Daha fazla yenilenebilir enerji, daha az fosil yakıt!
Petrol, kömür ve doğalgaz gibi fosil yakıtlara olan bağımlılığımız giderek artıyor. Giderek kalabalıklaşan, giderek zenginleşen ve giderek doğal yaşamdan uzaklaşan insanlığın bu modern ve lüks yaşam tarzını sürdürebilmesi için daha fazla enerjiye ihtiyacı var. Kitlesel tüketimin dünya genelinde yaygınlaştığı bu günlerde enerjiye olan açlığımız da aynı oranda artıyor. Enerji ihtiyacımız ise bizi temel enerji kaynağımız olan fosil yakıtlara daha da bağımlı hale getiriyor. Kim kavuştuğu modern yaşam koşullarından vaz geçmek ister ki?
Sorun şu ki fosil yakıtları tükettikçe üzerinde yaşadığımız dünyanın yaşamsal sistemlerini bozuyoruz. Küresel ısınma ve onunla birlikte gelen iklim değişikliği pek çok bilim insanı tarafından artık kabul edilmiş bir gerçek bir tehdit.
Bu enerji ve tüketim döngüsü içerisinde yenilenebilir enerji kaynakları sürdürülebilir ve çevreyle barışık kalkınma için bir çözüm olarak ortaya çıktı. Neredeyse yarım yüzyıldır yapılan çalışmalar sonucunda uzun bir süredir güneşin ve rüzgarın enerjisini yararımıza kullanabiliyoruz. Ancak bunca zamandır yürütülen çabalara ve yenilenebilir enerji kaynaklarının tüketici seviyesinde de yaygın hale gelmesine rağmen, 2013 yılı rakamlarına göre dünyada üretilen tüm enerjinin ancak % 13’ü çevre dostu kaynaklardan elde ediliyor. Giderek hızlanan ve dönülmez noktayı geçmesinden endişe edilen küresel ısınmayı durdurabilmek için atmosfere karbon salınımını acilen azaltmamız gerekiyor. Sanayi devrimi öncesi küresel ortalama sıcaklığı çoktan 1 derece artırmış durumdayız. Böyle devam ederse kısa süre içerisinde geri dönülmez nokta olarak tanımlanan 2 derece sınırını hızla aşmamıza kesin gözüyle bakılıyor.
İngiltere’deki Culham Füzyon Enerjisi Merkezi’nin Müdürü Steve Cowley’in dediği gibi “Dünya, doğaya yaptığımız salımlarla giderek ısınıyor ve kötüyken daha da berbat bir hal alıyor. Füzyon teknolojisi gibi alternatif enerji kaynaklarının bu yüzyılın ortalarına kadar dünya çapında elektrik üretmeye başlama ihtimali ise ümidimizi artırıyor.”
Fosil yakıtlara olan bağımlılığımızı bitirme yolunda bilim insanları uzun yıllardır çabalıyor. Hepimizin bildiği ve artık gündelik yaşamımızda sık sık rastladığımız güneş ve rüzgar enerjisinden çok daha etkili yöntemler üzerinde çalışıyorlar. Alternatif çözümlerden birisi yine Güneşle ilgili. Ancak bu sefer bizi aydınlatan sevgili güneşimizin bize ulaşan ısı ve ışığını toplamaktan bahsetmiyoruz. Çok daha güçlü bir şeye, bizzat bir yıldızı kontrol altına almaya ihtiyacımız var. Dünyada kendi güneşimizi yaratmaktan bahsediyoruz!
Atomlarla Oynamak
İlk atom bombası bundan 70 yıl önce yapıldı. İnsanlık o tarihten beri kitlesel imha gibi kötü amaçlarla olsun, enerji üretmek gibi iyi amaçlarla olsun atomu yönetme becerisine sahip. Nükleer enerji pek çok ülkenin enerji üretiminde önemli bir rol oynuyor. Örneğin Fransa tüm enerji ihtiyacının % 39’unu nükleer enerjiden karşılıyor. Ancak radyoaktif serpinti tehlikesi sebebiyle nükleer santraller pek de arzu edilen çözümler değil. Japonya’da 2011 yılında meydana gelen deprem ve tsunami felaketleri sonrası zarar Fukuşima Nükleer Santralinin yaydığı radyasyon bunun en yeni ve somut örnekleri arasında.
Atomu kullanarak enerji elde etmenin iki yolu var. Bunlardan birincisi olan “nükleer fizyon” dünya genelinde tüm nükleer enerji santrallerinde kullanılan yöntem. Nükleer fizyon basitçe atomun daha küçük parçalarına ayrılması olarak tanımlanabilir. Fizyon yüksek verimlilikte enerji üretebiliyor olsa da radyoaktif serpinti riski ve onbinlerce yıl doğada çözülmeyen nükleer atıkların oluşturduğu kirlenme riski sebebiyle aslında insanlığın artık geride bırakmak istediği bir yöntem.
Nükleer tepkime denilince asıl “kızıl elma” fizyon değil füzyon teknolojisi. Füzyon, fizyonun tam tersine atomun ayrıştırılması değil birleştirilmesi yöntemi ile yapılıyor. Bizleri aydınlığı ve sıcaklığı ile hayatta tutan “Güneş”imiz de aslında dev bir nükleer füzyon makinesi. Güneşimiz hidrojen atomlarını aşırı basınç ve sıcaklıkta bir araya getirerek daha büyük bir atomik çekirdek oluşturuyor. Bu sürecin sonunda Hidrojen (H) atomu, bambaşka bir maddeye Helyum (He) atomunu ve benzersiz miktarda bir enerji ortaya çıkması ile sonuçlanıyor. Birim kitle başına üretilen enerji olarak hesaplandığında nükleer füzyon (6.7MeV), nükleer fizyona (0.7MeV) karşı yaklaşık 9 kat daha fazla enerji üretme potansiyeline sahip.
Bu bilimsel gerçek yarım yüzyıldan fazla bir süredir biliniyor. Ancak füzyon enerjisi 14 milyon derece sıcaklık ve sürekli kontrol altında bir ortam olmadan üretilemiyor. Dünyanın merkezinin bile sadece 6.000 santigrat derece sıcaklıkta olduğunu düşündüğünüzde, füzyon enerjisinin neden sadece güneşin ve tüm yıldızların aşırı sıcaklığında ve basıncında üretilebildiğini anlayabiliriz. Maddenin dördüncü hali olan plazma güneşi kalbinde işte bu aşırı şartlarda ortaya çıkıyor.
Kendi Güneşini Pişirmek
Füzyon enerjisinin potansiyeli uzun yıllardır bilindiğinden bilim insanları maddeyi plazma haline dönüştürerek, yüksek ısı ve enerji üretmeyi mümkün kılacak teknolojiler üzerinde çalışıyorlar. Füzyon reaksiyonu için gereken aşırı ısı şartlarına dayanacak her hangi bir cisim bulunmuyor. Bu sebeple reaksiyonu kontrol altına almanın yolu kuvvetli bir manyetik alan oluşturmak. Bu konuda ilk çözümü Rus bilim insanları Andrei Sakharov ve Igor Tamm ilk kez 1950 yılında ortaya attılar. Cihaza Rusça “halka şeklinde odaya sahip eksensel manyetik alan” tanımını kısaltarak TOKAMAK adını verdiler. Füzyon için gereken ham madde döteryum (ağır hidrojen). Dünyamızda özellikle su formatında neredeyse sınırsız miktarda bulunan Hidrojenin izotoplarından birisi olan döteryum için kaynak sıkıntısı çekilmeyecek.
Nükleer füzyonu gerçekleştirebilmek hiç kolay değil bu sebeple neredeyse 60 yıl önce soğuk savaşın en gerilimli günlerinde politik olarak birbirini düşman kabul eden devletler farklılıklarını bir kenara koyarak bu teknolojinin geliştirilmesi için bir bilimsel işbirliği başlatıldı. Şu anda Fransa’da inşa edilmekte olan ITER Füzyon Enerjisi santralinin yasal temelleri 1985 yılında ABD Başkanı Ronald Reagan ve Sovyetler Birliği Genel Sekreteri Mikhail Gorbaçov arasında yapılan anlaşma ile atıldı. Bu işbirliği anlaşmasına daha sonra Avrupa Birliği, Çin, Kore, Japonya ve Hindistan gibi ülkeler de ortak olarak katıldı. 7 asil üyenin dışında projeye 34 farklı ülke de destek sağlıyor.
2013 yılında inşaatı başlanan ITER füzyon enerjisi santralinin 2020 yılında ilk deneysel üretime başlaması, 2027 yılında ise tam deuteryum-trityum füzyon deneylerinin başlaması planlanıyor. 35 yıllık bir süre içerisinde santralin inşası için 5 milyar Avro, bakım ve işletme için 5 milyar Avro bütçe öngörülmüşken, daha şimdiden inşaat maliyetleri 15 milyar Avro’ya ulaşmış bulunuyor. Her biri neredeyse onar yıl süren politik hazırlık, teknik planlama ve tasarım, inşaat ve deneysel üretim aşamalarından sonra santral tam olarak devreye girdiğinde 1 birimlik enerji tüketimine karşılık 10 birim temiz enerji üretmesi bekleniyor. Santralin tam kapasitesi 500 megavat olarak planlanıyor. Sadece Türkiye’nin bile yıllık enerji tüketiminin 170 milyon megavat olduğu düşünüldüğünde bu rakam küçük görülebilir. Ama ITER’in aslında yarım yüzyıl sürecek bir deney olduğunu unutmamak gerekiyor.
Uluslararası ortaklıkla yürütülen bu dev projeye ek olarak kendi projelerini yürüten ülkeler de var. Özellikle Almanya ve Çin son bir hafta içinde projelerindeki önemli gelişmelerle gündeme geldiler. Bu alanda farklı ülkelerde devam eden projeleri şöyle listeleyebiliriz.
Amerika Birleşik Devletleri HSX (Helically Symmetric Experiment)
Japonya LHD (Large Helical Device)
Almanya Wendelstein-7-X
Çin EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak)
Rusya Hybrid Fussion-Fission Reactor
Bu projeler arasında Alman Wendelstein-7-X, tokamak tasarımı yerine Stellator adı verilen alternatif bir tasarım kullanıyor olması ile dikkat çekiyor. Geçen hafta Wendelstein-7-X’de Alman bilim insanları kendisi de fizik alanında doktora sahibi olan Almanya Başbakanı Angela Merkel’in başlattığı deneyde hidrojen plazması elde etmeyi başardılar. Saniyenin dörtte biri süresince oluşturdukları Hidrojen plazmasında oluşan sıcaklık 80 milyon santigrat dereceyi aştı. Bundan bir kaç ay öncede helyumu plazma haline dönüştürmeyi başarmışlardı. Her iki aşamada sürdürülebilir füzyon tepkimesinin sağlanması için önemli aşamalar olarak görülüyor.
Ancak bu alanda asıl gelişme 2016 yılında Çin’in EAST projesinde yaşandı. Çinli bilim insanları EAST’i çalıştırarak 102 saniye boyunca 90 milyon santigrat derece sıcaklığı sürdürmeyi başardılar. İkisi arasında süre ve sıcaklık bakımından devasa farklılıklar bulunsa da iki projeyi birebir yarıştırmamak lazım. Zira Alman Westelstein’ı ilk plazmasını henüz 2015 oluşturmuş yeni bir proje ve gelişmeye devam ediyor. Oysa Çinlilerin EAST’i ilk plazmasını bundan 10 yıl önce üretmişti.
Sonuç olarak insanlığın fosil yakıtlardan kurtulma çabası bir yandan ortak uluslararası çalışmalarla devam ederken, bir yandan da ilk füzyon reaktörünü devreye alabilmek için kıyasıya bir yarışa da sahne oluyor. Rekabetin bilimin gelişmesindeki rolü düşünüldüğünde durumun ümit verici olduğu söylenebilir. Ancak Alman Karlsruhe Teknoloji üniversitesi bilim insanlarından ve Westelstein-7-X projesinde de görev alan John Jelonnek’in de söylediği gibi “Bu çalışmaları kendimiz için yapmıyoruz ama çocuklarımız ve torunlarımız için yapıyoruz”. Füzyon enerjisinin yaygın bir şekilde kullanımı için 21. yüzyılın ortalarını beklemek gerekiyor gibi görünüyor.
Son bir not olarak bu bilim yarışında ülkemizin yeri bilinmiyor. Bir kaç yıl önce ITER projesine ortak olarak dahil olma konusunda medyaya yansıyan bazı haberler bulunmakla beraber, bu alanda ne tür gelişmeler sağlandığı kamuoyuna yansımış değil. Yine de çocuklarımız için temiz enerjinin verdiği ümitle füzyon enerjisini dört gözle beklediğimizi söyleyebiliriz.
Kaynaklar
http://www.iflscience.com/physics/germanys-fusion-reactor-creates-hydrogen-plasma-world-first
http://www.popsci.com/chinas-experimental-fusion-reactor-hits-major-milestone
https://www.iaea.org/newscenter/news/energy-future-status-nuclear-fusion-research-and-role-iaea
http://www.sciencemag.org/news/2015/11/iter-fusion-project-take-least-6-years-longer-planned
https://en.wikipedia.org/wiki/ITER
