Yenilenemeyen Enerji Kaynakları

Enerji kullanımına yönelik en önemli teknolojik dönüşümler su ve rüzgâr gücünden yararlanılmasıyla başlamıştır. XII. yüzyılda Cezeri, su ve rüzgâr enerjisiyle çalışan çeşitli makineler tasarlayarak enerjinin daha verimli kullanılmasına öncülük etmiştir. Enerji kaynakları ilk dönemlerde bir ihtiyaç, sonraki dönemlerde ekonomik zenginlik, günümüzde ise kalkınmanın ölçütlerinden biri hâline gelmiştir. Dünyada en hızlı gelişme gösteren enerji biçimi elektrik enerjisi olduğundan enerji kaynakları çoğunlukla elektrik üretiminde kullanılır.

Enerji, yenilenebilen ve yenilenemeyen enerji kaynakları ile sağlanır. Yenilenemeyen enerji kaynakları, tükenme hızı oluşum hızına göre çok fazla olan, sürdürülebilirliği olmayan fosil (mineral) yakıtlar ve nükleer enerjidir. Bu kaynaklar endüstri için önemli enerji kaynakları olarak görülse de gerekli tedbirler alınmadığında çevreye zarar verebilir.

Fosil Yakıtlar

Fosil yakıtlar, organik maddelerin yer altında basınç ve sıcaklığa maruz kalmasıyla oluşur; katı, sıvı ya da gaz hâlinde bulunabilir. Karbon içerikleri yoğun olan fosil yakıtlar termik santrallerde yakılarak açığa çıkan kimyasal enerji ısıya dönüştürülür; bu ısıyla oluşan yüksek basınçlı buharın türbinleri döndürmesiyle jeneratörlerden elektrik enerjisi elde edilir. Fosil yakıtlar yakıldığında atmosfere karbondioksit salınır; ortaya çıkan sülfat, nitrojen gibi tehlikeli atıkların su yollarına karışması çevre kirliliğine, ekolojik dengenin bozulmasına ve canlıların sağlığının olumsuz etkilenmesine yol açar. Kolaylıkla depolanıp gerektiğinde kullanılabilmeleri nedeniyle dünya genelinde en fazla kullanılan enerji kaynaklarıdır. Türkiye'nin enerji bağımsızlığına katkı sağlamak amacıyla Fatih sondaj gemisi ile petrol ve doğal gaz arama faaliyetleri yürütülmektedir; Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığının 2023 verilerine göre Türkiye'de elektrik üretiminin %57,7'si fosil yakıtlardan sağlanmaktadır.

• Kömür: Fosil yakıtlar içinde en yüksek karbon seviyesine sahip enerji kaynağıdır; elektrik santrallerinde yanmasının kolaylığı nedeniyle sıkça tercih edilir. Isının etkisiyle kok kömürü hâline getirilerek demir çelik sanayisinde metal üretiminde kullanılır.
• Petrol: Atmosferik basınç ve sıcaklık koşullarında sıvı hâlde bulunan hidrokarbon karışımıdır. Rafine edilen ham petrolden benzin, mazot, fuel-oil, LPG, gaz yağı, asfalt, katran, plastik gibi petrokimyasal ürünler elde edilir; dünyadaki toplam enerji tüketiminde en yüksek paya sahiptir.
• Doğal gaz: Yanıcı, havadan hafif, renksiz ve kokusuzdur; metan, etan, propan gibi hidrokarbonlar ile karbondioksit, azot, helyum ve hidrojen sülfürden oluşur. Fosil yakıtlar arasında en temizidir ve sanayi, hizmet sektörü ve konutlarda kullanılır. Doğada belirli bir miktarda bulunduğundan ve doğanın yeniden oluşturabileceğinden daha hızlı tükendiğinden yenilenemeyen bir kaynak olarak nitelendirilir.

Nükleer Enerji

Ağır atom çekirdeklerinin parçalanarak hafif atom çekirdeklerine dönüşmesi sırasında ortaya çıkan enerjiye nükleer enerji denir; genellikle uranyum çekirdeğinin baryum ve kripton çekirdeklerine bölünmesiyle (fisyon) elde edilir. Nükleer enerjinin kontrollü şekilde açığa çıkarılması 1942'de Enrico Fermi öncülüğünde kurulan reaktörde gerçekleştirilmiştir. Çekirdek bölünmesi sırasında madde kütlesinin küçük bir kısmını kaybeder; bu kayıp kütle ısı ve yüksek enerjili elektromanyetik ışınım olarak enerjiye dönüşür. Nükleer santrallerde bu enerjiyle elde edilen su buharı türbinleri döndürerek elektrik üretir.

Enerji verimliliği: Yaklaşık 1 kg uranyum-235 izotopunun fisyonu sonucu açığa çıkan ısı enerjisi yaklaşık 24 milyon kWh iken, aynı kütledeki petrolün yakılmasıyla yaklaşık 12 kWh, kömürün yakılmasıyla yaklaşık 8 kWh ısı enerjisi elde edilebilir. Elektrik enerjisine dönüşüm açısından 1 kg kömürden ortalama 3 kWh, 1 kg petrolden yaklaşık 4,5 kWh elektrik elde edilebilirken 1 kg uranyumdan yaklaşık 50.000 kWh elektrik enerjisi elde edilebilmesi, nükleer enerjiye yönelimde önemli bir etkendir.

Nükleer santraller, işletimleri sırasında hiçbir sera gazı emisyonuna neden olmadıklarından havayı en az kirleten santrallerdir; bu yönüyle iklim krizi ile mücadelede yararlı olacakları düşünülmektedir. Radyoaktif atıkların denetim altında tutulup doğru şekilde saklanması çevre açısından önemlidir. Türkiye'de artan enerji ihtiyacını karşılamak için Mersin ilinde Akkuyu Nükleer Santrali'nin inşasına başlanmıştır. Nükleer santrallerin birim elektrik üretimi başına kurulum alanı diğer santrallere göre oldukça küçüktür; bu nedenle doğal hayat, tarım ve yerleşime etkisi daha azdır. Üretimin meteorolojik şartlardan etkilenmemesi, yakıt maliyetinin toplam maliyet içinde düşük olması ve yüksek istihdam imkânı sunması nükleer santrallerin avantajları arasındadır. Bugün dünyadaki elektrik arzının yaklaşık %10'u nükleer santraller tarafından karşılanır; Temmuz 2023 itibarıyla 31 ülkede toplam 410 nükleer santral bulunmaktadır ve 2030'a kadar 164 yeni nükleer santral kurulması planlanmaktadır.

Nükleer Santralin Çalışma Prensibi

Bütün nükleer santrallerde genel olarak reaktör, buhar jeneratörü ve türbin bulunur. Reaktör, nükleer tepkimenin gerçekleştiği ekipmandır; buradaki çekirdek tepkimelerinin hızı bir dizi işlemle kontrol altında tutulur. Buhar jeneratörü, reaktörden aldığı ısıyı bir su kaynağına aktarır; su yüksek basınçlı buhara dönüştürülür ve jeneratör ile elektrik enerjisi elde edilir. Nükleer santrallerin genellikle su kaynaklarının kenarlarına kurulmasının nedeni, ısınan suyun soğutulmasına duyulan ihtiyaçtır.

Türkiye ve Dünya Enerji Kaynağı Kullanım Dağılımı

Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı verilerine göre dünya genelinde enerji kaynağı dağılımı doğal gaz %21,3, kömür %41,0, hidrolik %15,9, nükleer %13,5, jeotermal ve güneş %2,8, akaryakıt ve diğer %5,5 şeklindeyken; Türkiye'de doğal gaz %44, kömür %25,4, hidrolik %24,8, nükleer %0, jeotermal ve güneş %4, akaryakıt ve diğer %1,7'dir. Türkiye, dünya ortalamasının yaklaşık iki katı doğal gaz kullanmakta ve elektrik üretiminin neredeyse yarısını doğal gazla yapmaktadır; bu durum, "Türkiye Yüzyılı" vizyonu çerçevesinde enerji güvenliğinin sağlanması ve ekonomik bağımsızlığın artırılması hedefleri doğrultusunda nükleer enerjinin stratejik bir rol oynayabileceğini göstermektedir.

Özet

• Yenilenemeyen enerji kaynakları, tükenme hızı oluşum hızından çok daha fazla olan fosil yakıtlar (kömür, petrol, doğal gaz) ve nükleer enerjiden oluşur.
• Fosil yakıtlar kolayca depolanabilir ve dünyada en çok kullanılan kaynaktır, ancak yakıldıklarında karbondioksit ve zararlı atıklar salarak çevre kirliliğine yol açar; Türkiye'de elektriğin %57,7'si fosil yakıtlardan sağlanır.
• Nükleer enerji, atom çekirdeğinin bölünmesiyle (fisyon) elde edilir; kütle başına en yüksek enerji verimine sahiptir (1 kg uranyumdan ~50.000 kWh elektrik), sera gazı salmaz, ancak radyoaktif atık yönetimi gerektirir; Türkiye'de Akkuyu Nükleer Santrali bu amaçla inşa edilmektedir.