Güneş Enerjisi Depolayan Termal Akaryakıt

İsveçliler güneş enerjisini 18 yıl depolayan termal akaryakıt geliştirdi. Güneş enerjisinin en büyük sorunu elektriği gece veya kışın kullanmak için uzun süre depolamak. Bu yüzden sürekli elektrik üretmek gerekiyor ki bu da maliyeti artırarak temiz enerjinin petrole karşı rekabet gücünü azaltıyor. Güneş enerjisini ısı olarak saklayan termal akaryakıt pil kapasitesini 2 katına çıkarıyor.

Ekonomik güneş enerjisi nasıl kurulur?

Türkiye’de güneş enerjisinden ürettiğiniz elektriği dağıtım şirketlerine satarak para kazanmanızın önü açıldı. Ancak, Türkiye güneş enerjisi rehberinde anlattığım gibi, bunun anahtar teslim maliyeti 4200 doları buluyor.

Kaldı ki teknik lisansı da dağıtım şirketleri veriyor ve böylece en az 10 yıllık elektrik faturasını sizden peşin çıkarıyor. Oysa Türkiye’de yerleşik sermayenin çıkarlarını koruyan bürokrasi bir yana, dünyada güneş enerjisinin petrol, kömür, doğal gaz karşısında önünü kesen iki sorun var:

1) Güneş panellerinin verimliliği düşük ve henüz gün ışığının sadece yüzde 15-20’sini elektriğe çevirebiliyor. En gelişmiş prototipler bile yüzde 40 sınırını aşmakta zorlanıyor. 2) Diğer engel ise depolama sorunu: Gündüz üretilen elektriği gece veya kış ayları için depolamak zor.

Telefonların pil ömrü bu yüzden kısa; çünkü küçük, hafif, güvenli ve yüksek kapasiteli mobil pil yapmakta zorlanıyoruz. Öyle ki yolcu dron pilleri 10-20 dakikada tükeniyor. Avrupa Horizon 2020 projesinde çalışan Sabancı Üniversitesi’nden hocamız Selmiye Alkan, sırf bunu çözmek için dron uçuş süresini iki katına çıkaran hidrojen yakıt hücresi geliştiriyor. Oysa yeni çözüm kapıda. Bunun adı termal akaryakıt:

İlgili yazı: Elektron Küresel Çıktı, Fizikçileri Üzdü

 

Isı depolayan akaryakıt

Okuduğunuz yazıda bu ikinci noktaya odaklanıyoruz: Güneş enerjisini bugün ve gelecekte organize sanayi bölgelerinde, fabrikalar ve konutlarda akıllı şehir ile endüstri 4.0 ilkelerine göre nasıl kullanacağız?

Bilim insanları güneş panelleriyle üretilen ısıyı yıllarca depolayabilen termal akaryakıt geliştirdiler. Adının akaryakıt olmasına bakmayın. Bir tür sıvı pil de diyebileceğimiz bu akaryakıt, petrol gibi çevreyi kirleten fosil yakıtlardan üretilmiyor.

Güneş ışığı ile akaryakıtı ısıtıyor ve dilerseniz bununla suyu ısıtıp buharlaştırarak elektrik türbinlerini döndürüp elektrik üretiyorsunuz. Ancak, bunun asıl avantajı çok yüksek verimlilikte elektrik üretmek değil; elektrik üretmek ve özellikle ısınmak amacıyla güneş enerjisini uzun süre depolamak.

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

Petrolden kurtulmak için

Zaten güneş enerjisini sınırlayan uzun süreli pil depolama sorununu aşmazsak güneş enerjisi gibi temiz ve yenilenebilir enerji kaynaklarının işi zor. Bunlar asla petrol gibi çevreyi kirleterek küresel ısınmaya bağlı iklim değişikliğine yol açan fosil yakıtlar karşısında ayağa kalkamayacak. Hep kömürün gerisinde kalacak.

Oysa organize sanayi bölgelerindeki fabrikalarımızın çatılarını yüksek verimlilikli güneş panelleriyle kaplar ve bunların ürettiği ısıyı termal akaryakıtta depolarsak üreticilerimiz enerji maliyetlerini büyük ölçüde azaltır.

İlgili yazı: Gerçek Adem: ilk insan ne zaman yaşadı?

 

Nasıl derseniz

Fabrikaların çatısını direkt elektrik üreten güneş paneliyle kaplamak yerine, tatil yörelerinde su ısıtmakta kullandığımız daha ucuz panellerle kaplarız. Sonra bu ısıyı termal akaryakıtta depolar ve dilersek bununla tesislerin günlük elektrik ihtiyacını karşılarız.

Tek yapmamız gereken gündüz ısıttığımız akaryakıtı kullanarak geceleyin veya ertesi gün elektrik üretmekte kullanmak.

Bunun için termal akaryakıtla suyu ısıtıp buharlaştıracağız sonra da tesis bahçesindeki türbinleri döndürerek elektrik üreteceğiz veya termal akaryakıtı direkt fabrikayı ısıtmakta kullanacağız. Elektriğin en az üçte birini ise fabrika çatısındaki güneş panelleriyle üretebileceğiz.

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

 

Kazan kazan durumu

Detaylarını aşağıda göreceğiniz bu sistemde akaryakıt baronları dışında kaybeden yok. Nitekim Elektrik Mühendisleri Odası Yönetim Kurulu’nun 2 Ekimde yaptığı açıklamaya göre, sanayi elektriğine yüzde 70’ten fazla zam geldi. Üreticimizin bu zamların altından kalkması zor.

Ancak, fabrikalar kendi elektriğini güneş enerjisiyle üretip güneş ısısını da termal akaryakıtla depolayabilirse Türkiye’de üretim ve rekabet gücü artar. Böylece ülkemizdeki cari açık da kapanmaya başlar.

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

Termal akaryakıt nasıl çalışıyor?

İsveçli araştırmacılar geleceğin pillerinde kullanılmak üzere termal akaryakıt geliştirdiler. Bu akaryakıt ısıyı depolayabiliyor ve bu da özellikle güneş enerjisi sektörünün enerji depolama ihtiyacını çözüyor. Yeni akaryakıt aynı zamanda dolaylı yoldan elektrik üretiminde kullanılabiliyor.

Isının elektrikle ne ilgisi var?

Türkiye’de güneş enerjisi dediğimiz zaman genellikle ışıktan elektrik üreten güneş panellerini anlıyoruz. Oysa Nevada çöllerinde kurulan ve California’nın enerji ihtiyacını karşılayan en büyük güneş enerjisi santralleri aslında aynalı termik santral sınıfına giriyor.

Bunlar dev aynalarla güneş ışığını topluyor ve borulardan geçen tuzu, evet bildiğiniz tuzu 600 dereceye kadar ısıtıyor. Onun sıcağıyla da suyu buharlaştırıp türbinleri döndürerek elektrik üretiyor. Sonuçta güneş enerjisinden büyük ölçekli elektrik üreterek sanayi ihtiyacını karşılamak için depolama sorununu çözmeliyiz.

Tuz da güneş ısısını daha sonra elektrik üretmek üzere depolamanın bir yolu; ama İsveçlilerin MIT araştırmacılarıyla birlikte geliştirdiği yeni akaryakıt, tuzun yapamadığını yaparak solar termal enerjiyi tam 18 yıl boyunca depolayabiliyor!

İşte bugün anlattığım ve Türk sanayisinin enerji sorununu çözecek olan yenilik bu. Peki bu akaryakıt neden kömür, petrol ve doğal gazdan daha temiz ve çok daha verimli? Onu da fosil yakıtların nasıl çalıştığına bakarak gösterelim:

İlgili yazı: Biyonik Böbrek ile Diyaliz Derdine Son

 

Kömür güneş enerjisidir

Kısacası biz termik santrallerde kömür yakarken aslında güneş enerjisi kullanıyoruz. Güneş enerjisini zamanında depolamış olan bitkilerin fosillerini yakıyoruz. Tabii güneş enerjisini dolaylı yollardan kullandığımız için enerji verimliliği düşük oluyor.

Burada kütlenin enerjiyle ifade edildiğine ve kömürden düşük verimlilikle enerji üretildiği için; kömür kütlesinin büyük kısmının da çevreyi kirleten zehirli gazlar VE küresel ısınmaya yol açan sera gazları halinde havaya karıştığına dikkat edelim. Fosil yakıtlar bu yüzden zararlı ve pistir.

Peki ya termal akaryakıt geliştirirsek ve güneş enerjisini doğrudan bu akaryakıtta depolarsak? O zaman, bu akaryakıtın depoladığı güneş enerjisini yanarken açığa çıkarma verimliliği çok yüksek olur. Böylece daha az zararlı gaz çıkararak yanar.

İşte İsveç, MIT işbirliğiyle böyle bir yakıt geliştirdi: Bu yakıtın verimliliği ve ne kadar temiz olduğuna yazının sonunda değineceğim; ama güneş enerjisi depolayan akaryakıt nedir sorusunu yanıtladığımıza göre artık nasıl çalıştığına geçebiliriz.

İlgili yazı: Evren Bir Simülasyon mu?

 

Solar termal fueloil

Yakıtın teknik adı bu: MIT’den Jeffrey Grossman konuyla ilgili açıklamasında, “Solar termal akaryakıt şarj olan pillere benzer; ama elektrik yerine güneş ışığı yükleyip istediğiniz zaman ısı çıkarırsınız” diyor.

Bu akaryakıtın formülünü İsveç’teki Chalmers Teknoloji Üniversitesi araştırmacıları son bir yılda geliştirdiler. Özünde karbon, azot ve hidrojenden oluşan akaryakıtın atomları güneş ışınlarına (foton akışı) maruz kaldığı zaman, oluşturdukları molekülün içinde yeniden diziliyor. Kısacası daha yüksek potansiyel enerjiye sahip yeni kimyasal bağlar oluşturuyor. Enerji depolamaktan bunu kast ediyoruz.

Ayrıca bu tür güçlü kimyasal bağlara izomer diyoruz ve akaryakıt soğuyarak oda sıcaklığına düşse bile izomerlerin depoladığı enerjiyi kaybetmiyor.

İlgili yazı: Gezegenler Güneş Çevresinde Nasıl Dönüyor?

 

Kimyasal mucize

Geceleyin veya kış aylarında depolanan enerjiyi kullanmak gerektiğinde akaryakıta özel bir katalizör (kimyasal tepkimeleri hızlandıran molekül) ekleniyor. Bu da akaryakıt moleküllerini eski haline geri döndürüyor.

Eski zayıf kimyasal bağlarına geri dönen esnek akaryakıt molekülleri, bu süreçte depoladıkları enerjiyi ısı yayarak salıyor. Bununla su ve yağ radyatörlerini çalıştırarak ısınmak, sıcak su üretmek veya suyu buharlaştırarak elektrik üretmek mümkün olabilir.

Chalmers’tan Kasper Moth-Poulsen yeni akaryakıtın enerjiyi 18 yıl depolayabildiğini söylüyor. Nitekim Poulsen ve meslektaşları üniversitenin çatısına bir prototip yerleştirdiler bile ki bunun çok basit bir tasarımı var:

Çanak şekilli içbükey kolektörün ortasında bir boru bulunuyor. Bu kolektör güneşi kundağı motorlu uydu anteni gibi izliyor.

Güç çanağı

Ardından borudan geçen akaryakıtı gün ışığıyla ısıtarak güneş enerjisi depoluyor. Norbanadyen molekülünü (C₇H₈) ısı tuzaklayan bir izomer olan kuadrisiklana dönüştürüyor. Sonra bu akaryakıtı minimum enerji kaybıyla oda sıcaklığında saklıyor.

İlgili yazı: Mobil İnternette Video İzleme Rehberi

 

Enerjinin açığa çıkarılması

Bir evi ısıtmak gerektiğinde akaryakıta katalizör ekliyorlar ve depoladığı enerjiyi geri veren yakıt 63 derecelik ısı üretiyor. Böylece kuadrisiklan, norbanadyene geri dönüşüyor. Araştırmacılar ilk etapta çok mütevazılar:

Bu teknoloji ile tıpkı Tesla duvar pilinin yaptığı gibi ev aletlerini çalıştırmayı planlıyorlar. Ancak bir farkla: Bunu elektrik yerine sıcak suyla yapacaklar ki bu bağlamda çamaşır ve bulaşık makinesine ek olarak banyo-mutfak musluklarına sıcak su sağlamak ilk akla gelen çözümler.

İlgili yazı: Otonom Araç Sektörü 4 Trilyon Dolar Olacak

 

 

125 kez şarj oluyor

Termal akaryakıt ev çatısına kurulan 2,5 kilovat saatlik güneş enerjisi sistemleriyle ve standart güneş enerjili su ısıtma sistemleriyle uyumlu. Dahası akaryakıt bozulmadan önce 125 kez kullanılabiliyor ki bu da 4 aylık konut tüketimi demek.

Ancak, termal akaryakıt henüz basit bir prototip ve gelecekte depolama verimliliği ile şarj sayısı artınca kaloriferle bütün evi ısıtmakta kullanılacak. Sonra da sıra fabrikaları ısıtmaya ve türbinler için gereken su buharını sağlayarak elektrik üretmeye gelecek.

En büyük potansiyeli ise güneş enerjisine destek olmak: Mevcut güneş paneli ve rüzgar güllerine bağlanan bu sistem, üretilen enerjinin depolanmasını sağlayarak uzun vadeli üretim verimliliğini artıracak ve maliyetleri azaltacak ki fabrikatörlerin en çok istediği şeylerden biri de budur.

İlgili yazı: Amerika Mobil Füzyon Reaktörü Geliştiriyor

 

250 watt saat

Solar termal akaryakıt kg başına 250 watt saat enerji depoluyor. Bu da kabaca 1 ton sıvıyla 2,5 kilovat saatlik bir çatı güneş enerjisi sisteminin ürettiği elektriği depolamak anlamına geliyor (Tabii önce ölçeklemeden kaynaklanan verimlilik azalmasını çözmek gerekiyor. Buna tesisat borusu kayıpları yol açıyor).

Burada yatırımcıların ilgisini çeken iki kritik nokta var: 1) Akaryakıtın 125 kez şarj olması bütün yıl kullanılması demek; çünkü her gün kış günü değil ve gündüzler var. Dahası, özellikle yaz aylarında direkt güneş paneliyle ısıtma tercih edileceğinden; bu sistem Türkiye gibi ılıman enlemlerde sadece 6 ay kullanılacak: Ağır sanayimiz ise öncelikle İstanbul, Bursa, Kocaeli ve Çorlu’da konuşlanıyor.

İzmir gibi sıcak yörelerde ise çok daha etkili olacak. Ancak, ben 1 ton akaryakıtla kaba hesap 2,5 kw/h güç üretimine denk enerji depolama kapasitesine dikkat çekmek istiyorum; yani bu prototip, güneş enerjili konutlarda Tesla Powerwall duvar pili yerine kullanılmaya şimdiden uygun bulunuyor.

Yeni hedef 110 derece

İsveçliler solar termal akaryakıtın enerji depolama kapasitesini iki katına çıkarabileceklerini düşünüyor. Öyle ki 63 derece yerine 110 derece ısı verecekler. Bu da elektrik üretmek için çok önemli. Yüksek basıncı hesaba katmazsak suyun kaynama derecesi 100 derece; yani solar termal akaryakıtın elektrik türbinlerini döndürecek şekilde suyu buharlaştırması için 110 dereceye ulaşması şart.

İlgili yazı: Uzay Sondası Parker Adeta Güneş’e Dokunacak

 

Kritik avantajlar

Yazının başında termal yakıtın verimlilik ve temizliğine değineceğimi söylemiştim. Verimliliği konuştuk. Öyleyse temizliğe geçelim. Termal akaryakıt LPG tüplerinden ve doğal gazdan çok farklı; çünkü yakarak ısı üretmiyorsunuz. Bu yüzden zehirli gazlar veya sera gazı çıkarmıyorsunuz.

Termal akaryakıt: 1) Yenilenebilir, 2) Çevreyi kirleterek küresel ısınmaya yol açmıyor, 3) Güneş enerjisiyle çalışıyor, 5) Oda sıcaklığında enerji salıyor ve 4) Mobil, yani tankere koyup köye götürebilir ve bütün köyü 1 tankerle ısıtabilirsiniz. Mobilite ve kullanım kolaylığının sanayide ölçeklenebilirliğin temeli olduğuna dikkat edelim. Daha ne istiyorsunuz? Tabii ki hemen gelsin diyorsunuz:

İlgili yazı: Radyoaktif Atıklar Lazerle Temizlenecek

 

Peki ne zaman geliyor?

İsveçlilere göre güneş enerjisinin sağladığı ısıyı 18 yıl boyunca depolayan özel akaryakıtın ticarileşmesine 10 yıl var. 10 yılda güneş panellerinin gün ışığını elektriğe çevirme verimliliği de artacak. Ayrıca pencereye cam gibi takılan saydam güneş panelleri, yağmurda bile elektrik üreten ve hatta yağmur damlalarından elektrik üreten güneş panelleri gelecek.

Dahası güneş ışığı ve ısısından elektrik üreten grafen boya gelecek. Bu teknolojiler güneş panellerinin verimliliğini artırınca biz de şehirlerarası otoyollara güneş paneli döşeyerek Türkiye’nin yıllık elektrik ihtiyacının 3 katını üretebileceğiz. Böylece Akkuyu nükleer santrali  vb.’ne gerek kalmayacak.

Ancak her şeyden önemlisi, sanayicimiz organize sanayi bölgelerinde doğal gaz santralleri ve şebeke elektriği olmadan kendi elektriğini üretebilecek. O zaman, Türkiye’nin Yakın Doğu’daki petrol mücadelesi ile sınırlarını korumak dışında ilgilenmesine ve dışarıdan doğal gaz satın almasına da gerek kalmayacak. Cari açık endüstri 4.0’la kapanacak.

İlgili yazı: Immortus: 100 Km’de 0 Litre Yakan Güneş Enerjili Araba

 

Gelecek vizyonu

Peki önümüzdeki 20 yılda temiz nükleer enerjiyle çalışan füzyon santralleri ile klasik nükleer santrallerden 10 kat fazla enerjiyi 10 kat ucuza üretebileceğimizi biliyor musunuz? Gelecek hafta yeni bir nükleer füzyon dizisine başlıyorum ve buna şimdiden hazırlansanız iyi olur.

Sonuçta nükleer füzyon teknolojisi, helyum 3 zaman kristalleri ve atımlı elektron lazerleri kullanan roketler sayesinde, astronotları hem Jüpiter’e hem de komşu yıldızlara taşıyacak. Dahası yapay yaprak ile sentetik fotosentez veya başka bir deyişle doğal ve organik güneş panelleri imal ederek güneş ışığından hidrojen, oksijen, elektrik üreteceğiz. Biyonik bitkiler ve elektronik güllerle mobil cihazları şarj edeceğiz.

Ancak, 100 yıl içinde bizzat güneşi, lazer ışınlarıyla kablosuz enerji transferi yapan solar uydularla kozaya saracak ve tüm dünyanın elektriğini güneş ışığından üreteceğiz. İşte bu Dyson Bulutu, bizi küresel ısınmanın sıcak dalgalarından koruyacak olan sera kentleri besleyecek. Havalar soğurken parlak gelecek içinizi ısıtsın. Otomotiv sektöründeki mühendisler ise videonun sonunu kesin izlesin.

Solar termal akaryakıt

¹Macroscopic heat release in a molecular solar thermal energy storage system