Zeynep Dilara Akyürek / Milliyet.com.tr – Her şey doğal akışındayken bir şey olur ve bir anda içinde olunan durum aksine dönebilir. Çoğunlukla bu değişime sebep olan olaylara ‘kaza’ denir. Alışılmış manasıyla olumsuzluğun ta kendisi olan kazalar, her vakit olumluyu aksiye 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’ üzere. Enerji alanında da etrafa ziyan veren yakıt ve kaynaklara karşı geliştirilmesi gereken bir ‘antibiyotik’ vardı. Kaderi penisilin üzere 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 uzunluğundaki 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 kimi şeyler dünya tarihinin de seyrini değiştirmişti. 2000’lere şimdi girildiğinde dünyanın en büyük 2’nci silikon üreticisi olan Wacker – Chemie şirketinde de kritik bir arıza sonucu dev bir keşif yapılmak üzereydi. Silikonun ön eseri olan silan üretimi sırasında meydana gele arıza, 3 Mayıs 1998’de silisyum ve bakıroksit tozlarının ansızın ısınmasıyla başladı. Depodaki ısı, oda sıcaklığı düzeyinden 200 dereceye kadar çıktı ve o denli kaldı. Teknisyenler ne olabileceğini anlamaya çalışıyor ancak hiçbir sonuca ulaşılamıyordu. Sonraki gün tıpkı sorun tekrarlandı. Yeni bir keşfin ayak sesleri de bu sırada duyulmaya başladı. Artık depolar dışarıdan suyla soğutuluyordu. 2001’e gelindiğinde zincirleme bir tepki oluştuğu saptandı. Depoların içine azot sıkıldığı anda o güne kadar hiçbir kitapta olmayan bir tepki geliştiği keşfedildi. Başlangıç ısısı olarak 500 derece yetmiş ve oksijen bakıroksit birleşmesinin birebirini silisyum azot birleşimi yapmıştı. Sonunda ise silisyum nitrit oluşmuş ve ısı 6 bin dereceye kadar yükselmişti. Güç, dünya üzerinde oksijenden sonra en çok bulunan element olan silisyumda saklanabiliyordu. Silisyum bakımından en güçlü unsur ise 2 milimlik kum taneleriydi. Uğruna dünya savaşları çıkan petrolü de geçip, geleceğin anahtarı olacak şey sahiden de kum olabilir miydi? Prof. Dr. İlhan Kocaarslan şöyle açıklıyor:
“Silisyum, tabiatta çokça 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 metottur. Güç bölümünde, bilhassa silisyum bazlı teknolojilerde kum kritik bir hammadde olarak öne çıkar. Kuvars kumunun yüksek sıcaklıklarda karbonla eritilmesi ve akabinde kimyasal olarak saflaştırılması sonucunda elde edilen yüksek saflıkta silisyum (%99,999 yahut daha fazlası), fotovoltaik (güneş hücreleri ya da güneş panelleri sayesinde Güneş’ten elektrik elde etme tekniği, PV) panellerin üretiminde temel ham husus olarak kullanılır. Bu süreçler güç ağır olmasına karşın, hammaddenin bol bulunması ve silisyum bazlı güneş panellerinin uzun ömürlü oluşu sayesinde, ekonomik ve çevresel açıdan sürdürülebilir kabul edilir. Silisyumun kumdan elde edilmesi, yenilenebilir güç sistemlerinin yaygınlaşmasında kritik bir rol oynar ve global karbon salınımını azaltmaya kıymetli ölçüde katkı sağlar.”
ÜRETİM Mİ DEPOLAMA MI?
Kumdan güç üretmek deyince, elbette kumun içindeki enerjiyi kullanmak anlaşılıyor. Ancak bu güç kum tarafından mı kazanılıyor yoksa kuma mı depolanıyor? Asıl sorun ve keşfin kıymeti de burada başlıyor. Prof. Dr. İlhan Kocaarslan’a nazaran, “Kumdan güç üretmek direkt mümkün olmasa da yüksek sıcaklıkta eritilerek gerçekleştirilen saflaştırma süreçlerinden sonra elde edilen silisyum, fotovoltaik hücrelerin üretiminde hammadde olarak kullanılabilir.” Yani kum içinde pek çok minerali barındırdığı üzere 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 Güç Depolama) sistemi, başşehir Abu Dabi’nin gelecekteki güç sistemlerinin ekonomik gelişimi için kıymetliydi. Bu sistem tüm dünya için yeni bir sürdürülebilir güç yaklaşımı sağlayabilir.
Prof. Dr. Kocaarslan bu işlemleri, “Isıyı tutma ve depolama kapasitesinden ötürü termal güç depolama sistemlerinde kum kullanılabilir. Birleşik Arap Emirlikleri’ndeki Masdar Enstitüsü’ndeki araştırmacılar ‘Sandstock’ projesinde konsantre güneş santrallerinde ısıyı toplayan, transfer eden ve termal güç depolama ortamı fonksiyonu için kumu kullanmayı test ederek hem maliyeti düşürmeyi hem de mahallî kaynaklarını kullandıkları için sürdürülebilir bir tahlil geliştirmeyi amaçlamışlardır. Bu testler kumun termal stabilitesinin ve ısı emme kapasitesinin 800-1000 santigrat dereceye kadar termal güç depolayabildiğini göstermiştir. Kum bataryalarının çalışma mantığı da, toplanan güneş ışınlarının aynaların odak noktasından geçirilerek tüpün içinden iletilen suda toplanması ve direkt buhar üretimi gerçekleştirilmesi aslına dayanan CSP tesisleriyle benzeridir. Isı depolama ortamı olarak kum kullanılır ve rastgele bir kaynaktan elde edilen güç ile kumda ısı depolanır” diye açıkladı.
‘FİNLANDİYA KULLANIYOR, OLUMSUZ SONUÇLARI DA OLACAK’
Kum bataryaları yenilenebilir güç kullanımını kolaylaştıracak bir keşif olsa da, hiçbir şey her vakit kusursuz olamıyordu. Bu bataryaların da elbette bir kusuru olacaktı. Güneş ve rüzgâr gücü üzere kesintili güç kaynaklarının sürekliliğini sağlayarak fosil yakıt kullanımını azaltıyor ve karbon emisyonlarının düşmesine katkıda bulunuyordu. Ayrıyeten kumun bol bulunan, toksik olmayan ve yine kullanılabilir bir materyal olması, çevresel kirliliğini de önlüyordu. Ancak bu kadar avantajı olması en büyük dezavantajıydı. Çünkü kum aranan bir unsur olacak ve kum olan bölgeler çok kum alımı sonucu tahribata mahkûm olacaktı. Bilhassa kıyıda ve ırmak yataklarında çok kum madenciliğine yol açarsa bu durum beraberinde erozyon, ekosistem tahribatı ve biyoçeşitliliğin ziyan görmesi üzere problemleri getirecekti. Ayrıca kumun yüksek sıcaklıklara ısıtılması ve depolanması için kullanılan güç yenilenebilir kaynaklardan sağlanamazsa, karbon ayak izi artacaktı. Kum bataryalarının geniş alan ve özel depolama sistemleri gerektirmesi, bilhassa kentsel bölgelerde arazi kullanımı konusunda da zorluklara yol açabilir. Kumun güç yoğunluğu günümüzde neredeyse her teknolojik eşyada kullanılan lityum-iyon bataryalara nazaran daha düşük olması, daha büyük ölçekli sistemler gerekebilir ve bu da daha fazla gereç tüketimi manasına gelir. Bunun yanı sıra uzun periyodik depolamada yaşanabilecek ısı kaybı, güç verimliliğini düşüreceğinden, kaynak israfına neden olabilir. Prof. Dr. İlhan Kocaarslan yenilenebilir enerjiyi depolamak konusunda devreye giren kumu kullanan Finlandiya’dan örnekle ‘güneşin’ ehemmiyetini anlatarak kelamlarını noktaladı.
“Yenilenebilir güç kaynaklarının en büyük handikapı, tabiat olaylarından direkt etkilenmeleri nedeniyle kesintili olmalarıdır. Güneşli ve bulutsuz bir gün olmadığında yahut gece saatlerinde fotovoltaik paneller tam randımanda çalışamaz. Misal biçimde rüzgâr esmiyorsa rüzgâr türbinleri durur. Artan nüfusla birlikte her geçen gün büyüyen güç talebini yönetebilmek için güç kaynaklarını çeşitlendirerek güç güvenliğini artırmalı ve tabiata en az ziyanı vererek güç gereksinimlerimizi karşılayacak çevreci tahliller geliştirmek zorundayız. Kum bataryaları da son yıllarda geliştirilmiş, yenilenebilir güç kaynaklarının kesintili üretim meselesine tahlil sunmak emeliyle geliştirilen yeni bir teknolojidir. Şu an Finlandiya’da faaliyette olan bir kum batarya tesisi bulunuyor. Bu sistemde, gündüz saatlerinde yenilenebilir güç kaynaklarından üretilen fazla güç kullanılarak kumda ısı gücü depolanıyor ve bu güç gece saatlerinde kullanılabiliyor. Güç üretim maliyeti açısından da kum bataryaları epeyce avantajlıdır. Gündüz saatlerinde, talepten fazla üretilen gücün maliyeti düşük olduğu için bu fazla güç, kum bataryalarında termal güç olarak depolanabilir. Gece saatlerinde ise güneş gücü üretilemediğinden elektrik maliyetleri yükselir fakat bu durumda kum bataryalarındaki ısı gücü, meskenlerin ısıtılması üzere gayelerle kullanılabilir. Bu teknoloji, yenilenebilir gücün daha verimli ve sürdürülebilir kullanımını mümkün kılıyor.” – Prof. Dr. İlhan Kocaarslan