Enerji kaynakları

Enerji kaynakları, herhangi bir yolla enerji üretilmesini sağlayan kaynaklardır. Dünya üzerindeki enerji kaynakları, klasik ve alternatif kaynaklar olmak üzere ikiye ayrılabilir. Birincil enerji kaynaklarından kullanım oranları; %33,1 petrol, %30,3 kömür, %23,7 doğalgaz,^[1] hidrolik ve diğer yenilenebilir %8, nükleer enerji %5.^[2]

Klasik enerji kaynaklarına alternatif olarak sunulan kaynaklardır. Güneş, rüzgâr, hidrojen, hidroelektrik ve jeotermal kaynaklar buna örnektir. Doğada sürekli var olan faktörlere dayalı olan bu kaynakların en önemli özelliği ise yenilenebilir olmaları ve doğaya zarar vermemeleridir.

Güneş enerjisi güneş ışığından enerji elde edilmesine dayalı teknolojidir. Güneş'in yaydığı ve Dünya'ya da ulaşan enerji, güneşin çekirdeğinde yer alan füzyon süreci ile açığa çıkan ışıma enerjisidir, Güneş'teki hidrojen gazının helyuma dönüşmesi şeklindeki füzyon sürecinden kaynaklanır. Dünya atmosferinin dışında Güneş ışınımının şiddeti, aşağı yukarı sabit ve 1370 W/m² değerindedir, ancak Yeryüzünde 0-1100 W/m² değerleri arasında değişim gösterir. Bu enerjinin Dünya'ya gelen küçük bir bölümü dahi, insanlığın mevcut enerji tüketiminden kat kat fazladır. Güneş enerjisinden yararlanma konusundaki çalışmalar özellikle 1970'lerden sonra hız kazanmış, güneş enerjisi sistemleri teknolojik olarak ilerleme ve maliyet bakımından düşme göstermiş, güneş enerjisi çevresel olarak temiz bir enerji kaynağı olarak kendini kabul ettirmiştir. Dünyada yararlanılan en eski enerji kaynağı güneş enerjisidir. Güneş enerjisinin de diğer enerjiler gibi kullanım sorunları ve koşulları vardır. Güneş enerjisi her tüketim modelinde kolaylıkla kullanılamaz. Her tüketim dalında kullanılabilmesi için bu sorunlarının tüketim modellerine göre çözülmesi gerekmektedir. Güneş enerjisinin depolanması ya da diğer enerjilere dönüşebilmesi, ısıl, mekanik, kimyasal ve elektrik yöntemlerle olur. Güneş enerjisinin, diğer enerjilere çevriminde kullanılan çevrimler;

• Güneş enerjisinden doğrudan ısı enerjisi
• Güneş enerjisinden doğrudan elektrik enerjisi
• Güneş enerjisinden hidrojen enerjisi elde edilmesi olarak sıralanabilir.

Ekoloji bilimi açısından temel enerji güneş enerjisidir. Fosil yakıtlar dahil, rüzgâr gücü, hidrolik enerji, biyogaz, alkol, deniz, termik, dalga gibi tüm enerji kaynakları güneş enerjisinin türevleridir. Fizikçi Capra’ya göre fosil yakıtlar ve çeşitli sorunlar yaratan nükleer enerji geçmiş dönemin enerji kaynaklarıdır. Buna karşılık güneş ve türevleri geleceğin enerji kaynaklarıdır.

Günlük güneş enerjisinden yararlanılması, Dünya'da günlük 300 trilyon ton kömür yakılmasına eşdeğerdir. Başka bir hesaplamayla Dünya'ya bir yılda düşen güneş enerjisi, Dünya'daki çıkarılabilir fosil yakıt kaynakları rezervlerinin tamamından elde edilecek enerjinin yaklaşık 15-20 katına eşdeğerdir.

Alternatif enerji kaynakları içerisinde en az hidrojen enerjisi kadar faydalı olabilecek bir enerji kaynağı da rüzgârdır. Temiz, bol, yenilenebilir olmasının yanı sıra hemen hemen tüm dünya genelinde faydalanma imkânı olan bir kaynaktır. Rüzgâr tarlasında inşa edilen ve rüzgâr türbini adı verilen çok büyük pervaneli, yüksek kuleler aracılığıyla rüzgâr gücü, elektrik enerjisine dönüştürülür. Rüzgâr türbinleri, uçan rüzgâr türbini, yüzen rüzgâr türbini gibi hem yerde hem de havada olabilir. Ayrıca rüzgâr tarlaları denizde, karada ve sahilde yapılabilir. Az sayıda, büyük enerji üretim merkezleri kurmak yerine, ülke geneline küçük üniteler halinde yayılmış rüzgâr türbinleri kurmak çok daha avantajlıdır. Rüzgâr tarlası kurulacak bölgelerin rüzgâr atlası birkaç yıllık çalışma sonucu çıkartılır ve ona göre türbinler kurulur. Bu atlasta bir bölgedeki rüzgâr hızı ve rüzgâr yönü gibi bilgiler bulunur. Rüzgâr, elektrik üretiminin yanı sıra hidrojen üretiminde de söz sahibi olabilir. Rüzgârdan elde edilecek elektrikle suyun hidroliz edilmesi sonucunda; su, oksijen ve hidrojen elementlerine ayrılarak çok ucuz bir yolla hidrojen elde edilmiş olacaktır.

1990'lı yıllarda kullanımı en hızlı artan enerji kaynağı olan rüzgâr enerjisi, bu avantajları sayesinde tüm dünyanın dikkatini çekmeye devam ediyor. Danimarka toplam elektrik enerjisinin yaklaşık %20'sini rüzgârdan elde ederek oran olarak dünyada birinci sıradayken, Almanya da 2007 yılındaki verilere göre, 22.247 megawatt kurulu güç ile rüzgâr enerjisi kullanımında en ön sıralardadır. Almanya'yı en yakından takip eden ABD'nin kurulu gücü ise yaklaşık 2.316.818 megawatt civarındadır.

Jeotermal enerji, yerkabuğunda bulunan ısıdır. Bu enerjiden, yer yüzeyine çıkan sıcak sular aracılığıyla yararlanılır. En eski çağlardan bu yana kullanılan kaplıcalar jeotermal enerjinin ilk kullanım alanlarıdır. Jeotermal enerjiden, kaynağın sıcaklığına bağlı olarak ısıtma uygulamalarında kullanılabilir ya da elektrik üretiminde yararlanılır. Elektrik enerjisi üretimi amaçlı santrallar 20. yüzyılın başlarından itibaren kurulmaya başlanmıştır. Ama yeterince tanınmadığı için Dünya genel enerji üretimininden yalnızca %0.05 lik bir pay alır.

Jeotermal enerji; kaynağın, dünya enerji tüketimine kıyasla çok büyük olması nedeniyle ve kullanılan sıcak suyun reenjeksiyon ile tekrar yer altına verilmesi koşuluyla yenilenebilir enerjiler arasında sayılır.

Okyanuslar ve denizler gibi büyük su kütlelerinde meydana gelen dalgaların enerjisinden yararlanılabilinmektedir. Yenilenebilir enerji formlarından bir tanesidir.

Üretilmesindeki zorluklar:

• Dalgaların yüksek gücüne karşın düşük hızlarda ve farklı yönlerde hareket etmesi
• En güçlü fırtınalara ve tuzlu suyun neden olacağı paslanmaya dayanabilecek yapıların yüksek maliyeti
• Kurulum ve bakım giderlerinin yüksekliğidir.

Dalga enerjisinin toplam enerji potansiyeli, toplam enerji büyüklüğü 2.5 terawat olarak hesaplanan gel-git enerjisinden çok daha fazladır. Sahilleri güçlü rüzgârlara maruz kalan ülkeler, enerji ihtiyaçlarının %5 veya daha fazlasını dalga enerjisinden karşılayabilirler.

Gel-git veya okyanus akıntısı nedeniyle yer değiştiren su kütlelerinin sahip olduğu kinetik veya potansiyel enerjinin elektrik enerjisine dönüştürülmesidir.

Gelgit enerjisini elektriğe dönüştürmek için yaygın olarak, uygun bulunan koyların ağzının bir barajla kapatılarak, gelen suyun tutulması, çekilme sonrasında da yükseklik farkından yararlanılarak türbinler aracılığı ile elektrik üretilmesi hedeflenir. Suyun potansiyel enerjisinin %80'ini elektrik enerjisine dönüştürebilen gel-git enerjisi, güneş enerjisi gibi diğer alternatif enerji kaynaklarına göre daha yüksek bir verimliliğe sahiptir. Deniz ve okyanuslardaki düzenli akıntıların kinetik enerjisinin, deniz tabanına yerleştirilen türbinler aracılığı ile elektrik enerjisine dönüştürülmesi akıntı enerjisi olarak anılır.

Hidrojen birincil enerji kaynaklarından üretilen bir yakıt olup temiz bir enerji kaynağı olarak kullanılabilecek önemli bir elementtir. Fakat dünyada tek başına bulunmadığından önce üretilmesi gerekir. Halihazırda çok pahalı olan bu üretim, su ve doğalgaz gibi elementlerdeki hidrojenin ayrıştırılmasıyla yapılır. Bu şekilde elde edilen hidrojen pillerine yakıt hücresi adı verilmektedir. Şu anda bazı otomobiller hem benzin, hem de hidrojenin kullanıldığı hibrid (melez) yakıt yöntemiyle çalışmaktadır.

Hidrojenin, 20 yıl içerisinde çok daha aktif olarak kullanılması planlanmaktadır. Şu anda hidrojen yakıt konusunda elde edilen en önemli ilerleme İzlanda’da yaşanmaktadır. 1999 yılında, akaryakıt firması Shell ve otomobil firması Daimler-Chrysler ile İzlanda hükûmeti arasında imzalanan anlaşma, İzlanda'yı hidrojen yakıtlı bir ülke haline getirmeyi amaçlamaktadır. Daimler-Chrysler İzlanda için, hidrojenle çalışan otobüs ve otomobiller üretirken, Shell de İzlanda genelinde hidrojen istasyonları açmayı planlamıştır. İzlanda'da elde edilecek muhtemel bir başarı, hidrojenli otomobillerde seri üretime geçilmesini son derece hızlandıracaktır.

Yenilenemez enerji kaynakları, çekirdek kaynaklılar ve fosil yakıtlar olarak iki gruba ayrılır. Bu kaynakların yakın zamanda tükenebileceği tahmin edilmektedir. Nükleer, petrol, kömür ve doğal gaz başlıca yenilenemez enerji kaynaklarındandır. Dünya rezervleri; kömürde 860,94 milyar ton, petrolde 225,4 milyar ton, doğal gazda 208,4 trilyon m³'tür. Fosil yakıtların kalan kullanım ömürler; petrolde 54 yıl, doğal gazda 64 yıl, kömürde 112 yıldır.

• Nükleer enerji üretmede kullanılan kaynaklar toryum ve uranyumdur. Uranyumun çıkarılabilir rezervi 5327,2 bin tondur. En çok rezerve sahip ülkeler ve rezervleri; Kanada 468,7 bin ton, Rusya 487,2 bin ton, Kazakistan 629 bin ton, Avustralya 161 bin tondur. Dünyada çıkarılabilir 5385 bin ton toryum rezervi bulunur. Rezerv miktarları açısından önde gelen ülkeler; 846 bin ton Hindistan, 744 bin ton Türkiye, 606 bin ton Brezilya, 521 Avustralya, 434 bin ton ABD'dir. Dünyada faal olarak çalışan 436 nükleer santralden 2518 milyar kWh elektrik üretilmekte, 65 reaktörün kuruluş çalışması devam etmektedir. Fransa elektrik ihtiyacının %77,7'sini nükleer teknolojiden temin etmektedir.
• Kömür 21.yüzyılın güvenilir ve önemli enerji kaynağı olacaktır.^[3] 2000'li yıllarda dünya enerjisinin %42'sini karşılayan kömürün oranı 2020'lerde %48'e ulaşacağı tahmin edilmektedir. Doğal gaz ve petrole göre daha uzun kullanım ömre sahiptir, yeryüzüne dağılımı daha homojendir. Son 20 yılda fiyatı stabil olması arz güvenliği açısından kayda değerdir. Kömür düşük maliyetle elde edilebilen, pek çok ülkenin üretip sattığı bir enerji kaynağıdır. Taşınması ve depolanması açısından güvenlidir. Birincil enerji üretiminin %25-28'i, elektriğin %41'i kömürden elde edilir.