Pek çok iklim uzmanına göre küresel ısınma, insan neslinin geleceği için en önemli tehdit unsurlarından birisi haline geldi. Atmosferik karbondioksit, ölçümlere göre değişkenlik gösterse de, 400 ppm seviyelerine kadar ulaştı1. Bu değer, bazı bilim insanlarınca “geri dönülemez” seviye olarak yorumlanıyor. Kısacası insanlığın geleceği için bu sorun bir an önce çözüme kavuşturulmalı. En önemli çözüm alternatifi olarak öne sürülen yenilenebilir enerji, ne yazık ki bu derdimize derman olacak gibi durmuyor.

Peki ama neden? Neden insanlık böylesine büyük bir tehlike ile karşı karşıyayken güneş panelleri termik santrallerin, rüzgar gülleri de doğalgaz çevrim tesislerinin yerlerini almıyor. Ülkemizde bu soruya verilen cevaplar çoğunlukla “petrol lobisinin ve enerji patronlarının”, temiz enerji teknolojierini engelledikleri yönünde oluyor ancak biz meseleye bilimsel açıdanele alacağız. Yazımızın sonunda da petrol lobilerinin temiz enerji çalışmalarını engellemeye güçlerinin yetip yetmeyeceği konusunu, ekonomik açıdan kısa bir şekilde inceleyeceğiz. Ayrıca, konuya uzak haber kaynaklarında gördüğümüz “X ülkesi Y gün boyunca enerjsinin tamamını yenilenebilir enerjiden elde etti” haberlerini neden pek de ciddiye almamamız gerektiğine değineceğiz.

Yenilebilir enerjinin yaygınlaşmamasının iki temel nedeni vardır: verimlilik ve enerji depolama sorunu. Şimdi gelin bu iki sorunu birlikte ele alalım.

Verimlilik

Yenilenebilir enerji denilince akla gelen ilk gelenler güneş ve rüzgar enerjileridir. Bunun dışında hidrojen enerjisi, jeotermal enerji gibi alternatifler olsa da bunlar şimdilik insanlığın enerji sorununu çözmekten çok uzaktalar. Örneğin hidrojeni saflaştırmak için harcanan enerji, hidrojen pilinin ürettiği enerjiden daha fazladır. Jeotermal santrallerin sorunu ise güvenilir bir enerji kaynağı olmamalarıdır. Ayrıca dünyanın çok kısıtlı bölgesinde yeteri kadar enerji sağlayacak jeotermal kaynakları vardır.

Güneş ve rüzgar enerjisinde, özellikle güneş enerjisinde, temel sorun düşük verimliliktir. Verimlilik bölümünde rüzgar enerjisi incelemeyeceğiz zira onların yaygınlaşmamalarının asıl nedeni düşük verimlilik değil, depolama sorunudur.

Günümüzde kullanılan en gelişmiş ticari güneş panellerinin verimliliği  %20 civarlarındadır. Schockley ve Queisser isimli iki biliminsanı 1961 yılında yaptıkları bir çalışmada, silikon temelli fotovoltaik (piyasadaki bütün ticari güneş panelleri fotovoltaik silikondur) güneş panellerinin maksimum verimliliklerinin %32 olduğunu söyler. 2 Bu şu anlama gelir, tek bağlantı noktalı (single junction) silikon güneş panelleri, güneş ışınının en fazla %32’sini absorbe edebilir. Bugün çoklu bağlantı noktasına sahip güneş pilleri ile daha yüksek verimlilik elde edilebilse de yüksek verimlilik çok pahalıdır bu yüzden bilim insanları ve yatırımcılar silikon temelli güneş panellerinin temiz enerji sorununa çözüm üretemeyeceğini düşünürek yeni alternatifler aramaktadırlar. Öne çıkan iki alternatif perovskit ve kuantum nokta güneş panelleridir. Yüksek verimlilik vadeden bu iki teknolojiye ileride tekrar değineceğiz. Öncelikle, Türkiye’nin bütün enerji ihtiyacını güneş panelleriyle karşılamak için ne gibi  bir büyüklükte enerji tesisine ihtiyaç duyacağımıza bakalım. TEİŞ verilerinden hazırlanan Görsel 1, Türkiye’nin toplam kurulu elektrik gücünün 78 497 Megawatt olduğunu ve enerji türlerinin toplam üretimdeki paylarını gösteriyor. Türkiye’nin en gelişmiş güneş enerjisi santrali olan Kızören GES’te kullanılan paneller (üreticinin sağladığı verilere göre kilometrekare başına 41.4 MW) kullanılarak Türkiye’nin enerji ihtiyacı karşılanmak istense 1 896 kilometrekarelik bir güneş tarlası kurmamız gerekirdi. Bu, Tuz Gölünden biraz daha büyük bir alan anlamına geliyor.

Görsel 1: 31 Aralık 2016 itibariyle Türkiye’nin 78 497 MW’lik kurulu elektrik gücünün farklı enerji tesislerine göre dağılımı. Kaynak TEİAŞ.

Yazının sonunda linki verilen üretici verilerine3 göre Kızören GES’te maliyet kilometrekare başına 52.2 milyon dolar oldu. Bu demek oluyor ki Türkiye’nin bütün enerjisini karşılayacak güneş santrali için 98.97 milyar dolarlık bir yatırım yapmak gerekiyor. Üstelik bu parayı yaklaşık her 15 yılda bir ödemeniz gerekiyor çünkü güneş panellerinin ortalama ömrü bu süre içerisinde tükeniyor. Diyelim ki bu parayı ve yaklaşık 2 bin kilometrelik bir araziyi gözden çıkardınız ve elde ettiğiniz yüksek verimlilik sayesinde bu maliyet, diğer enerji tesislerindeki yakıt masrafıyla sübvanse edilir hale geldi. Ne yazık ki şimdi de verimlilikten çok daha büyük bir sorun karşınızda duruyor ve hala çözülmeyi bekliyor: depolama sorunu. Daha pratik konuşacak olursak akşam olduğunda, rüzgar kesildiğinde ne olacak?

Depolama Sorunu

Güneş tarlaları mevsime göre günün 10 ila 15 saatinde enerji sağlayabilirler. Rüzgar gülleri ise rüzgarın eksikliğinde devasa birer oyuncaktan başka bir şey değildirler. Üstelik rüzgarın ne zaman çıkacağı, bulutlanmanın ne kadar olacağı sizin enerji ihtiyacınıza göre belirlenmez. Yenilenebilir enerjideki bu arz güvensizliğini ortadan kaldırmak için gün içerisinde ve rüzgarlı havalarda üretilen enerjiyi daha sonra kullanmak için depolamak gerekir. Yenilenebilir enerjinin eksik halkası da tam olarak budur, yani depolama sorunu. Ne yazık ki şehirlere, ilçelere, köylere hatta tek bir apartmana dahi yetecek kadar enerji depolayabilen teknolojiler henüz emekleme aşamasında. Enerji depolama teknolojileri oldukça ilkel olmalarının yanısıra çok da pahalılar. Bu sorunun çözülememiş olması, yenilenebilir enerjinin yaygınlaşmamasının temel nedeni olarak öne çıkıyor.

Umut Her Zaman Vardır: Çözüm Alternatifleri

Çizdiğimiz tablo her ne kadar karamsar ögeler içerse de mühendislik, zor olanı başarmak sanatıdır. Dünyanın farklı yerlerinden farklı bilim insanları, mühendisler, girişimciler, yenilenebilir enerjinin verimlilik ve depolama sorunlarını çözebilmek için uğraşlar veriyor.

Yüksek verimli güneş panelleri üretebilmek için sayısız aday teknoloji bulunsa da şimdilik iki tanesi öne çıkıyor, bunlar perovskit ve kuantum nokta güneş hücreleridir. Perovskit güneş hücreleri, son birkaç yılda ortaya çıkan oldukça genç bir teknolojidir. İlk ortaya çıkışlarının üzerinden sadece birkaç yıl geçmiş olmasına rağmen bu paneller, %20’nin üzerinde verimlilik elde ettiler. Bu şimdiye kadar kaydedilmiş en hızlı gelişme.4

Kuantum nokta güneş hücreleri, 15 yıldan uzun süredir üzerinde çalışılan bir teknolojidir. Şu an için kaydedilmiş en yüksek verimlilik değerleri %10 civarlarında4 olsa da bu teknoloji gelecek vadetmekte. Kuantum noktalar, boyutlarının değiştirilmesiyle bant aralığı enerjisi değişen, nano boyutta (genellikle 5-10 nanometre) parçacıklardır. Bant aralığının değişmesi, farklı enerjilerdeki elektromanyetik dalgaları abosrbe ederek elektrik enerjisine çevirebilmesi anlamına geliyor. Geleneksel güneş hücrelerinde verimlilik üst limitinin (Schockley-Queisser limiti) bulunma nedeni, enerji bant aralığı sabit olan geleneksel yarı iletkenlerin, görünür ışığın sadece belirli bir kısmını absorbe edebilmeleridir. Genellikle, görünür ışığın kızıl tarafı absorbe edilemez ve tabiri caizse bu enerji çöpe gider. Ayrıca, yüksek enerjili fotonların (mor ve mor ötesi ışınlar) bant aralığından daha fazla olan enerjileri ısı olarak harcanır. Bu durum hem fotonun enerjisinin bir kısmının elektrik üretemeden harcanmasına hem de ısınma nedeni ile panelin verimliliğin düşmesine neden olur. Kuantum noktalarda gözlemlenen MEG (Multiple Exciton Generation) mekanizması, yüksek enerjili fotonların fazla enerjisinin ısı olarak kaybolmak yerine birden fazla elektronu uyarması anlamına geliyor. Bu mekanizma, kuantum nokta temelli güneş hücrelerinin teorik verimliliğinin %70’e yakın bir değere ulaşmasını sağlıyor.4 Ancak dediğimiz gibi her şey şimdilik teorik, kuantum nokta ve perovstik güneş hücrelerinin gelişmesi ve endüstriyel ölçeğe ulaşabilmesi için biraz daha beklemek gerekecek.

Depolama teknolojileri bakımından da umutlanmamızı sağlayan bazı çalışmalar yapılıyor. Akışlı bataryalar, pompaj depolamalı HES’ler ve erimiş sodyum-sülfür (NaS)  bataryaları yenilenebilir enerji depolaması için öne çıkan alternatifler arasında. Akışlı bataryalar ve NaS bataryalarında elektriğin katı elektrot yerine sıvı elektrolitte depolanması, enerji depolama ve boşaltma sürecinin hızlanmasına ve yüksek miktarlarda enerji depolanabilmesine imkan sağlıyor. Ayrıca, geleneksel bataryalarda elektrot yüzeyinin zamanla aşınması nedeniyle yaşanan performans kayıpları bu bataryalarda gözlemlenmiyor.

Enerji depolamanın bir tabu olduğunu ve buna ihtiyaç duymadığımızı söyleyen isimler de bulunmakta. Bunlardan birisi de Times’ın En Etkili 100 İnsan listesinde yer alan dünyaca ünlü enerji uzmanı Amory Lovins. Lovins yayınladığı bir videoda5, yenilenebilir enerjiyi depolamaya ihtiyacımız olmadığını, geleneksel enerji tesislerinin de 7/24 çalışmadığını, eğer farklı enerji tesislerinden oluşan arz ağı kurabilirsek şebekeye 7/24 elektrik verebileceğimizi iddia ediyor. Aslında bu günümüzde olan durumun ta kendisi. Türkiye için düşünecek olursak, örneğin Maraş’taki termik santral devre dışı kaldığında İzmir’deki barajların kapakları açılıyor ve böylelikle enerji sürekliliği sağlanıyor. Yenilenebilir enerji açısından da şöyle düşünülebilir. Akşam satlerinde Konya’daki GES devre dışı kalmay başladığında Kırşehir’deki RES devreye alınacak ve böylece enerji sürekliliği sağlanacak. Amory Lovins’in kurucusu olduğu Rocky Mountain Institute, ABD için sadece yenilebilir enerji kaynaklarından oluşan bir enerji simulasyonu yaptı ve depolamaya ihtiyaç olmadığını kanıtladı. Ancak bu konuda yapılmış başka çalışmaların olmaması ve RMI’nın çalışmasının henüz tetkik edilmemiş olması nedeniyle Amory Lovins’in haklılığı konusunda bir yorumda bulunmamız şimdilik mümkün değil.

Yalanlar ve Dedikodular

Türkiye’de hakim olan görüşlerden birisi, ne yazık ki, yenilenebilir enerjinin yaygın olmama nedenleri olarak petrol lobilerini, karanlık nükleer enerji programlarını ve eli kanlı finansörleri görür. Derler ki güneş ve rüzgar enerjisinin tüm dünyayı sarabilmesi için petrolün bitmesini bekliyorlar. Burada şunu sormak gerekir: Bu bekleyenler kim? Sibirya’dan Ümit Burnu’na; Yeni Zelanda’dan Alaska’ya kadar tüm dünyanın enerji tüketimini kontrol altına alabilecek kadar güçlü insanlar gerçekten de var mı? Sorulması gereken bir diğer soru da neden kömür madeni bitmediği halde kömürlü buhar motorlarının kullanımı tarihe gömüldü? 1. Dünya Savaşı’nın nedenlerinden birisi Fransa-Almanya arasındaki kömür madenleriyken, kömür lobisi bu uğurda savaş çıkarabilecek kadar güçlüyken  nasıl oldu da petrolcülerin kendilerini alt etmelerine izin verdiler?

Bu soruların cevabı bilim ve ekonomide gizli. Bana kalırsa dünya üzerinde kömür lobisi hiçbir zaman var olmadı, kömür lobisine benzer şekilde petrol lobisi de yok nükleer lobi de… Lobiler yerine, parasını kömür endüstrisinden petrol endüstrisine çevirme kararı alan yatırımcılar var. Petrol teknolojisi, petrole yatırım yapmayı kömüre yatırım yapmaktan daha karlı bir hale getirdiği andan itibaren yatırımcılar paralarını kömürden çekip petrole kaydırdılar. Benzer şekilde, gelişen teknolojiyle birlikte yenilenebilir enerji de petrolden daha karlı bir endüstri olmaya başladığı andan itibaren yatırımcılar petrol gemisini birer birer terk etmeye başlayacaklar. Hiçbir lobi, dünyanın farklı yerlerinde farklı dilleri konuşan, beklentileri, korkuları, dünya görüşleri farklı olan bu yatırımcıları petrolden güneş enerjisine kaçmaktan alıkoyamaz. Sermayenin dini, ideolojisi, milleti olmadığı gibi emir alacağı bir lobi de yoktur. Tıpkı çökmeye başlayan kömür madeninden kaçan yatırımcıların petrol gemisine sığınmaları gibi ileride petrol gemisinin su almaya başladığını gören yatırımcılar uçsuz bucaksız güneş tarlalarına kaçacak, rüzgar güllerinin çıkardığı uğultu da huzur bulacak. Belki de bunun için çok beklemeye de gerek yok. Günümüzde dahi bazı yatırımcılar servetlerini temiz enerji teknolojisi yolunda harcıyorlar. Bunu, petrolden nefret ettikleri için, doğanın geleceğini düşündükleri için yapmıyorlar. Tek dertleri para. Ceplerinde milyarlarca doları olan bu yatırımcıları durdurmaya hiçbir lobinin gücü yetmiyor.

Son olarak medyada sık sık gündeme gelen yenilenebilir enerji haberlerine değinmek istiyorum. Örneğin 19 Mayıs 2016 tarihli bir haberde6, Portekiz’in enerjisini 4 gün boyunca sadece yenilenebilir enerjiden ürettiği söyleniyor. Uluslararası Enerji Ajansı’nın hazırladığı Energy Policies of IEA Countries – Portugal raporunda, Portekiz’in 2015 itibariyle kurulu gücünün %35’inin HES olduğu görülüyor. Yenilenebilir enerji konsepti gereği, hidroelektrik santraller de yenilenebilir enerji türü olarak sayılıyor. Görsel 2, Portekiz’in kaynaklara göre kurulu güç dağılımını göstermektedir. Görselden de anlaşılacağı üzere Portekiz’in sahip olduğu GES’ler, toplam elektrik üretiminin %5’inden dahi küçük bir miktara denk geliyor. Kısacası, 19 Mayıs 2016 tarihli haberde bahsedilen yenilenebilir enerjinin yarısından fazlası HES kaynaklı. Pek çok çevreci örgütün hemfikir olduğu üzere hidroelektrik santraller çevreci olmaktan uzaklar. Bu tesislerin sıfır karbon salınımlı tesisler olmadığı yönünde bazı iddialar da mevcut ancak bu konu, yazımızın kapsamı dışında olduğu için değinmeyeceğiz.

Görsel 2: OECD ülkelerinin kaynaklara göre elektrik üretim dağılımı. Kaynak IEA.

HES’lerin yenilenebilir enerji istatistiklerinin yanlış anlaşılmasına neden oluşu konusunda başka bir örnekten daha bahsetmek istiyorum. Dünya Bankası Enerji İstatistiklerine göre, toplam enerji üretimi içerisinde yenilenebilir enerjinin oranı  Fransa’da %12.5; ABD’de %7.9; Japonya’da %4.5; Angola’da %58; Bhutan’da %89. Fakir bir Afrika ülkesi olan Angola’da ve kişi başı gelirin 2 500 doların altında olduğu Bhutan’da yenilenebilir enerjinin, Japonya gibi önemli bir teknoloji ülkesinden çok daha fazla olmasının nedeni HES’lerdir. Bu yüzden, bir yenilenebilir enerji verisini ele alırken ince eleyip sık dokumakta fayda var.

Referanslar

Yenilenebilir Enerji Neden Yaygınlaşmıyor? yazısı ilk önce Metalurji ve Malzeme Bilimleri Sitesi üzerinde ortaya çıktı.

Powered by WPeMatico