• Dünya nüfusundaki ve uygarlık düzeyindeki artışlarla birlikte toplam enerji gereksinimi artıyor ve buna karşın günümüzde kullanılmakta olan enerji kaynakları hızla tükeniyor. İşte tam bu noktada alternatif enerji kaynaklarına duyulan gereksinim kaçınılmaz hale geliyor. Petrol krizinin ve çevre sorunlarının etkisi altında, yakın gelecekte araçlarda kullanılan benzin, mazot gibi petrol kökenli konvansiyonel yakıtların yerini alacak alternatif yakıtların bulunması büyük önem taşıyor.

     

    Bugün yakıt seçiminde, motor yakıtı olma özelliği, çok yönlü kullanım, kullanım verimi, çevresel uygunluk, emniyet ve efektif maliyet ölçütleri göz önüne alınıyor. Bunlara dayalı bir değerlendirme, hidrojenin önemli bir enerji taşıyıcısı olduğunu ortaya çıkarıyor. Fosil yakıtlar yalnızca alevli yanmaya uygunken hidrojen alevli yanmaya, katalitik yanmaya, doğrudan buhar üretimine, kimyasal dönüşüme ve yakıt pili ile elektrik dönüşümüne uygun bir yakıttır.

     

    Peki, nedir hidrojen? Kokusuz, renksiz ve saydam olan, tadı olmayan, evrende en bol bulunan bu element aynı zamanda doğadaki en hafif elementtir. Gözlemlenebilir evrenin kütlece yaklaşık % 75’i hidrojenden oluşur. Kalan kısmı ise daha çok helyumdur. Özellikle genç yıldızlar, yıldızlar arasında bulunan toz ve gaz bulutları büyük miktarlarda hidrojen içerir. Güneşin kütlece yarısından fazlası da hidrojenden oluşur. Hidrojenin birim kütlesinin ısıl değeri, petrolünkinden 3,2 kat, doğal gazınkinden ise 2,8 kat fazladır.

     

    Yalnız bir konuyu da hatırlatalım, hidrojen doğada serbest halde bulunmaz. Yalnızca fosil yakıtlar dediğimiz petrol, kömür, doğal gazın ya da suyun içinde yer alır. Uygun teknolojiler kullanılarak bu kaynaklardan hidrojen elde edilir. Endüstriyel hidrojen, hidrokarbon yakıtlar ya da su kullanılarak üretilir. Üretim, kimyasal olarak yapıya bağlı bulunan hidrojenin, çeşitli parçalanma tepkimeleri ile fosil yakıtlardan termokimyasal yolla ya da sudan elektroliz ve benzeri yöntemlerle açığa çıkarılması prensibine dayanır.

     

    Peki elde edilen hidrojen nerelerde kullanılır? Dünyada üretilen hidrojenin yaklaşık olarak % 62’si gübre sanayisinin bir hammadesi olarak kullanılan amonyağın üretiminde, % 24’ü petrol rafinasyonunda ve % 10’u metanol üretiminde kullanılıyor. Kalan % 4’lük kısım ise metal ve cam sanayisinde, yağ sanayisinde hidrojenasyon tepkimelerini gerçekleştirmek için ve uzay çalışmalarında roket yakıtı olarak kullanılıyor.

     

    Amonyak üretiminden sonra hidrojenin en fazla kullanıldığı alan, halen petrol rafinasyonu. Rafinasyon işleminde yan ürün olarak açığa çıkan hidrojen ve hidrokarbon yakıtlardan hidrojen üretimi, en önemli iki hidrojen üretim süreci olarak bilinir.

     

    Petrol rafinasyonundan sonra üçüncü en büyük hidrojen tüketimi, metanol üretimi sırasında gerçekleşir. Dünyada üretilen hidrojeninin yaklaşık olarak % 10’u metanol üretiminde kullanılır. Amonyak ve metanol üretimi ile petrol rafinasyonu dışında kalan hidrojen, gaz firmaları tarafından tedarik edilir.

     

    Hidrojen de aslında elektrik gibi bir enerji taşıyıcısı. Halen uzay mekiklerinde kullanılan ve birçok uygulamada enerji üretimi için kullanılmaya başlanan yakıt pilleri, içten yanmalı motorlar, mikro türbinler ve benzeri sistemlerde değerlendirildiğinde, hidrojenden enerji üretilebilir.

     

    Hidrojen alevli yanma özelliği ile içten yanmalı motorlarda, gaz türbinlerinde ve ocaklarda yakıt olarak da kullanılır. Hidrojenin doğrudan buhara dönüşme özelliği, buhar türbinleri uygulamasında kolaylık sağlar. Bu özelliği ile endüstriyel buhar üretimi de kolaylaşır. Hidrojenin katalitik yanma özelliğinden kombilerde, mutfak ocaklarında, su ısıtıcılarında ve sobalarda yararlanılabilir. Hidrojen, yakıt pillerinde elektrokimyasal çevrimle doğrudan elektrik üretiminde de yüksek bir verimle (yakıt pili tipine bağlı olarak % 40-65) kullanılabilir. Yüksek verimlilikleri ve düşük emisyonları nedeniyle yakıt pillerinin yakın gelecekte ulaşım sektöründe ve elektrik üretiminde geniş bir kullanım alanı bulması bekleniyor.

     

    Türkiye’de ve Dünyada Hidrojen

     

    Peki ülke olarak biz hidrojenden bugüne kadar acaba nasıl yararlandık ve yararlanıyoruz? Ülkemizde de dünyadakine benzer şekilde, hidrojen esas olarak petrol rafinasyonunda, amonyak ve metanol üretiminde kullanılır. Yaklaşık 30 milyon ton petrolü işleyebilmek için gerekli hidrojen, başlıca İzmit, İzmir, Kırıkkale ve Batman rafinerilerinde üretilir. Rafinerilerde kullanılan hidrojen, kısmen ham petrolün işlenmesi için kullanılan dehidrojenasyon ünitelerinde kısmen de doğal gazdan üretilir.

     

    Dünyada hidrojen üretimi oldukça geniş ve büyüyen bir endüstri. Günümüzde dünyada her yıl yaklaşık olarak 50 milyon ton hidrojen üretilir. Üretilen hidrojenin petrol cinsinden karşılığı ise yaklaşık olarak 170 milyon ton. Halen üretilen hidrojenin tamamı eğer, gaz türbinleri, gaz motorları, kojenerasyon sistemleri ve benzeri enerji sistemlerinde değerlendirilseydi, dünyanın toplam enerji ihtiyacının yalnızca yaklaşık % 2’si karşılanabilirdi.

     

    Hidrojenin depolanması ve nakledilmesi bugün için oldukça pahalı. Bu nedenle üretimin büyük çoğunluğu bölgesel olarak gerçekleştirilir ve genellikle üretici firma tarafından hemen tüketilir. 2005 yılı itibarıyla, tüm dünyada, bir yıl içerisinde üretilen hidrojenin ekonomik değeri yaklaşık olarak 210 milyar TL’dir.

     

    Gelecekte Hidrojen

     

    Alternatif enerji taşıyıcılarından biri olacağı öngörülen hidrojeni acaba nasıl bir gelecek bekliyor? Önümüzdeki 30-40 yıllık dönemde Çin, Hindistan gibi yükselen ekonomilerin hızla artan talebiyle birlikte, petrolün fiyatının bugünkü varil başına 50 dolar düzeyinin çok üstüne çıkması bekleniyor. Bu durum karşısında devletler enerji çeşitliliğinin ve güvenliğinin sağlanması için alternatif kaynak arayışına girdiler.

     

    Yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelimin hız kazandığı bu dönemde, geleceğin yakıtı olarak kabul edilen hidrojen, hem devlet bütçelerinde hem de şirketlerin Ar-Ge yatırımlarında önemli bir yer tutmaya başladı. Uluslararası Enerji Ajansı IEA’nın vizyonu, temiz ve sürdürülebilir enerji arzının sağlanmasında, hidrojenin anahtar bir rol üstlenebileceği yönünde.

     

    Peki hidrojen gelecekte nasıl yaygınlaşacak? Hidrojenin yaygınlaşmasını sağlayacak üç unsur, enerji sektörünün ithal petrole bağımlı olması, daha verimli ve düşük maliyetli enerji sağlaması, çevreyi kirletmeyen temiz kaynak arayışıdır. Petrolün bugünkü ve gelecekte öngörülen durumu, ithalat bağımlılığı, fosil yakıtların yarattığı karbondioksit emisyonları ve Kyoto Protokolü’nün emisyonlara getirdiği sınırlamalar doğrultusunda, hidrojen çok önemli bir kaynak olarak nitelendiriliyor. Ancak şu an hidrojenin geleceği, altyapı ve üretim maliyetleri, hükümetlerin destekleyici politikaları ve teşvikler, yeni teknolojilerin toplum ve tüketiciler tarafından kabul görmesi gibi birçok parametreye bağlı. Petrole bağlı enerji sektörünün dönüşümünün sağlanmasında özel sektör kadar, destekleyici hükümet politikalarının da kilit rol oynaması bekleniyor.

     
    Dünyada hidrojen talebine yönelik beklenen gelişmeler şöyle sıralanabilir:

    • Hidrojenli araçları teşvik etmek amacıyla hidrojen istasyonlarının yer aldığı otoyol ağı kurulması amaçlanıyor,
    • Hibrid araçlarla başlayan dönüşüm sürecinin hidrojen, biyoyakıt veya batarya ile çalışan araçların piyasaya çıkmasıyla tamamlanması öngörülüyor.
    • Gelecekte iki yakıtlı araçların (dizel/hidrojen, benzin/hidrojen) otomotiv sektöründe payının artacağı tahmin ediliyor.
    • Evlerde hidrojen kullanımının yaygınlaşacağı düşünülüyor.
    • Geleceğe yönelik pazar beklentilerini değerlendiren senaryolara göre 2025 yılında dünya genel enerji tüketiminin yıllık 12-16 milyar ton petrole eşdeğer olması bekleniyor. 2025 ve sonraki dönemde, toplam enerji ihtiyacının % 10-20’sinin hidrojenden karşılanması öngörülüyor.
    • Otomotiv sektöründe de hidrojenli araçların pazarda yer alacağı düşünülüyor ve bu konuda yoğun teknoloji geliştirme çalışmaları yapılıyor.

     

    Ticari Hidrojen Üretim Süreçleri

     

    Hidrojenin üretim kaynakları bol ve çeşitlidir. Hidrojen, daha önce de sözünü ettiğimiz gibi fosil yakıtlardan elde edilebildiği gibi, güneş, rüzgâr, hidrolik enerji gibi yenilenebilir enerji kaynaklarından elde edilen elektrik enerjisi kullanılarak, elektroliz yolu ile sudan ve biyokütleden de üretilebilir. Suyun elektrolizi bilinen bir yöntem olmakla beraber, ekonomik hale getirilmesi konusunda çalışmalar yürütülüyor; benzer şekilde güneş enerjisinden biyoteknolojik yöntemlerle hidrojen üretimi konusunda Ar-Ge çalışmaları devam ediyor.

     

    Bugün ticari olarak üretilen hidrojenin büyük bir bölümü fosil yakıtlardan elde ediliyor. Günümüzde hidrojenin % 48’i doğal gazdan, % 30’u ham petrolden, % 18’i kömürden ve % 4’ü elektroliz yöntemi ile sudan üretiliyor.

     

    Yakıt Pilleri

     

    Yakıt pili teknolojileri, yüksek verimleri ve düşük emisyon değerleri nedeni ile hidrojenin kimyasal enerjisinin elektrik enerjisine dönüştürüldüğü önemli bir enerji dönüşüm ve üretim teknolojisi olarak bilinir. Geliştirilmekte olan yakıt pilli mikro kojenerasyon sistemlerinin temelde, hidrojen üretim sistemi, yakıcı, enerji koşullandırma sistemi ve elektrik üretiminde kullanılmak üzere yakıt pilinden oluştuğu görülmektedir. Teknoloji odaklı olarak, daha çok yüksek sıcaklıklarda (650-850 °C) çalışan ergimiş karbonatlı yakıt pilleri (EKYP) ve katı oksit yakıt pilleri (KOYP) ve düşük sıcaklıklarda (yaklaşık 80-200 °C) görev yapan PEM tipi yakıt pilleri üzerinde çalışılıyor. Hidrojen bir enerji taşıyıcısı olarak bu teknolojiler sayesinde önemini giderek artırıyor. Ancak gerçek anlamda hidrojen ekonomisine geçiş için stratejik ve teknolojik anlamda halen çözümlenmesi gereken önemli sorunlar var.

     
    Kaynaklar
    – Elvers, B., Hawkins, S., Ravenscroft, M., Schulz, G. (ed.), Ulmann’s Encylopedia of Industrial Chemistry, Cilt A13, VHS, s. 311, 1989.

    – Bade, W., Parekh, U. N., Raman, V. S., Seide, A. (ed.), Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, Beşinci baskı, Cilt 13, John Wiley & Sons, Inc., s. 759-808, s.837-866, 2005.

    – Spath, P. L., Mann, M. K., “Life Cycle Assesment of Hydrogen Production via Natural Gas Steam Reforming”, NREL National Renewable Energy Laboratory, 2001

  • Bilim insanları uzun zamandır enerji elde etmek için etkili ve çevreci alternatifler arıyor. Bu amaçla yapılan araştırmalardan biri de sahip olduğumuz teknolojileri ışık hasadını çok başarılı bir şekilde gerçekleştiren canlıların doğal teknolojileriyle birleştirmek.

     

    Yeşil bitkiler ve bazı organizmalar tarafından ışık enerjisinin kimyasal enerjiye dönüştürülmesi süreci olarak tanımlanan fotosentez, canlılar için gerekli olan enerjinin sağlandığı önemli bir süreçtir. Karbonhidrat moleküllerinde depolanan kimyasal enerji ihtiyaç duyulduğunda kullanılması için canlının çeşitli kısımlarına transfer edilir.

     

    Yapraklar güneş ışığı ve karbondioksit kullanarak mükemmel bir işlem süreci ile kimyasal enerji elde edebiliyor. Bilim insanları da benzer süreçleri yapay olarak geliştirerek temiz enerji elde etmeye çalışıyor. Bu süreç aslında çok da kolay sayılmaz. Ancak bu zorlu süreç başarıyla gerçekleştirilebilirse hidrojen yakıtı ve sıvı hidrokarbon elde edilebiliyor.

     

    Atmosferdeki oksijenin tamamına yakını fotosentez yapan organizmalar tarafından sağlanıyor. Her yıl fotosentez süreçleri sonucunda yaklaşık 176 milyar ton karbonhidrat üretiliyor. Doğada her an gerçekleşen bu süreçten ilham alınarak yapılan çalışmaların en önemlisi ve şimdiye kadar en çok ilerleme kaydedileni yapay yaprak ile ilgili araştırmalar.

     

    İtalyan kimyager Giamoco Ciamician 1912’de Science’ta yayımladığı makalede Güneş’in enerjisinin hasat edilmesiyle yakıt elde edilebileceğini vurgulamış. Günümüzdeki gelişmelerle güneş enerjisinden %15-%20 oranında verimlilikle elektrik enerjisi elde edebiliyoruz. Çoğu bitkide bu dönüşüm oranı %1 civarında olmakla birlikte bazı bitkilerdeki en yüksek oran %4,5. Bitkilerde ve fotosentez sistemlerinde öne çıkan nokta ise elde edilen enerjinin yüklü parçacıklar olarak değil de kimyasal bağlar olarak depolanması, yani yakıt üretilmesi. Yakıtlar da bataryalardan daha fazla enerji depolayabiliyor. Elektrik üretiminde güneş ışınlarının her zaman aynı şekilde panellere ulaşmaması, enerjiyi depolamak için pahalı ve ağır bataryaların kullanılması ve sürekli şarj döngüsünde bu bataryaların etkinliklerinin azalması mevcut sistemlerin eksi yönleri arasında.

     

    Güneş enerjisini etkili bir şekilde kullanma çalışmaları uzun zaman öncesine dayanıyor. Aslında güneş enerjisini etkili bir biçimde kimyasal enerjiye dönüştürebilen canlılardan ilham alınması çok da mantık dışı değil. Güneş enerjisi toplama teknolojilerimizi canlıların fotosentez gerçekleştirme yetenekleriyle birleştirmek iyi bir yol gibi görünüyor. Arizona Üniversitesi’nden profesör Thomas Moore’un belirttiği gibi “doğa kimya biliyor, insanlar da elektrik üretmeyi”.

     

    Yapay fotosentez çalışmalarının öncülerinden, Harvard Üniversitesi profesörü Daniel G. Nocera 2011’de ekibi ile birlikte hayli basit ve ucuz sayılabilecek bir yapay yaprak sistemi geliştirdi. Bu sistem güneş enerjisini kullanarak katalizör emdirilmiş silikon plakalar aracılığı ile suyu oksijene ve hidrojene ayrıştırıyordu. Oluşan bu gazlar baloncuklar olarak gözlenebiliyordu. Bu gibi sistemlerle elde edilen hidrojen gazı basınç tanklarında ve yakıt hücrelerinde kolayca depolanabilir.

     

    Yapay yaprak sistemlerinin çalışması üç temel sistem üzerine kurulu. Birinci sistem güneş ışığını yakalama görevini yerine getiriyor. İkinci sistem etkili bir şekilde toplanan güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştürüyor. Üçüncü sistem ise su moleküllerini oksijene ve hidrojene ayırmak için elde edilen elektrik yükünü kullanıyor.

     

    Glasgow Üniversitesi’nden profesör Richard Cogdell, güneş enerjisini sıvı yakıt haline getirebilecek yapay bir “yaprak” yaratmak için sentetik biyoloji yaklaşımı kullanmayı benimseyenlerden. Cogdell’e göre Güneş, enerjisini bize karşılık beklemeden sunar ancak bu enerjiyi kullanmanın bazı zorlukları vardır. Elektrik enerjisi elde etmek için güneş panelleri kullanılabilir ancak elde edilen enerji miktarı Güneş’in konumuna göre değişebilir, yeterince verimli olmayabilir ve elde edilen enerjiyi depolamak da zor olabilir. Yapılmaya çalışılan ise güneş enerjisini daha etkin bir şekilde yakalayıp ihtiyaç anında kullanmak için depolamak.

     

    Örneğin Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü tarafından üretilen 1 cm2 yüzey alanına sahip prototip, 40 saat süreyle %10 verimlilikle çalışıyor ve saniye başına 0,8 mikrolitre hidrojen üretiyor (https://www.youtube.com/watch?v=mul7rLCZbC0 bağlantısından prototipin çalışmasını izleyebilirsiniz). Kullanılan katalizörlerin kolay bulunabilen maddelerden olması da bu işlemi mantıklı kılıyor. Güneş enerjisinden elektrik üretimi oturmuş bir endüstri olarak kabul edilse de, enerjinin hidrojen olarak depolanması hem kullanım hem de depolama kolaylığı göz önünde bulundurulduğunda daha tercih edilebilir görünüyor. Kararlı bir kimyasal olarak depolanabilen hidrojen yakıtları bozulmaya dayanıklı, yüksek enerji yoğunluklu ve kolayca transfer edilebilir olmaları yüzünden daha fazla tercih ediliyor.

     

    Temiz Enerji İçin Bir Adım Ötesi

     

    Nocera’nın araştırmaları temiz enerji elde etmek için hayli ilgi çekici olmasına rağmen insanlığın beklediği enerji devrimi için yeterli değildi. Bunun başlıca sebebi ise hidrojenden elektrik üretiminin az bulunan metal katalizörler yoluyla gerçekleştirilebilmesi ve pahalı olmasıydı. Dünyanın karbon temelli yakıt kullanmaktan vazgeçmesi için bu çalışmalardan daha fazlasına ihtiyaç olduğu açık.

     

    Bitkilerde ise bu sorun yok. Hasat edilen güneş enerjisi sindirilebilir yakıt olarak depolanıyor. Burada asıl üzerinde durulması gereken soru şu: Güneş enerjisi kullanarak elektrik üretebiliyoruz ancak etkili bir şekilde yakıt üretebilir miyiz?

     

    Bitkilerdeki doğal süreçlerden ilhamla günümüz teknolojisini geliştirerek bu soruya olumlu yanıt vermek mümkün.

     

    Nocera ve ekibi bu soruya yanıt arayan ilk araştırmacılardan. Daha önceden geliştirdikleri yapay yaprak ile bir toprak bakterisi olan Ralstonia eutropha’yı birlikte kullandılar. Bu işbirliği sonucunda ilk aşamada üretilen hidrojen, karbondioksit eşliğinde bakteriyi beslemek için kullanıldı ve sonuçta bakteri hücreleri biyoyakıt salgıladı. Sistem kısa süre de olsa başarıyla çalıştı. Çünkü kullanılan katalizör aynı zamanda reaktif oksijen atomları da üretiyor ve bu da bakterinin biyokimyasal yapısını bozarak ölmesine sebep oluyordu.

     

    Kaliforniya Üniversitesi, Berkeley’de profesör olan ve yapay fotosentez araştırmalarının öncülerinden sayılan Çinli araştırmacı Peidong Yang, elektrik yüklü silikon kabloları canlı organizmalar üzerinde kullanarak aslında yeni bir sürdürülebilir enerji kaynağının var olduğunu gösterdi. Araştırmasında, çok uygulanabilir görünmese de bazı organizmaların elektrik akımında haftalarca hayatta kalmayı başardığını gözlemledi. Böylece doğal bir kaynak olan güneş enerjisinin hepimiz için ucuz ve çevreci bir enerji kaynağı haline gelmesinin yolu da açılmış oldu.

     

    İlerleyen süreçte, Nocera ve Harvard Üniversitesi’nden çalışma arkadaşı Pamela Silver karşılaştıkları problemi çözmek için seçtikleri ve geliştirdikleri bakteriyle uyumlu çalışan yeni bir katalizör kullandı. Ayrıca kullandıkları yapay yaprağı öncekinden daha ucuz ve daha verimli hale getirmeyi başardılar. Ekip bir katalizör çifti kullanarak suyu oksijen ve hidrojene ayrıştırdı ve elde edilen hidrojeni karbondioksit eşliğinde bakterileri beslemek için kullandı. Nocera ve Silver’in çalışmasında %10 verimlilik elde edildi, diğer bir ifadeyle güneş enerjisinin onda birlik kısmı yakıt dönüşüm sürecinde kullanıldı. Bu oran doğal fotosentez süreçlerindeki değerlerin hayli üzerindeydi.

     

    Biyomühendislik süreçleri sayesinde geliştirilmiş bakteriler aracılığı ile farklı sıvı yakıtlar sentezlenebiliyor. Nocera ve arkadaşları yeni katalizör sistemleri ve genetiği değiştirilmiş bakteriler kullanarak yakıt olarak izobütanol ve izopentanol de elde etmeyi başardı.

     

    Bu başarıların elde edildiği sırada Yang da çalışmalarına farklı bir yönde devam etti. Bakterileri hidrojen yerine saf elektronla beslemek istiyordu. Bazı bakteri türleri saf elektrik varlığında yaşayabilir. Örneğin Geobacter türleri elektronları alıp bazı kimyasal tepkimeleri gerçekleştirirken kullanır.

     

    Yang ve ekibi, 2013’te başladıkları araştırmalarda bazı bakteri türlerinin ışık hasadı yapan silikon nano tellerin içinde çoğaltılabileceğini gösterdi. Daha sonra bu nano teller aracılığıyla bakterilere elektron transferi yapıldı. Bakteriler gösterdikleri mükemmel uyum sayesinde elektronları kullanarak karbondioksit, su ve sıvı yakıt (asetat) üretti.

     

    Bir sonraki aşamada ise Moorella thermoacetica bakterisi (doğal süreçlerle asetat üretebilen bir bakteri) ve bazı kimyasallar kullanarak bakterilere ışığı soğurma yetisi kazandıran bir ceket oluşturduklarını bildiren Yang ve ekibi geliştirdikleri bu sistemin kendini yenileyen, güneş enerjili bir yakıt fabrikası olduğunu belirtti.

     

    Enerji Elde Ederken Başka Kazanımlar Kazanmak

     

    Konu sadece enerji elde etmek ile sınırlı kalmıyor. Oluşturulan yapay yaprak sistemleri aslında enzimler ve biyolojik makineler içeren özel tasarımlar. Her biri farklı kimyasal dönüşümler gerçekleştirmek üzere tasarlanabilir. Burada amaç karmaşık kimyasal süreçleri basite indirgemek.

     

    Bunun bir örneği olarak amonyak üretimini gösterebiliriz. 2016’da tüm dünyada amonyak kullanımı 166 milyon ton civarındaydı. Amonyak üretim sürecinde karbondioksit salımı gerçekleşir. Colorado Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı’nda araştırmacı olan Paul King, amonyak sentezini güneş ışığı ve bakteri kullanarak gerçekleştirdi. Hatta bir sonraki adımda sistemi sadece enzimler aracılığı ile çalışacak şekilde geliştirdi.

     

    Sürdürülebilir olan ve kendini yenileyen bu üretim bantlarıyla yakıt dışında plastik malzemeler ve ilaçlar da üretilebilir. Yang ve ekibi NASA tarafından desteklenen projelerinde astronotlar için uzayda gerekli olan yakıtı, oksijeni ve kimyasalları canlı organizmalar kullanarak sentezleyebilecek bir sistem üzerinde çalışmalarını sürdürüyor. Ayrıca farklı türdeki mini fabrikaları bir arada kullanarak çalışma programını kendi kendine ayarlayabilen sistemler üzerinde de çalışıyorlar.

     

    Güneş enerjisinin etkin bir şekilde kullanılması için araştırmacılar yeni tasarımlar üzerinde çalışmaya devam ediyor. Çevreci, maliyeti düşük, sürdürülebilir ve verimli sistemler için daha fazla araştırma yapılması gerekiyor. Şimdiye kadar gerçekleştirilen çalışmalarda elde edilen başarılı sonuçlar, enerji sorunumuza ve fosil yakıtlara bağımlılığımıza çevreci çözümler bulunması açısından ümit verici. Enerji dışındaki üretim çeşitliliğinin farklı kimyasal süreçler kullanılarak artırılmasına yönelik araştırmaların fazladan getirileri olacak gibi görünüyor.

     

    Kaynaklar
    – Azvolinsky, A., “Make like a leaf”, New Scientist, s. 28-31, 15 Nisan 2017.
    – Chong, L., Brendan, C. C., Ziesack, M., Silver, A. S., Nocera, D. G., “Water splitting-biosynthetic system with CO2 reduction efiiciencies exceeding photsynthesis”, Science, Cilt 352, Sayı 6290, s. 1210-1213, Haziran 2016.
    – Sakimoto, K. K., Wong, A. B., Yang, P., “Self-photosensitization of nonphotosynthetic bacteria for solar to chemical production”, Science, Cilt 351, Sayı 6268, s. 74-77, Haziran 2016.

  • 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.

Sayfa 1 Toplam: 41234

Copyright © 2013 - 2017 • Tüm Hakları Saklıdır.