Uzaydan Güneş Enerjisi Işınlamak Ekonomik mi?
Güneş enerjisini yerde mi üretsek, yoksa uzaydan güneş enerjisi mi ışınlasak? Peki ya ikisini birlikte kullansak temiz enerjiyi ölçekleyebilir miyiz? Nitekim modern dünyanın işlemesi için gereken enerji miktarı her geçen gün artıyor. Buna karşın temiz güneş enerjisi doğal gaz ve kömürün yerini alamıyor.
Bunun sebebi geceleyin güneş enerjisi üretilememesi, kuzey enlemlerinde güneş ışınlarının yılın tamamında eğik gelmesi, güneş enerjisini pillerde uzun süre depolanamaması, güneş panellerinin ışığın ancak yüzde 10-15’ini elektriğe çevirebilmesi ve bu ekipmanın çok yer kaplamasıdır.
Rüzgar ve dalga enerjisi de güneş enerjisini destekleyecek kadar istikrarlı enerji sağlamıyor. Öte yandan güneş enerjisi şey… Güneş’ten geliyor. Biz de uzaydan Dünya’ya güneş enerjisi ışınlayarak temiz enerjinin oranını artırabiliriz. Peki uzaydan güneş enerjisi ışınlamak ekonomik mi? Güneş enerjisi uydularını görelim.
İlgili yazı: Okyanuslar Hakkında Yanıtını Bilmediğimiz 7 Soru
Uzaydan güneş enerjisi neden şart?
Bugün Dünya nüfusu 7,8 milyar ve 2050 yılında nüfus 2 milyar artarak 9,8 milyara ulaşacak. Bu da süpermerkezi ekonomik sistemde normalde gerekenden yüzlerce kat daha fazla enerji kullanmayı gerektiriyor. Öte yandan fosil yakıtların, kullanımı gittikçe artan doğal gaz dahil, küresel ısınmaya yol açtığını biliyoruz. Nükleer enerji ise radyoaktif atıklar, Çernobil gibi ölümcül kazalar ve nükleer silahlarda kullanılan plütonyumun reaktörlerde üretilmesi bakımından çok riskli.
Nükleer enerji hem kirli hem tehlikeli. Bu nedenle temiz enerji ihtiyacımız da gittikçe artıyor. Oysa yukarıda gördüğümüz gibi temiz enerjiyi fosil yakıtlar kadar hızlı ölçeklemek imkansız. Teknik sorunlar bir yana, hükümetler hâlâ petrol şirketlerinin kontrolünde ve temiz enerjiye yeterli yatırım yapmıyor. Bu sebeple rüzgar, güneş ve dalga enerjisini birlikte kullanmak en iyi çözüm. Tabii farklı kaynakları ekonomik olarak birbirini baltalamayacak şekilde entegre etmek de ayrı dert.
İşte uzaydan güneş enerjisi ışınlamak burada devrede giriyor. Neden derseniz önce acı gerçek: Bugün Dünya nüfusunun yüzde 40’nını internet erişimi yok. İnanılmaz değil mi? Oysa daha inanılmaz olanı nüfusun yüzde 13’ünün elektriğe erişiminin olmaması… 😮 Enerji ihtiyacımız öyle hızlı artıyor ki her ne kadar nükleer enerjiye karşı olsak da ABD, Rusya, Çin ve Hindistan nükleer enerji yatırımlarını artırmak zorunda kalacaklar. Peki uzaya gönderdiğimiz güneş enerjisi uydularıyla bu sorunu çözebilir miyiz? Uzaydan güneş enerjisinin ne gibi artıları var?
İlgili yazı: Gerçek Adem: ilk insan ne zaman yaşadı?
Uzaydan güneş enerjisi nereden çıktı?
Yeryüzünde çatılara kurulan güneş enerjisi sistemleri (GES) ve arazideki güneş tarlaları ışıktan elektrik üretiyor. Nitekim güneş enerjisi ne kadar yetersiz olsa da en hızlı ölçeklenen temiz enerji kaynağı oldu. Biz de güneş enerjisinin önündeki teknik, politik ve ekonomik engelleri gördük. Yine de size sadece teknoloji anlatmak istemiyorum. Aynı zamanda dünyamızı korumak için enerji politikalarını yönlendiren bilinçli yurttaşlar olmamız için temiz enerji konusunda perspektif de vermek istiyorum. Öyle ki güneş enerjisinin önündeki en büyük engel Dünya atmosferi ve gece–gündüz döngüsüdür:
Atmosfer güneş ışınlarını büyük ölçüde kesiyor. Sadece bulutlu ve yağışlı havalar değil. Atmosfer güneş enerjisinin önemli bir kısmını emiyor. Geceleyin elektrik üretemeyeceğimizi hesaba katmıyorum bile. Ayrıca yaz sezonunda ekvatora yakın veya Akdeniz bölgesindeki güneş panelleri dışında, diğer GES’lerin sırf ışınlar yere eğik ulaştığı için yeterli enerji üretemediğini de ekleyelim. Son olarak atmosfer güneş ışığının yüzde 30’unu doğrudan uzaya yansıtıyor. Buna karşın Dünya yörüngesine güneş enerjisi uydusu yerleştirirsek bütün bu sorunları aşarız; çünkü uzayda hava yok.
Peki güneş enerjisi uydularından söz eden ilk popüler kişi kimdir? Maalesef ülkemizde yeterince tanınmayan bilim insanı, bilim–bilimkurgu–epik fantezi ve hatta Barbar Conan yazarı Isaac Asimov… Bilimkurgunun altın çağında yaşamış olan Asimov ta 1941 tarihli Reason adlı öyküsünde, Dünya yörüngesindeki güneş enerjisi uydularından söz etti. Asimov bilim ve edebiyatı birleştiren gerçek bir STEAM öğretimi dâhisidir. Hem de STEAM programlarından henüz eser yokken yaşamış ve yazmıştır.
Özetle
1970’lerde Amerika Birleşik Devletleri uzaydan yeryüzüne enerji ışınlayan uyduları çok araştırdı. Tabii asıl sebep Sovyet ordusunu uzaydan güneş enerjisi yansıtarak yakmaktı. Güneş ışığından lazer silahları yapmaya çalıştılar. Neyse ki ABD 1980’lerde uzaydan güneş enerjisini barışçıl amaçlarla kullanmaya odaklandı. Peki güneş enerjisi uyduları nasıl çalışır ve enerjiyi Dünya’ya nasıl ışınlar?
İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili
Uzaydan güneş enerjisi sorunları
En basit fikir uzayda dev aynalar inşa etmektir. Bunları tek parça üretmek zor olduğu için bal peteği gibi parça parça üretip uzayda birleştiririz. Böylece çok mercekli böcek gözü gibi bileşik aynalarımız olur. Hatta ışığı Dünya’ya dahi iyi odaklasın diye bu ayna setleri biraz da huniye benzer. Uzaydaki bu tür dev güneş ışığı kolektörleri yeryüzündeki güneş panellerine veya aynalı güneş enerjisi tarlalarına yoğun ışık yansıtır. Böylece güneş santrallerinin normalden onlarca kat fazla elektrik üretmesini sağlar.
Oysa bu temel fikir pratik değildir. Güneş ışığını Dünya’ya olduğu gibi yansıtırsanız yine atmosferden uzaya geri seker. Öte yandan güneş ışığını uzaydaki güneş panellerine odaklarsanız durum değişir. Uzaydaki panellerle elektrik üretmek yerine ışığı kızılaltı lazer veya mikrodalga ışınlarına dönüştürürüz. Bunlar atmosferi delerek Dünya’ya hemen hiç enerji kaybetmeden ulaşır. Yine de uzay üslü güneş enerjisi sistemleriyle üretilen enerjiyi dünyaya kablosuz enerji aktarımıyla ulaştırmak zordur:
Öncelikle uydumuz Dünya’ya ne kadar uzaksa gönderdiği ışınlar o kadar genişler. Bunun için sinema projektörü veya sıradan el fenerini düşünün. Fenerin ışığını elinize tutarsanız sadece avucunuzu aydınlatır. Yok, uzak duvara tutarsanız duvarın tamamını aydınlatır. Ezcümle uzaydan gelen enerji ışınları ne kadar genişse o kadar zayıflar.
Uydular çok büyük
Sizin de bunları almak için Dünya’da dev güneş panelleri üretmeniz gerekir. Bunlar kilometrelerce genişlikte dev güneş paneli tarlaları olacaktır. Diğer ana sorun ise Dünya’nın dönmesidir. Güneş enerjisi uydusu hiç karanlıkta kalmaz ama alıcı tarlalarda gece olur. Dünya kendi çevresinde döndüğü için uydunun görüş alanının dışına çıkar. Peki bunu nasıl çözeriz?
İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt
Uzaydan güneş enerjisi ve mikrodalgalar
İlk çözüm güneş enerjisini yeryüzüne mikrodalga halinde yansıtmaktır. Mikrodalga ışınları kalın bulutları kolayca delerek yere ulaşır. Hatta fırtınalı ve yağışlı havalarda bile enerji almanızı sağlar. (Bkz. Çin yağmurlu havada çalışan güneş paneli yaptı). İkincisi yersabit yörünge kullanırsınız. Uydular Dünya’ya ne kadar uzaksa çevresinde o kadar yavaş döner. Bunu Newton mekaniğinde üçlü gökcismi problemi nasıl çözüldü yazısında anlattım. Yersabit yörünge Dünyamıza yaklaşık 36 bin km uzaktır.
Bu yükseklikte uydu Dünya ile aynı hızda döner. Hem devamlı ışık alır hem de hep gündüz yüzüne enerji ışınlayarak kesintisiz besleme yapar. Bizim de yersabit yörüngede birkaç uydumuz var ama bu irtifada büyük bir zorun da var. O kadar uzaktan Dünya’ya yeterince enerji göndermek için uyduların dev gibi antenleri ve 3 km çapında aynalarının olması gerekiyor. Burada uzaya 80 bin ton ağırlığında uydular göndermekten söz ediyoruz. Uzaya 80 bin tonluk uydu gönderecek roketimiz yok.
Açıkçası elimizdeki hiçbir roket (nükleer roketler dahil) bu kadar yükü yerden kaldıramaz. Tabii ki uyduları parça parça göndeririz. Sonra uzayda birleştiririz ama uzayda inşaat çok pahalı olur. 80 bin tonu parça parça uzaya çıkarmak da çok yakıt ister ve pahalı olur. Nitekim uzaydan enerji göndermenin tek yolu bunun yerde üretilen enerjiden ucuz olmasıdır. Uzayda devamlı bakım yapmayı saymadım. Buna rağmen uzaktan gelirken çok genişleyen mikrodalga ışınlarını yerde almak için dev güneş tarlaları gerekecek. Bunları kurmak da çok pahalı olacak. Peki bu seçeneği neden hâlâ düşünüyoruz?
Dev uydular büyük güç üretir
Bunun sebebi tek bir düşük enerjili mikrodalga ışınının bile büyük bir şehrin ihtiyacını karşılayacak şekilde birkaç gigavat güç sağlayacak olmasıdır. Uzaydaki dev uydular şimdilik boyumuzu aşıyor mu? O zaman küçük uydular kullanalım! Bunlar 400 km gibi alçak yörüngelerde dönsün. Hem hafif olduğu hem de kısa mesafeye fırlatacağımız için sistem ucuz olsun… Tıpkı Starlink şirketinin Dünya’ya yakın dönen mini uzaydan internet uyduları gibi… Maalesef bu da sorunlu bir teknoloji. Neden derseniz:
İlgili yazı: Kuantum Çoklu Dünyalardaki Paralel Evrenler Nerede?
Uzaydan güneş enerjisi için sonsöz
10 tonluk güneş enerjisi uydularını teker teker uzaya fırlatabiliriz. Bunlar mikrodalga ışınlarıyla yeterince enerji gönderemeyecek kadar küçük ve hafif olur. Bu yüzden atmosferi kaba kuvvetle delen ince ve güçlü kızılaltı lazerler kullanırız. Küçük uyduları göndermek kadar uzayda monte etmek ve bakımını yapmak da kolaydır. Alçak yörüngede enerji aktarmanın en verimli ise yolu lazerlerdir. Tabii Dünya’daki alıcı güneş tarlaları da küçük çaplı inşa edilir. İnce ışını almak için büyük tarlaya gerek yoktur.
Sözünü ettiğim probleme gelince… Bu kez uydular Dünya’nın gece tarafında kalacak. Her ne kadar güçlü enerji aktarımı yapsa da tek tek az enerji üretecek. Bu yüzden enerji üretimi birkaç gigavat yerine 1000 kat azalıp birkaç megavat olacak. Üstelik uzaya yüzlerce uydu göndermek ve yerde yüzlerce tesis kurmak gerekecek. Maliyet yine artacak. Son olarak mikrodalga ve lazerlerin Dünya atmosferine verdiği zarar var. Bu ışınlar atmosferde ozon üretimini artıracaktır. Öyle ki bilim insanları yılda 2,4 teravattan daha fazla enerji ışınlamanın atmosfere zarar vereceğini düşünüyor.
Ekonomik gerçekler
Sonuç olarak Dünya’nın enerji problemini tek teknolojiyle çözemeyiz. Önümüzdeki 100 yılda nükleer enerji, nükleer füzyon enerjisi, güneş–rüzgar–dalga enerjisi, hidrojen enerjisi, biyoyakıtları ve doğal gazı kullanmaya devam edeceğiz. Büyük olasılıkla buna uzay üslü güneş enerjisini de ekleyeceğiz. Yine de temiz enerjideki asıl engel teknolojik değildir. Hükümetlerin petrol şirketlerinin güdümünde olup temiz enerjinin önünü açmakta yavaş kalmasıdır. Hükümetler güneş enerjisine petrol kadar yatırım yapsın bakalım temiz enerji ne kadar artıyor?
Siz de güneş enerjisi fizibilitesini artık otoyollara güneş paneli döşüyoruz ve elektrikli araç şarj eden akıllı otoyollar yazısında görebilirsiniz. Güneş enerjili otomobiller başlığında Tesla elektrikli araçların gerçekten temiz enerji kullanıp kullanmadığına bakabilirsiniz. Gerçekten temiz enerji üretecek tek teknoloji olan nükleer füzyon santrallerinin 2080’de küresel ihtiyacın yüzde 70’ni nasıl karşılayacağına bakabilirsiniz.
Yok gözünüzü yıldızlara dikerseniz antimadde roketlerini hemen görebilir ve uzayda 1000 yottawatt enerji üretecek hiper güneş enerjisi uydusunu şimdi bakabilirsiniz. Hızınızı alamayarak Çin’in uzayda kuracağı güneş enerjisi istasyonunu da inceleyebilirsiniz. Bilimle ve sağlıcakla kalın. 😊
Güneş enerjisi neden ucuz ama yaygın değil?
1Laser beamed power – Satellite demonstration applications
2Organic and perovskite solar cells for space applications
3Harvesting Energy from Sun, Outer Space, and Soil
