Güneş Rüzgarından 1000 Yottawatt Enerji Üreten Uydu

Bilim insanları güneş rüzgarından enerji üreten ve uzaydan dünyaya 1000 yottawatt enerji ışınlayan bir güneş enerjisi uydusu tasarlıyor. Güneşi saran Dyson Küresine rakip uydu, Dünya gezegeninde 1971–2018 arasında tüketilen enerjinin 10 milyar katı ve 2010 yılı küresel tüketiminin de 100 milyar katı enerji üretecek. Peki yeni nesil kablosuz enerji transferi ve Dyson–Harrop kızılötesi ışın uydusu nasıl çalışıyor? İnsanlık Dyson–Harrop güneş enerjisi uydusunu ne zaman inşa ederek uzaya gönderebilir?

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

Güneş enerjisi uyduları

İnsanlık ateşi kullanmayı öğrendiğinden beri enerji ihtiyacımız artıyor. Tabii sanayi devrimiyle bu ihtiyacın her yıl tavan yaptığını belirtmeye gerek yok. Nitekim enerji üretimi o kadar arttı ki yaktığımız fosil yakıtlar yüzünden küresel ısınma ortaya çıkıyor. Fosil yakıt demişken kaynakların egemenlerin elinde toplanıp sömürüldüğü süpermerkezi bir dünyada yaşıyoruz. Bu yüzden petrol ve doğal gazın artık artan ihtiyacı karşılaması mümkün değil. Güneş, rüzgar ve akıntı enerjisi de asla gereksinimi tek başına karşılayamayacak. Nükleer enerji ise (20 yılda devreye girecek nükleer füzyon dahil) radyoaktif atıklara yol açıyor. Uzaya yayılmak için daha büyük bir enerji kaynağına ihtiyacımız bulunuyor.

Güneş rüzgarından enerji üreteceğiz

Oysa güneş enerjisi Güneş’ten geliyor. Biz de Dünya ya da Ay yörüngesine veya Dünya ile Güneş arasında bağımsız bir yörüngeye göndereceğimiz güneş enerjisi uydularıyla bol enerji üretebiliriz. Önceki yazıda Çin’in güneş enerjisi uydularını anlattım. Bunların Dünya’ya lazer veya mikrodalgalarla nasıl enerji ışınlayacağını yazdım. Bugün ise Dyson-Harrop uydusunu göreceğiz. Bu uydu 1 yılda insanlığın son 50 yılda kullandığı enerjinin 10 milyar katını üretecek.

Evet, bu kez uzaydan Dünya’ya 1000 yottawatt enerji ışınlayacak bir uydudan söz ediyoruz. Bu da yani milyar kere milyar gigavat ediyor. Nitekim hiper gelişmiş uygarlıkların işlerine denk bir mega proje bu… Güneş’i saran ve Dünya yörüngesi genişliğinde, yani 150 milyon km yarıçapında olan dev bir kafesle rekabet edecek düzeyde bir tasarım. Kafes derken bu, Güneş’in yaydığı ısı ve ışığın neredeyse tamamını yakalayan bir tür Dyson küresidir. Dyson küresi 250 milyon Dünya’ya yetecek kadar güneş enerjisi üretebilir. Öte yandan bunu inşa etmek için Merkür, Mars ve Venüs’ü ham madde olarak kullanmak gerekir. Özetle Dyson küresi çok ama çok pahalıdır.

Teknolojik zorlukları da hesaba katan bilim insanları bunu çözmek için çok çalıştılar. Son 50 yılda fizikçi Freeman Dyson’ın fikrini daha da geliştirdiler. Dyson kafesi, halka dünyalar ve Dyson sürüsü gibi çözümler ürettiler. İçlerinde en ucuzu Dyson sürüsüdür. Bu çözümde Güneş çevresine 1 trilyon güneş enerjisi uydusu yerleştiririz. Ne yazık ki bu da bugün başaramayacağımız kadar pahalı bir projedir. Diğer yandan Dyson küresine rakip Dyson-Harrop uydusu var. Peki nasıl çalışıyor?

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

 

Güneş rüzgarından güneş yelkenine

Bu uydu güneş ışığından değil ama güneş rüzgarından, elektrik yükünden enerji üretecek. Bu sebeple neredeyse Dyson kafesi kadar güçlü olacak. Buna karşın Dyson kafesinden milyarlarca kat ucuz olacak. Dolayısıyla fizikçilerin dikkatini çekiyor. 😉 Ne de olsa milyar kere milyar gigavat/yıl enerji üretmek görmezden gelemeyeceğimiz bir fırsat… Güneş rüzgarını Güneş Yağmuru yazısında detaylıca anlattım fakat özetleyebilirim. Güneş rüzgarı saniyede 750 km hızla giden yüklü parçacıklardan oluşur. Bunlar Güneş’in uzaya üflediği plazma halindeki seyrek gazı oluşturur.

Güneş rüzgarı yüksek hızlı ve enerjik elektronlar, hidrojen atom çekirdekleri (protonlar) ve alfa parçacıkları (helyum 4) çekirdekleri içerir. Bu yüzden de en tehlikeli iyonize edici radyasyon türü olan sert radyasyon kategorisine girer. Dünyamızın manyetik alanı bizi güneş fırtınalarından büyük ölçüde korur. Uluslararası Uzay İstasyonu da manyetik alanın içinde olduğu için oldukça güvenlidir. Buna rağmen astronotların zaman zaman istasyondaki radyoaktif serpinti sığınağına geçmesi gerekir.

İşte Dyson–Harrop uydusu da termonükleer bomba kadar şiddetli radyasyon yayabilen güneş rüzgarından enerji üretecek. Gerçi iyonize edici radyasyon kısmını boş vererek bunu elektronlarla yapacak. Bunun için de güneş yelkeni kullanacak ki iki tür güneş yelkeni vardır. Klasik ışık yelkeni ve elektrikli güneş yelkeni… İkisini de yazdım ama elektrikli olan güneş rüzgarından enerji üretiyor. Bu bağlamda biz de Güneş yörüngesine halka şekilli bir elektrikli güneş yelkeni yerleştireceğiz. Peki bu uydu nasıl çalışacak? Önce bugünkü teknolojiyle yapabileceğimiz küçük modeli görelim:

İlgili yazı: Aklın Geleceği: Dünyamız için Nasıl Daha Akılcı Oluruz?

 

Güneş rüzgarından elektrik çekmek

Halka şeklindeki güneş yelkeni 4 ton ağırlığındaki uyduya takılacak. Bu uydu resimdeki gibi Güneş’e dönük olacak. Güneş yelkeni uydunun güneş çevresinde sarsılmadan dönmesini sağlayacak. Metalik olduğu için güneş rüzgarındaki elektronları toplayacak. Böylece negatif elektrikle yüklenecek. Bunun dışında uydumuz halkanın önünde ve tam ortasında yer alacak. Uydudan Güneş’e doğru çok uzun, ama sadece 1 cm kalınlığında bakır bir tel uzanacak. Halkanın yükü telden Güneş’e doğru boşalırken dinamo etkisi oluşacak. Böylece tel çevresinde silindirik bir manyetik alan üretecek (resme bakın).

Bu da tıpkı bir elektrikli süpürge gibi Güneş’ten gelen elektronları kendine çekecek. Silindir şekilli manyetik alanın elektronları içine emecek. Böylece elektronlar telin hemen üzerinden, güneş yelkeninin önünde ve tam ortasında duran uyduya akacak. Uydudaki kolektörlere yönelecek. Sonuç olarak Dyson–Harrop uydusu güneş rüzgarından büyük miktarda elektrik üretecek. Elektriğin bir kısmını manyetik alanı korumak için sisteme geri verecek. Geri kalanını ise Dünya’ya kablosuz enerji transferiyle ışınlayacak ve bunu kızılaltı ışınlarla yapacak. Neden kızılaltı ışınlar derseniz:

Kızılaltı ışınlar atmosferi lazer ve mikrodalga ışınlarından daha kolay geçer. Bu sırada pek az enerji kaybeder. Kısacası atmosferi ısıtarak küresel ısınmaya yol açmaz ve ozon tabakasına zarar vermez. Atmosferi yakarak büyük miktarda zehirli ozon gazı da üretmez. Öyle ki bugüne dek tasarlanan güneş enerjisi uydularının en büyük sorunu atmosfere zarar vermeleri olmuştur. Bu da uyduların enerji transfer kapasitesini yılda 2-3 teravatla sınırlandırmıştır.

Güneş yelkeni ve bakır tel

Sonuç olarak Dyson–Harrop uydusu sadece büyük miktarda enerji üretmeyecek. Aynı zamanda enerjinin tamamını Dünya’ya kısa sürede aktarabilecek. En azından küçük modeli için ki sayılarla anlatırsak… 10 metre çapındaki halka şekilli güneş yelkeni ve 300 metre uzunluğundaki bakır telle 1,7 megavatlık elektrik enerjisi toplamak mümkündür. Elbette bu küçük model bile hemen üretip uzaya fırlatamayacağımız kadar pahalı ama üzülmeyin. Bütün yeni teknolojiler başlangıçta pahalıdır; çünkü kimse henüz bu ürünleri seri üretime almamıştır. Peki nasıl olacak?

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

Güneş rüzgarından lazerlere…

Yatırımcı bulduğumuz anda sorun çözülür. Bugün SpaceX şirketi başta olmak üzere küresel uzay sanayii 4 tonluk bir güneş enerjisi uydusunu makul fiyatlarla uzaya gönderecek kapasitededir. Asıl önemli olan uzayda üretilecek enerjinin Dünya’da üretilecek elektrikle rekabet edecek kadar ucuz olmasıdır. Tabii bunun için önce uzayda bu sistemi kurmak gerekir. Şimdilik kulağa kısırdöngü gibi gelebilir. Oysa önümüzdeki 30 yılda bu sistem küçük prototiplerden tam ölçekli uyduya dek mutlaka denenecektir.

Öte yandan tam ölçekli bir Dyson–Harrop uydusu neredeyse Dyson küresine rakip olabilir. Hem de milyonlarca kat ucuza mal olarak… 1 km uzunluğundaki bir tel ve 8500 km genişliğindeki güneş yelkeniyle 1000 yottawatt enerji üretmek mümkündür. Güneş yelkeni insan saçından ince olmasına rağmen uzayda deforme olmayacaktır. Bunun nedeni uzayda atmosfer olmamasıdır. Aynı şekilde bakır tel de eğilip bükülmeyecektir. Dolayısıyla bu hiç de uçuk bir proje değildir. Hele getirisi en büyük yatırımı bile haklı çıkaracak kadar fazladır.

Elbette bu kadar büyük bir şeyi uzaya göndermek ayrı bir zorluktur. Uzaya parça parça göndermek maliyetli değil. Buna karşın uyduyu inşa edecek robotları geliştirmek ve onları da fırlatmak lazım. Ayrıca yelkenimiz mikro meteorlar yüzünden delinirse tamir etmek gerekecek. Bu yüzden tam boy Dyson–Harrop uydusu bugünkü gücümüzü aşıyor. Yine de 2070’lerde bu işe rahatlıkla başlayabiliriz. Dyson–Harrop uydusunu bugünkü teknolojiyle üretebiliriz. Yalnızca o kadar büyük bir uydu olmaz.

Güneş rüzgarından kızılaltı ışınlara

Önümüzdeki asıl engel ise kızılaltı ışınlar… Kablosuz enerji için elimizdeki en iyi çözüm uydudan Dünya’ya kızılaltı lazerlerle enerji ışınlamaktır. Lazerler çok iyi odaklandığı için pek enerji kaybına uğramaz ve atmosferi aşırı ısıtmaz. Buna karşın en güçlü lazer bile uydudan Dünya’ya ulaşana dek binlerce km genişliğinde olacaktır. Yeryüzünde çanak şekilli bu kadar geniş bir güneş tarlası kuramayız fakat bunun da çözümü var:

İlgili yazı: 5 Soruda Paralel Evrenler

 

 

Dyson–Harrop uydu sürüsü

Sözünü ettiğim küçük Dyson–Harrop uydularından birkaç bin tanesini uzaya gönderip ışınları yeryüzündeki farklı istasyonlarla toplayabiliriz. Sadece enerji üretim kapasitesi azalacağı için attığımız taşın ürküttüğümüz kuşa değmesi gerekir. Yine de uzaydan rekabetçi fiyatlarla yılda 2 terawat enerji ışınlamayı başardığımız anda uzaydan güneş enerjisi son derece ekonomik olacaktır. Üstelik bir yılda 3000 uydu göndermeye de gerek yok. Her yıl 100 uydu göndermek gibi uzun vadeli bir çözüm bulabiliriz. Böylece 1 kilovatsaatlik küçük uydu denemelerin ardından hemen işe koyuluruz.

Uyduları parça parça uzaya göndermek riski azaltır ve maliyeti yönetmemizi sağlar. Hatta yolda daha ucuz ve kaliteli teknolojiler geliştirerek iyileştirme yaparız. Uzaydan güneş enerjisini yerdeki güneş panellerinden daha iyi ölçekleyebiliriz. Böylelikle uzaydan enerji ışınlamayı daha temiz nükleer enerjiyle birlikte kullanırız. Klasik güneş, rüzgar ve akıntı (okyanus ve ırmak) enerjisini de destekleriz. Sonuç olarak fosil yakıt kullanımını yüzde 10’a düşürürüz. Unutmayın ki 2040’a dek küresel enerjinin yüzde 707ini fosil yakıtlardan karşılayacağız. Peki ya hidrojen yakıtı?

Elektrikli otomobiller ve elektrikli araç şarj eden akıllı yollar yazılarında anlattığım gibi hidrojen gazı fosil yakıtlara alternatif olamaz. Sonuçta hidrojen ekonomisi de en az doğal gaz kadar küresel ısınmaya yol açacaktır. Tabii ki doğal gaz kömürden ve hidrojen de doğal gazdan daha az küresel ısınmaya yol açar. Buna karşın hidrojen rafinerileri üretim aşamasında atmosfere büyük miktarda sera gazı salıyor. Bu yüzden petrol şirketlerinin gazına gelmeyelim. 😊 Hidrojen ekonomisi öncelikle hidrojen yakıt hücresi olarak kullanıma uygundur. Bunun yanında küçük uçak ve gemileri elektrikli motorlara geçirebiliriz. Kalan deniz ve hava araçlarında hidrojen kullanabiliriz. En temiz enerji kombinezonu budur.

Güneş rüzgarından sonsöz

Siz de bilimden bilimkurguya kaymak isterseniz Dyson kürelerinin nasıl inşa edildiğini şimdi okuyabilir ve halka dünyalara hemen göz atabilirsiniz. Dyson sürüsünü inceleyerek Tip 3 uygarlık galaksi imparatorlukların enerji altyapılarına bakabilirsiniz. Antiyerçekimi üretebilen bir uygarlığın sınırlarını analiz ederek insanların 10 trilyon yıl sonra nasıl yaşayacağını sorgulayabilirsiniz. Bilimle ve sağlıcakla kalın. 😊

Güneşi Saran Dyson Küresi Yaparsak

¹The Solar Wind Power Satellite as an alternative to a traditional Dyson Sphere and its implications for remote detection
²The Detection of a Dyson-Harrop Satellite: A Technologically Feasible Astro-Engineerıng Project and Alternative to the Traditional Dyson Sphere
³World total energy supply by source, 1971-2018