönelik olarak kendi bünyesinde araştırma yaptığı ve ihalelere çıktığı biliniyor.

  • Temiz ve sürdürülebilir bir enerji kaynağı olan hidrojen de geleceğin enerji kaynaklarından biri olarak kabul ediliyor. Kimyasal enerjinin elektrik enerjisine dönüştürüldüğü yakıt hücrelerinde hidrojen yakıt olarak kullanılır. Yakıt hücreleri fosil yakıtların kullanıldığı motorlarla kıyaslandığında çok daha yüksek verimle çalışır ve hidrojenin kullanıldığı yakıt hücrelerinde yan ürün olarak sadece su açığa çıkar.

     

    Hidrojenin üretiminde farklı yöntemler kullanıyor. Ancak bu yöntemlerle ilgili temel problem maliyetlerin çok yüksek olması. Hidrojenin suyun elektrik enerjisi kullanılarak ayrıştırılması yani elektroliz ile eldesi maliyet problemi nedeniyle sıkça kullanılan bir yöntem değil. Hidrojenin neredeyse tamamı -yaklaşık %95’i fosil yakıtlar kullanılarak elde ediliyor. Bu nedenle bilim insanları fosil yakıtlara bağımlı olmayan, yenilenebilir enerji kaynaklarından yararlanılan farklı yöntemler üzerine çalışmalar gerçekleştiriyor. Bu yöntemlerden biri de suyun ayrıştırılarak hidrojen eldesinde güneş enerjisinin kullanılması.

     

    Bitkiler güneş enerjisini kimyasal enerjiye dönüştürme sürecini başarılı bir şekilde gerçekleştiriyor. Ancak hidrojen üretiminde güneş enerjisinin kullanılmasına yönelik şu ana kadar geliştirilen teknolojilerin verimlilikleri bu yöntemlerin uygulanabilir olabilmesi için yeterli değil.

     

    Bu amaçla kullanılan yöntemlerin ilki güneş gözeleri kullanılarak elde edilen elektrik enerjisinin suyun ayrıştırılmasında kullanılmasına dayanıyor. Güneş enerjisinin elektrik enerjisine dönüştürüldüğü ve suyun ayrıştırıldığı sistemlerin birleştirilmesi ise maliyetlerin düşmesine ve yöntemin verimliliğinin artırılmasına yardımcı olabilir.

     

    Işık etkisiyle suyun ayrıştırılması dolayısıyla hidrojen elde edilmesi yönteminde yarı iletken malzemeler kullanılıyor. Bu malzemelerin güneş ışınlarını verimli bir şekilde soğurması, bunun sonucunda yarı iletken malzemede yük taşıyıcıların oluşması ve bu yük taşıyıcıların suyun ayrışmasını sağlayarak hidrojen ve oksijen oluşturması gerekiyor.

     

    Yarı iletken malzemelerin yapısındaki elektronların çekirdek etrafındaki enerji seviyelerinde nasıl düzenlendiği malzemenin özelliklerini önemli ölçüde etkiler. Çok sayıda atomun bir arada olduğu katı maddelerde farklı enerji seviyelerinin bir araya gelmesiyle enerji bantları oluşur. Yarı iletken malzemelerde elektronların bulunduğu enerji bandı (değerlik bandı) ile boş elektron bandı (iletkenlik bandı) arasında bir enerji farkı vardır. Güneş ışığı yarı iletken malzeme tarafından soğurulduğunda -eğer soğurulan enerji, değerlik bandı ile iletkenlik bandı arasındaki enerji farkına eşitse- değerlik bandındaki elektronlar iletkenlik bandına geçebilir. Değerlik bandında ise elektron eksikliği olan bölgeler yani elektron boşlukları ortaya çıkar. Böylece yarı iletken malzeme içinde yük taşıyıcılar oluşur. Oluşan yük taşıyıcılar sudaki oksijenin elektron vererek yani yükseltgenerek oksijen gazını, sudaki hidrojenin ise elektron alarak yani indirgenerek hidrojen gazını oluşturmasını sağlar.

     

    Bu özellikte yarı iletken malzemeler var. Ancak yük taşıyıcıların oluşması için gerekli olan enerji miktarının, birçok yarı iletken malzemenin korozyonuna sebep olan kimyasal tepkimelerin gerçekleşmesi için gereken enerji miktarına yakın olması nedeniyle, güneş ışığı etkisiyle suyun ayrışmasını sağlayan sistemlerde yarı iletken malzemelerin dayanıklılığıyla ilgili problemler var.

     

    Güneş ışığı etkisiyle suyun ayrıştırıldığı sistemlerde ortaya çıkan problemlerden biri de yarı iletkenlerin değerlik bandı ile iletkenlik bandı arasındaki enerji farkının elektromanyetik spektrumun belirli bir aralığına denk gelmesi. Örneğin titanyum dioksitin (TiO2) enerji bantları arasındaki enerji farkı morötesi dalga boyundaki güneş ışınlarının soğurulmasıyla karşılanabilir. Bu ise Güneş’ten gelen enerjinin ancak belirli bir kısmının suyun ayrıştırılmasında kullanılabileceği anlamına gelir. Bu durum yöntemin verimliliğinin düşmesine neden olur.

     
    Hidrojen Üretiminde Güneş Enerjisinin Kullanılması
     

    Bütün bu etkiler nedeniyle suyun ayrıştırılmasında güneş ışınlarının kullanıldığı yöntemlerde uygun özellikte, verimliliği yüksek ve düşük maliyetli malzemelerin geliştirilmesi kilit role sahip.

     

    Hollanda’daki Eindhoven Teknoloji Üniversitesi’nden araştırmacılar LED teknolojilerinde de kullanılan galyum fosforun suyun, güneş ışığı etkisiyle ayrıştırılmasında kullanılabilecek uygun bir malzeme olabileceğini düşündü. Geliştirilen vurtsit-galyum fosfor malzemenin enerji değerlik ve iletkenlik bantları arasındaki enerji farkı, güneş ışınlarından geniş bir dalga boyu aralığında yararlanılabilmesine imkân sağlıyor.

     

    Vurtsit-galyum fosfor malzemenin düz bir yüzey şeklinde kullanılması durumunda ışığın soğurulma veriminin düşük olduğunu belirleyen araştırmacılar, bu sorunun çözümü için vurtsit-galyum fosfor nanoteller kullanmaya karar verdi. 90 nanometre (metrenin milyarda biri) çapındaki nanoteller bütün dalga boyundaki ışınları %100’e yakın bir verimle soğurabiliyor. Sonuçları Nature Communications dergisinde yayımlanan araştırmada, geliştirilen yeni malzeme sayesinde suyun güneş ışığı etkisiyle ayrıştırılmasında galyum fosforun kullanıldığı önceki sistemlerle kıyaslandığında 10 kat daha yüksek verim elde edildi. Ayrıca nanoteller, kullanılan yarı iletken malzeme miktarının önemli oranda azalmasını sağladığı için geliştirilen yöntem maliyet açısından da hayli avantajlı.

     

    Fosil yakıt kaynaklarının sınırlı olması ve sebep oldukları çevre problemleri nedeniyle dünyanın her geçen gün artan enerji ihtiyacını karşılamak için temiz, yenilenebilir, düşük maliyetli, güvenli ve sürdürülebilir yeni enerji kaynaklarına ihtiyaç duyuluyor. Güneş enerjisi alternatif enerji kaynakları arasında kapasitesi ve kolay ulaşılabilir olması nedeniyle belki de en umut verici olanı. Ancak Güneş’ten gelen enerjinin gün içinde değişkenlik göstermesi ve depolanamaması gibi sorunlar var. Bilim insanları güneş enerjisinin suyun ayrıştırılarak hidrojen eldesinde kullanılmasının bu sorunlara çözüm olabileceğini düşünüyor. Şu ana kadar sağlanan ilerlemeler bu teknolojilerin geniş ölçekte uygulanması için yeterli olmasa da gelecekte alternatif enerji kaynaklarının işbirliği dünyanın enerji sorununun çözümüne katkı sağlayabilir.

Sayfa 1 Toplam: 3123

Copyright © 2013 - 2017 • Tüm Hakları Saklıdır.