Kazara keşfedip uğruna can verdiler! Dünyayı değiştirebilir: Petrolü tarihe gömecek tanecik
Yenilenebilir enerji kaynakları çevre dostu ve uzun vadede ekonomik oluşuyla geleceğin gücü olarak görülüyor. Bir zamanlar tıpkı petrolün geleceğin ta kendisi olarak görüldüğü gibi. Otomobil devi Henry Ford’un, 1925 yılında New York Times'a verdiği demeçte, şeker kamışı ve mısırdan elde edilen etil alkolün ‘geleceğin yakıtı’ olacağını söylemesi o zamanlar kulağa tuhaf gelmişti. Ondan 75 yıl sonra bir kaza sonucu keşfedilen ‘kum’ da tüm ‘tuhaflıklara’ rağmen ‘gelecek’ olabilir mi? Prof. Dr. İlhan Kocaarslan açıkladı.
Zeynep Dilara Akyürek / Milliyet.com.tr – Her şey doğal akışındayken bir şey olur ve bir anda içinde olunan durum tersine dönebilir. Çoğunlukla bu değişime sebep olan olaylara ‘kaza’ denir. Alışılmış anlamıyla olumsuzluğun ta kendisi olan kazalar, her zaman olumluyu olumsuza çevirmez. Yani dünyadaki dev keşiflere bakıldığında ‘kazara’ bulunan pek çok gelişim görülür. Tıpkı bir kaza sonucu bulunan ve keşfedildiği günden bugüne, en yaygın kullanılan antibiyotik olan ‘penisilin’ gibi. Enerji alanında da çevreye zarar veren yakıt ve kaynaklara karşı geliştirilmesi gereken bir ‘antibiyotik’ vardı. Kaderi penisilin gibi olan ve ‘kazara’ keşfedilen bu güç, 4.5 milyar yaşındaki dünyanın bu yaşına kadar toprak altında sakladığı petrol cevherinden bile güçlü olabilir miydi? Üstelik bu güç her biri 2 milim boyundaki minicik ‘kum’ taneleriyle elde edilecek olsa… Dünyada oksijenden sonra en çok bulunan elementi içinde saklayan kum, geleceği bugüne taşıyabilir mi? İstanbul Teknik Üniversitesi Elektrik-Elektronik Fakültesi Dekanı Prof. Dr. İlhan Kocaarslan ‘kumun sırrını’ Milliyet.com.tr’ye anlattı.
GELECEĞİN ANAHTARI KAZARA BULUNDU
Kazara keşfedilen bazı şeyler dünya tarihinin de seyrini değiştirmişti. 2000’lere henüz girildiğinde dünyanın en büyük 2’nci silikon üreticisi olan Wacker – Chemie şirketinde de kritik bir arıza sonucu dev bir keşif yapılmak üzereydi. Silikonun ön ürünü olan silan üretimi sırasında meydana gele arıza, 3 Mayıs 1998’de silisyum ve bakıroksit tozlarının aniden ısınmasıyla başladı. Depodaki ısı, oda sıcaklığı seviyesinden 200 dereceye kadar çıktı ve öyle kaldı. Teknisyenler ne olabileceğini anlamaya çalışıyor ama hiçbir sonuca ulaşılamıyordu. Ertesi gün aynı sorun tekrarlandı. Yeni bir keşfin ayak sesleri de bu sırada duyulmaya başladı. Artık depolar dışarıdan suyla soğutuluyordu. 2001’e gelindiğinde zincirleme bir reaksiyon oluştuğu saptandı. Depoların içine azot sıkıldığı anda o güne kadar hiçbir kitapta olmayan bir reaksiyon geliştiği keşfedildi. Başlangıç ısısı olarak 500 derece yetmiş ve oksijen bakıroksit birleşmesinin aynısını silisyum azot birleşimi yapmıştı. Sonunda ise silisyum nitrit oluşmuş ve ısı 6 bin dereceye kadar yükselmişti. Enerji, dünya üzerinde oksijenden sonra en çok bulunan element olan silisyumda saklanabiliyordu. Silisyum bakımından en zengin madde ise 2 milimlik kum taneleriydi. Uğruna dünya savaşları çıkan petrolü de geçip, geleceğin anahtarı olacak şey gerçekten de kum olabilir miydi? Prof. Dr. İlhan Kocaarslan şöyle açıklıyor:
"Silisyum, doğada bolca bulunan ve Dünya kabuğunda oksijenden sonra en yaygın ikinci elementtir. Bunun büyük bir kısmı, kuvars kumu formunda bulunur. Bu nedenle silisyum kaynağı olarak kum kullanmak ekonomik ve sürdürülebilir bir yöntemdir. Enerji sektöründe, özellikle silisyum bazlı teknolojilerde kum kritik bir hammadde olarak öne çıkar. Kuvars kumunun yüksek sıcaklıklarda karbonla eritilmesi ve ardından kimyasal olarak saflaştırılması sonucunda elde edilen yüksek saflıkta silisyum (%99,999 veya daha fazlası), fotovoltaik (güneş hücreleri ya da güneş panelleri sayesinde Güneş'ten elektrik elde etme yöntemi, PV) panellerin üretiminde temel ham madde olarak kullanılır. Bu süreçler enerji yoğun olmasına rağmen, hammaddenin bol bulunması ve silisyum bazlı güneş panellerinin uzun ömürlü oluşu sayesinde, ekonomik ve çevresel açıdan sürdürülebilir kabul edilir. Silisyumun kumdan elde edilmesi, yenilenebilir enerji sistemlerinin yaygınlaşmasında kritik bir rol oynar ve küresel karbon salınımını azaltmaya önemli ölçüde katkı sağlar."
ÜRETİM Mİ DEPOLAMA MI?
Kumdan enerji üretmek deyince, elbette kumun içindeki enerjiyi kullanmak anlaşılıyor. Ancak bu enerji kum tarafından mı kazanılıyor yoksa kuma mı depolanıyor? Asıl sorun ve keşfin önemi de burada başlıyor. Prof. Dr. İlhan Kocaarslan’a göre, “Kumdan enerji üretmek doğrudan mümkün olmasa da yüksek sıcaklıkta eritilerek gerçekleştirilen saflaştırma işlemlerinden sonra elde edilen silisyum, fotovoltaik hücrelerin üretiminde hammadde olarak kullanılabilir.” Yani kum içinde pek çok minerali barındırdığı gibi ısı ve enerjiyi de saklıyor. Üstelik Birleşik Arap Emirlikleri’nde bu son derece önemsenmiş ve bölgenin güçlü ve bol güneş ışığı alıyor olması değerlendirilmişti. Kumun üzerine kurulan bir yerde, kum kullanılarak TES (Termal Enerji Depolama) sistemi, başkent Abu Dabi'nin gelecekteki enerji sistemlerinin ekonomik gelişimi için önemliydi. Bu sistem tüm dünya için yeni bir sürdürülebilir enerji yaklaşımı sağlayabilir.
Prof. Dr. Kocaarslan bu işlemleri, “Isıyı tutma ve depolama kapasitesinden dolayı termal enerji depolama sistemlerinde kum kullanılabilir. Birleşik Arap Emirlikleri'ndeki Masdar Enstitüsü'ndeki araştırmacılar ‘Sandstock’ projesinde konsantre güneş santrallerinde ısıyı toplayan, transfer eden ve termal enerji depolama ortamı işlevi için kumu kullanmayı test ederek hem maliyeti düşürmeyi hem de yerel kaynaklarını kullandıkları için sürdürülebilir bir çözüm geliştirmeyi amaçlamışlardır. Bu testler kumun termal stabilitesinin ve ısı emme kapasitesinin 800-1000 santigrat dereceye kadar termal enerji depolayabildiğini göstermiştir. Kum bataryalarının çalışma mantığı da, toplanan güneş ışınlarının aynaların odak noktasından geçirilerek tüpün içinden iletilen suda toplanması ve doğrudan buhar üretimi gerçekleştirilmesi esasına dayanan CSP tesisleriyle benzerdir. Isı depolama ortamı olarak kum kullanılır ve herhangi bir kaynaktan elde edilen enerji ile kumda ısı depolanır” diye açıkladı.
'FİNLANDİYA KULLANIYOR, OLUMSUZ SONUÇLARI DA OLACAK'
Kum bataryaları yenilenebilir enerji kullanımını kolaylaştıracak bir keşif olsa da, hiçbir şey her zaman mükemmel olamıyordu. Bu bataryaların da elbet bir kusuru olacaktı. Güneş ve rüzgâr enerjisi gibi kesintili enerji kaynaklarının sürekliliğini sağlayarak fosil yakıt kullanımını azaltıyor ve karbon emisyonlarının düşmesine katkıda bulunuyordu. Ayrıca kumun bol bulunan, toksik olmayan ve yeniden kullanılabilir bir malzeme olması, çevresel kirliliğini de önlüyordu. Ancak bu kadar avantajı olması en büyük dezavantajıydı. Çünkü kum aranan bir madde olacak ve kum olan bölgeler aşırı kum alımı sonucu tahribata mahkûm olacaktı. Özellikle sahilde ve nehir yataklarında aşırı kum madenciliğine yol açarsa bu durum beraberinde erozyon, ekosistem tahribatı ve biyoçeşitliliğin zarar görmesi gibi sorunları getirecekti. Ayrıca kumun yüksek sıcaklıklara ısıtılması ve depolanması için kullanılan enerji yenilenebilir kaynaklardan sağlanamazsa, karbon ayak izi artacaktı. Kum bataryalarının geniş alan ve özel depolama sistemleri gerektirmesi, özellikle kentsel bölgelerde arazi kullanımı konusunda da zorluklara yol açabilir. Kumun enerji yoğunluğu günümüzde neredeyse her teknolojik eşyada kullanılan lityum-iyon bataryalara göre daha düşük olması, daha büyük ölçekli sistemler gerekebilir ve bu da daha fazla malzeme tüketimi anlamına gelir. Bunun yanı sıra uzun süreli depolamada yaşanabilecek ısı kaybı, enerji verimliliğini düşüreceğinden, kaynak israfına neden olabilir. Prof. Dr. İlhan Kocaarslan yenilenebilir enerjiyi depolamak konusunda devreye giren kumu kullanan Finlandiya’dan örnekle ‘güneşin’ önemini anlatarak sözlerini noktaladı.
"Yenilenebilir enerji kaynaklarının en büyük handikapı, doğa olaylarından doğrudan etkilenmeleri nedeniyle kesintili olmalarıdır. Güneşli ve bulutsuz bir gün olmadığında veya gece saatlerinde fotovoltaik paneller tam verimde çalışamaz. Benzer şekilde rüzgâr esmiyorsa rüzgâr türbinleri durur. Artan nüfusla birlikte her geçen gün büyüyen enerji talebini yönetebilmek için enerji kaynaklarını çeşitlendirerek enerji güvenliğini artırmalı ve doğaya en az zararı vererek enerji ihtiyaçlarımızı karşılayacak çevreci çözümler geliştirmek zorundayız. Kum bataryaları da son yıllarda geliştirilmiş, yenilenebilir enerji kaynaklarının kesintili üretim sorununa çözüm sunmak amacıyla geliştirilen yeni bir teknolojidir. Şu an Finlandiya’da faaliyette olan bir kum batarya tesisi bulunuyor. Bu sistemde, gündüz saatlerinde yenilenebilir enerji kaynaklarından üretilen fazla enerji kullanılarak kumda ısı enerjisi depolanıyor ve bu enerji gece saatlerinde kullanılabiliyor. Enerji üretim maliyeti açısından da kum bataryaları oldukça avantajlıdır. Gündüz saatlerinde, talepten fazla üretilen enerjinin maliyeti düşük olduğu için bu fazla enerji, kum bataryalarında termal enerji olarak depolanabilir. Gece saatlerinde ise güneş enerjisi üretilemediğinden elektrik maliyetleri yükselir ancak bu durumda kum bataryalarındaki ısı enerjisi, evlerin ısıtılması gibi amaçlarla kullanılabilir. Bu teknoloji, yenilenebilir enerjinin daha verimli ve sürdürülebilir kullanımını mümkün kılıyor." - Prof. Dr. İlhan Kocaarslan
