Yenilenebilir Enerji

Doğadaki armağan: yenilenebilir enerji.

Yerkürede yüzyıllar boyunca yaşamış hayvanların, bitkilerin ve diğer canlıların biriken kalıntıları fosil enerji kaynaklarını (doğalgaz, petrol, kaya gazı vb.) oluşturur. Jeoloji uzmanlarına göre dünya üzerinde birikmiş olan fosil enerji kaynakları en fazla 100 yıl gibi yakın bir gelecekte tamamen tükenecek. Teknolojinin önüne geçilemeyen hızından dolayı gün geçtikçe de insanlığın enerji ihtiyacı artmakta. İnsanlar yüzyıllardır tükenmeyen bir enerji kaynağı arayışındadır. Dünya bilim tarihinin önde gelen pek çok ismi tükenmeyen enerji, sonsuz hareket gibi konularda pek çok çalışmaya imza atmışlardır. İşte bu arayışlardan doğan araştırmalar ve teknolojik gelişmeler sonucunda, doğanın olağan deviniminden kaynaklanan enerjileri artık tüketilebilir hale getirebiliyor ve kullanabiliyoruz. Bunlara da “yenilenebilir enerji kaynakları” diyoruz. Yenilenebilir ifadesinin sebebi, bu enerji türünün fosil yakıtlar gibi bir gün tükenecek bir kaynak olmayıp, dünyanın doğal hareketleri ve yapısı içerisinde kendini sürdürmekte olmasıdır. Yenilenebilir enerji teknolojilerinde her geçen gün yeni gelişmeler oluyor. Yeni ürünler, daha verimli sistemler piyasaya sürülüyor.

Bizler de güneşin, rüzgarın, yeraltı sıcak sularının, akarsuların, organik atıkların veya en hafif element olan hidrojenin bizlere sunduğu enerjiyi en etkin şekilde kullanmak için her gün daha çok çalışıyoruz.

Dünyamıza ulaşan güneş ışığını hem ısı hem de elektrik enerjisine dönüştürebiliyoruz. Durum böyle olunca bedava bir enerji kaynağı olan güneşten yararlanmamak çok büyük bir hata olacaktır. 1970’li yıllardan sonra güneş enerjisi sistemleri üzerine yapılan çalışmalar büyük bir hız kazandı. Sistemler yıllar içinde teknolojik olarak ilerledi ve buna ters orantılı olarak da maliyetler azalma eğilimine girdi.
Güneş enerjisinin en dikkat çekici özelliklerinden biri, en temiz enerji kaynaklarından olmasıdır.
Sıcak su ihtiyacını karşılama amaçlı güneş kolektörü kullanımında ülkemiz dünyada lider konumdadır. Solar sistemlerle ısı enerjisi üretimi, özellikle güney şehirlerde oldukça yaygındır ve hızla gelişmektedir.
Güneş enerjisinden elektrik üreten (solar pv) hücrelerin çalışma prensibi basittir. Güneşten gelen fotonlar kristal malzemedeki elektronların enerjisini arttırır ve malzemeden koparır, diyotlarla bu serbest elektronların tek yöne akması sağlanır ve bir doğru akım oluşur. Oluşan akım “dönüştürücü” (regulator) ve “evirici” (inverter) denen elektronik ekipmanlar ile akülerde depolanabilecek ya da direk şehir şebekesine aktarılabilecek bir voltaj değerine getirilir.
Solar pv sistemler, şebekeden ayrık (off-grid) ve şebekeye bağlı (on-grid) sistemler olarak ikiye ayrılır. Her iki durumda da bu sistemler aküsüz ve akü destekli olarak tasarlanabilmektedir. 

Rüzgar enerjisi, rüzgarın hareket gücünün uygun yöntemler sayesinde kullanılabilir bir enerji formuna dönüştürülmesi ile elde edilir. Örneğin yel değirmenleri ile rüzgar direkt hareket enerjisine dönüştürülür ve kullanılır. Rüzgar pompaları ile sulama veya drenaj çözümleri, yelkenler sayesinde gemileri itmeye yarayan çözümler elde edilir.
En yaygın ve verimli kullanımlardan biri rüzgar türbini ile elektrik enerjisi üretimidir. Türbinin çalışma prensibi basittir: rüzgarın hareket ettirdiği bıçaklar türbinin gövdesindeki mıknatısları döndürür ve bu bir elektrik akımı doğurur. Uygun dönüştürücü elektronik ekipman ile bu elektrik depolama ve dağıtıma uygun hale getirilir.
Rüzgar gücü ile, santral kurulup büyük ölçekte elektrik enerjisi üretilebileceği gibi, küçük bir sistemin enerji ihtiyacı da karşılanabilir.
RES’lerin bilinen en büyük dezavantajı sebep oldukları gürültüdür. Fakat son yıllarda gelişen teknoloji sayesinde gittikçe daha sessiz türbinler üretilmektedir.

BİYOENERJİ

Biyoenerjinin veya biyokütle enerjisinin kullanımı sera etkisi oluşturan gaz salımlarını azaltmak için büyük bir potansiyel taşımaktadır. Biyokütleler, fosil yakıtlarla eşit miktarda karbon dioksit üretirler, ancak ne zaman yeni bir bitki yetişse, karbondioksit atmosferden alınarak bitkide depolanmaktadır. Böylece, bitkinin biyokütle enerjisi amaçları ile yenilenmesi durumunda net salım sıfır olmaktadır. Enerji bitkileri, örneğin hızlı büyüyen ağaçlar ve çimenler biyokütle kaynakları olarak adlandırılabilir. Biyokütle kaynaklarını kullanımı tarım sektörünün karlılığına da katkı sağlar.

Biyoenerji veya biyokütle enerjisi biyokütlenin elektrik üretmek üzere kullanılması demektir. Günümüzde 6 farklı biyoenerji sisteminden bahsedebiliriz. Bunlar: direk yakıt, ortak yakıt, gaz dönüşüm, anaerobik sindirim, piroliz ve küçük modüler olarak sıralanabilir.

Dünyadaki pek çok biyoenerji santrali, biyoenerji kaynaklarının yakılarak buhar elde edilmesi yöntemine dayanan direk yakıt sistemleri kullanır. Buhar genellikle bir türbini döndürür ve elektrik üretilir. Bazı endüstrilerde, güç santralinden gelen buhar üretim süreçlerinde ya da binaları ısıtmada da kullanılmaktadır. Bu tesisler kombine ısı ve güç tesisleri olarak adlandırılırlar. Örneğin, odun atıkları (talaş vb.) hem elektrik üretmede hem de kağıt silindirleri için buhar amaçlı kullanılmaktadır.

Gaz dönüşüm yüksek ısılarda, oksijene yoksunu bir ortamda biyokütlenin hidrojen, karbon monoksit ve metan karışımı bir gaza dönüştürülmesi yöntemidir. Oluşan bu gaz jet motoruna çok benzer bir şekilde bir gaz türbinini tetikler ve elektrik üretilir.

Biyokütlenin çürümesi de enerji kaynağı olarak kullanılabilecek metan gazı üretir. Ortak yakıt sisteminde arazilerde kuyular açılarak çürüyen organik maddelerden metan salınması sağlanabilir. Her bir kuyudan borularla taşınan gaz merkez bir noktaya getirilir, filtrelenerek temizlenir ve yakılır.
Metan bir enerji kaynağı olarak çok farklı şekillerde kullanılabilir. Pek çok tesiste, metan gazı yakılarak buhar elde edilir. Bu buhar elektrik üretimi veya başka endüstriyel amaçlarla kullanılabilir. Gücü 25 ile 500 kilowatt arasında değişen, ortalama bir buzdolabı büyüklüğündeki mikro türbinler ile elektrik üretimi sağlanabilir. Metan ayrıca bir yakıt hücresi için yakıt olarak da kullanılabilir. Yakıt hücreleri pillere benzer şekilde çalışmakla birlikte, termodinamik olarak açık sistemler oldukları için yakıt olduğu sürece elektrik üretirler.

Metan biyokütleden anaerobik sindirim de denilen bir yöntemle de üretilebilir. Anaerobik sindirim oksijen olmayan ortamlarda bakteriler yardımı ile organik maddenin parçalanması durumudur. Biyokütlelerden gaz haricinde piroliz denilen yöntemle sıvı yakıt da üretilebilir. Biyokütle oksijen olmayan bir ortamda ısıtılırsa piroliz gerçekleşir ve piroliz yağı denen bir sıvı oluşur. Bu yağ da petrol gibi yakılarak elektrik üretebilir. Küçük modüler sistemlerde çeşitli biyoenerji teknolojileri kullanılabilir. Küçük modüler bir sistem 5 megawatt veya daha az güçlerde elektrik üreten sistem olarak tanımlanabilir. Bu sistemler, küçük bir kasabanın ihtiyacın karşılamaktan, tek bir evin ihtiyacına kadar değişik güçlerde boyutlandırılabilir. Örneğin, bazı çiftçiler hayvanlarından elde edilen atıkları çiftlikleri için elektrik üretmede kullanabilir.

YAKIT HÜCRESİ

Yakıt hücresi (fuel cell) teknolojisi, herhangi bir yakıtı yakarak doğrudan elektrik enerjisi üreten bir teknolojidir. Özellikle hidrojen yakıt hücreleri ile yapılan çalışmalar son yıllarda hız kazanmıştır.
Hidrojen yakıt hücresinin çalışma prensibi kısaca şöyledir: Hidrojen, plakalar vasıtasıyla girdiği hücrede eşit olarak dağıtılır ve bir çift elektrodun arasında bulunan sıvı, katı ya da jel halde bulunan elektrolit maddenin içine bir katalizörün yardımıyla iyonlaşmış olarak geçer. Bu sırada açığa çıkan serbest elektronlar hücrenin dışında bulunan plakalar üzerinde bir akım oluşturur. İyonik haldeki hidrojen elektrodun diğer ucuna geldiğinde havadaki oksijenle birleşip su ve bir miktar ısı açığa çıkarır.
Hidrojen yakıt hücreleri, %50 ile %85 arasında değişebilen yüksek verimlerinden ve CO₂ üretmedikleri için avantajlı bulunmaktadır. En önemli dezavantajı ise yüksek maliyetli olmasıdır.
Enerlab, 2013 yılında önemli bir yakıt hücresi projesine imza atmıştır.

Hidrolik santrallerde suyun sahip olduğu enerji kullanılır. Kısaca anlatılacak olursa, suyun akış hareketinin mekanik enerjisi, elektriksel ve manyetik mekanizmalar kullanılarak elektrik enerjisine dönüştürülür. En yaygın elektrik enerjisi kaynaklarındandır.
Ülkemiz akarsular bakımından oldukça zengin bir yapıya sahip olduğundan, hidrolik santrallerin sayısı oldukça fazladır. Hidrolik santrallerin kurulumunda, çevreye minimum zarar veren bir sistem kurulması esas olmalıdır.

Yerkürenin sahip olduğu iç ısı enerjisine jeotermal enerjisi denir. Dünyanın işlenen en eski enerji kaynaklarından biri olan jeotermal kaynaklar sıvının etken olduğu, buharın etken olduğu ve her ikisinin de etken olduğu iki fazlı rezervuarlar olmak üzere üç sınıfa ayrılır. Doğru kullanıldığı takdirde doğaya olumsuz etkileri en az olan kaynaklardandır.
Jeotermal enerji kaplıcalarda turizm amaçlı kullanılabildiği gibi, elektrik üretimi, merkezi ısıtma/soğutma, kültür balıkçılığı gibi proseslerde de kullanılmaktadır.

Türkiye, jeotermal enerji kullanımında dünyanın önde gelen ülkelerindendir.