Güneş Yakıtları: Hepsi bir arada mı?


Dr. Rıza Kızılel

Koç University Tüpraş Energy Center

Bilim ve mühendisliğin üstesinden gelmesi gereken zorlu görevlerinden biri de alternatif yakıt kaynaklarına duyulan gereksinimin karşılanması. Bu görevde tüm önemli bileşenler var: Hem son derece zorlu bir problem hem de başarılı olunursa, oyunun kurallarını değiştirecek bir teknolojinin önünü açma olasılığına sahip. Bu olasılıklar, bir tarafta güneş enerjisinin su ayrıştırma yöntemiyle hidrojene dönüştürülmesi, gezegenin doğal kaynaklarını tüketmeden temiz ve sürdürülebilir yakıt eldesi sağlarken diğer taraftan, tepkimeye girmeyen karbon dioksit (CO2) de kendi içinde alternatif yakıtlara dönüşebilme imkânı taşıyor. İki seçenekten hangisi olursa olsun, enerji dönüşümünü, enerji depolanmasını ve enerji dağıtımını birbirine entegre edecek, yani hepsi bir arada olacak.

Güneş temelli su ayrıştırma, hidrojene dayanan ve yakıt olarak güneş enerjisini kullanarak kimyasal ve elektrokimyasal tepkimeler sonucunda sudan hidrojen ve oksijen elde etmeye dayanan bir üretim yöntemi. Sera gazı salımı sıfır olsa da, göründüğü kadar basit bir işlem değil. Enerji pazarında umut verici alternatif hidrojen bazlı yakıtlar istiyorsak etkin reaktör tasarımları, zenginleştirilmiş güneş ışığı emilimi, dayanıklı ve uzun ömürlü olduğu kadar ucuz da olan malzemeler geliştirilmeli.

Benzer şekilde, kimyasal tepkimeye girmeye eğilimli olmayan milyarlarca ton gazın çevreye salınmasıyla, karbon dioksiti değerli bir şeye dönüştürmek de artık her zamankinden daha zorlu bir iş. Ancak, eğer fotosentez adımlarını takip ederseniz, doğanın güzelliklerinden birinin bitkilerde saklı olduğunu gözlemleyeceksiniz. Artık, on yıllardır süregelen ve insanlık için gittikçe büyüyen ve ciddi bir konu halini almış olan enerji sorununun üstesinden gelebilmek için fotosentezi taklit etme zamanı.

Bitkiler güneş ışığını kullanarak, karbon dioksit ve sudan karbon hidrat üretirler. Bunu başarırken de güneş ışığındaki enerjinin sadece %1’ini kullanırlar. Benzer şekilde mikroalgler de kontrollü bir çevrede tutuldukları sürece aynı enerjinin %3 kadarından yararlanırlar, ancak bu masraflı bir süreçtir. Diğer yandan, solar yakıt (güneş enerjisinden elde edilen) teknolojisindeki nefes kesici gelişmelerin gösterdiği üzere, güneş enerjisinin %10 ya da daha yüksek verimle solar yakıtlara dönüştürülebilmesine oldukça yakınız.

Süregelen teknolojiler güneş enerjisini yakalayıp depoluyor ve karbon dioksiti değerli solar yakıtlara, diğer bir deyişle enerji yoğunluklu sıvı yakıtlara dönüştürmek için bu enerjiyi kullanıyor. Süreç, güneş ışığının yakalanması ve soğurulmasıyla başlıyor. Bu şekilde ayrışan elektrik yükleri, daha sonra tepkimelerin gerçekleştiği aktif bölgelere aktarılıyor. Bu tepkimelerden elde edilen elektronlar bir türden diğerine geçerken, kimyasal tepkimeye girmeyen karbon dioksit de önce karbon monoksit (CO), sonra da metan, sentetik petrol veya başka sıvı yakıtlara indirgeniyor. Tüm bunlar olurken, doğaya kıyasla daha az enerji boşa harcanıyor ve daha kısa sürede yakıt eldesi sağlanıyor.

Solar yakıtların üretimindeki temel sorun, uygun elektro-katalizörlerin hiçbir şekilde bulunamaması. Ayrıca, mevcut teknolojiler de ya aşırı derecede verimsiz ya da ticari hale getirilmek için fazla pahalı. İşte bu nedenle, solar yakıtların ekonomik şekilde üretimi için yeni ve özgün teknolojilerin geliştirilmesine acil ihtiyaç var. Neyse ki, yeni malzemelerin geliştirilmesiyle küçük olasılık kıvılcımları ortaya çıktı ve daha da büyüyebilmek için küçük ama özverili bir itici güç bekliyorlar. Artık esas amacımız sürdürülebilir enerji, özellikle de solar yakıtlar konusunda büyük katkılar sağlayacak araştırmalar yürütmek.

Rıza Kızılel, kimya mühendisliği konusunda lisans ve lisansüstü eğitimlerini Boğaziçi Üniversitesi’nde tamamladıktan sonra Illinois Teknoloji Enstitüsü’nde kimya mühendisliği doktorası yaptı. Koç Üniversitesi Tüpraş Enerji Merkezi’nde idari direktör olarak görevini sürdürüyor. Makalenin başlığının aksine, Dr. Kızılel aslında Hibrit/Elektrikli Araçlar için Gelişmiş Batarya Sistemleri konusunda çalışmalar yapıyor. Bataryalar deşarj edildiklerinde kayda değer miktarda ısı açığa çıkar. Bataryanın güvenli bir şekilde kullanılmasını sağlamak için bu muazzam ısının uzaklaştırılması gerekir. Dr. Kızılel’in araştırmaları Lityum-İyon batarya paketlerinin güvenliği için alternatif soğutma sistemleri ile Lityum-iyon bataryaların modelleme ve tasarımları üzerine odaklanıyor. Ekibi ayrıca tasarım sınırlamaları ve mikrokanal ısı değiştiricilerinin verimliliği konularında araştırmalar yürüterek bataryaların işleyişleri süresince ortaya çıkan tüm ısıyı uzaklaştırmanın yollarını arıyor.