Türkiye ve güneş enerjisi
Yeşil hidrojen, elektrik üretimi ve diğer fırsatlar üzerine bir deneme
Bir önceki yazı şöyle bitmişti:
Türkiye eğer iç ve dış pazarlar için hidrojen üretmek istiyorsa, bunun Suriye ile birlikte yapılması en uygunu olur. Teknolojinin bir kısmı ve proje mühendisliği Türkiye’den, saha Suriye’den. Bazı siyasi engeller aşılabildiği takdirde, bu her iki ülke için muazzam bir proje olur. Bu konuyu daha ayrıntılı irdelemek istiyorum ama, bu yazı çok uzadı.
Strateji konuşurken, önemli iki prensip bence:
Seçtiğiniz yenilenebilir enerji kaynağı ülkede olsun; ve
Ülke sanayii o kaynağı kullanacak teknolojiyi üretebilecek düzeyde olsun.
Almanya birinci prensibi gözardı etmişti
2000 lerden beri, Almanya, EnergieWende (Enerji Dönüşümü) başlığı altında bir sürü taahhüte1 girdi. Bu taahhütlerin elektrik fiyatlarını arttıracağı açıktı ama şirketler rekabet güçlerinin azalacağını bile bile stratejiyi destekledi; çünkü bu sayede dünya pazarını ele geçirme hedefleniyordu. Energiewende bir anlamda Yeşiller ile Alman kapitalizmi arasında bir ittifaktır.
Strateji tutmadı. Yenilenebilir enerji ekipman imalat sektör öncülüğünü Çin kaptı.
Bunun nedenleri çeşitli. Bu yazıyla ilgili ve önemli bir nedenin Almanya coğrafyasının yenilenebilir enerji kaynak fakirliği olduğu fikrindeyim.
Alman coğrafyasının yenilenebilir doğal kaynak fakirliği, başlarda, Güney İspanya’daki nisbeten zengin kaynaklar kullanılarak telafi edilir diye düşünüldü ama olmadı. 2009 küresel finans krizi sonrası, strateji tamamen çöktü. Eğer Almanya güneş zengini olsaydı ve güneş santralları Almanya’da kurulsaydı, Alman kamuoyu belki biraz sıkıntı çekmeye razı edilebilirdi ama İspanya’ya kurulacak santral fiyatlarının sübvansiyonu için ilanihaye pahalı elektrik tüketmek onlara zor geldi.
Ukrayna savaşı işleri biraz karıştırdı ama bence Yeşiller ile Alman kapitalizmi arasında enerji konusundaki ittifak artık bozulmak üzere ve yakın gelecekte yeni Alman nükleer santralleri görebiliriz. Tabii, Yeşiller nükleer karşıtı politikalarını esnetebilirler ama öyle kıvrak bir U-dönüşü başarabileceklerini sanmıyorum.
İkinci prensip bağımlılığı önler
Bugün kurulan santraldaki ileri teknoloji, beş yılda demode oluyor. Kendi kaynaklarını değerlendirmek isteyen bir ülke, bu kaynaklar değerlendirilirken bu süreci bir fırsat bilerek aynı zamanda teknoloji önderliğine soyunmalıdır.
Bunu her ülke yapamaz. Teknoloji üretimi belli bir sanayii ve bilimsel birikim ve de finansal alt yapı gerektirir. Bence Türkiye’de gerekli birikim ve şu günlerde finans kısmı sorunlu da olsa finansal alt yapı var. Bu yüzden, Türkiye yenilenebilir enerji stratejisi, yalnızca kurulu güç rakamları değil aynı zamanda teknoloji hedefleri üzerine kurulmalıdır. Aksi halde, kurulu güç tesis ederken başkalarının teknolojilerini geliştirmesine destek olursunuz. Sizin elinizde de anlık hedefleri belki sağlayan ama beş senede demode ve öksüz teknoloji (orphan tech) olacak santrallar kalır. Onlar da zamanı gelir emekli edilince, sıfıra sıfır elde var sıfır. Daha da kötüsü, başkalarının teknolojisini kullanma yolunda sebat ederseniz, elden aldığınız teknolojiyi devam ettirmek için dışarıya bağımlılığınız artar.
Hangi teknoloji?
Kendi doğal kaynaklarımızı kullanırken başkalarına bağımlı kalmamak için teknoloji üretmek lazım dedim ama, bazı teknoloji alanlarına yeni bir üretici olarak girmek hemen hemen imkansız hale geldi.
1980 lerin ortalarında bir elektronik dergisinde, benim gemi ve ona benzer şeyler yapan bir inşaat şirketi olarak bildiğim Samsung diye bir şirketin, semi kondüktör yonga (chip) soyunduğu ve beş senede bu alanda lider olmayı planladığını okumuştum, O zaman içimden geçen his, ‘hadi canım sende, o tren kaçtı’ olmuştu. Yanılmışım.
Ama 2022 senesinde, piyasaya girmeye çalışan başka bir yeni şirket için aynı şeyi artık söylenebilir. Teknolojide kökten bir değişiklik olmadığı sürece, ki yakın zamanda öyle bir şey olur gibi gözükmüyor, mesela Cengiz İnşaat’ın, ben bundan sonra güneş pilleri yapacağım ve on senede dünya lideri olacağım diyerek silikon sanayiine atılması ve bir Samsung tecrübesini tekrarlamasını düşünmek hayal olur. Ancak, silikon hücrelerin üretimi dışında bu sektörde yapılacak şeyler çok: panel imalatı, kontrol ekipmanı, inverterler gibi. O konularda Türkiye’nin rekabet gücü olabilir gibi geliyor, eğer müteşebbis firmalarla üniversiteler ve TUBİTAK’ın ciddi işbirliklerini teşvik edecek ortamlar sağlanabilirse. Keza, yeşil hidrojen üretiminde, elektroliz makinalarında teknik ilerleme ihtiyacından bahsetmiştim.
Bu konuda söz sahibi olsaydım, hemen yetkin bilim ve ilgili sanayii çevrelerinin birlikte ürün geliştirecekleri bir sistem kurmaya çalışırdım. Avustralya’da 30 senedir başarı ile çalışan benim de bir zamanlar içinde olduğum Cooperative Research Centres (CRC) gibi bir sistem, Türkiye’de bu işe çok yatkın olurdu. Dünya üzerinde başka mekanizmalar da denendi. Onlara da bakılabilir.
Ne yapmalı?
Teknoloji konusuna böyle kısaca değindikten sonra, ilk başta sıraladığım iki stratejik ilkeden hareket ederek bir düşünce jimnastiği yapalım.
Doğal kaynak var mı?
Rüzgar
Şu ana kadar kurulmuş rüzgar santrallerinin ötesinde Türkiye’nin fazla rüzgar potansiyeli yok kanısındayım. Çok vakıf olduğum bir konu da değil. Yanılıyor olabilirim.
Güneş
Geçen yazıdaki haritayı buraya tekrar kopyalıyorum:
Bu harita, Aksoy (2011) in de belirttiği gibi, yerinde ölçüm değil uydu gözlemlerine göre çizilmiş. Genel gözlemler için yeterli olduğu kanısındayım ama ileride hem global hem doğrudan (hem GHI hem DNI) ölçümleri yapılarak güncelleştirilmesi gerekiyor.
Şekil 1’de resmedilen, ahım şahım bir potansiyel değil. Kıyaslama olarak Avustralya haritasını veriyorum aşağıda:
Güneş enerjisi ile elektrik ve hidrojen üretip Singapur ve Endonezya’ya ihraç planlarının yapıldığı Batı Avustralya’da GHI ortalamaları senelik 2300 kWh/m2 yi buluyor (Ceylanpınar’da 1800 kWh/m2 ile kıyasla). Üstelik Batı Avustralya’da bu çöl gibi arazilerde başka bir şey yapma ihtimali yok. O yüzden arazi ucuz, bedava.
Türkiye’nin Güneydoğusu, sulama imkanları olduğu için yoğun tarım alanları, mesela Ceylanpınar, ya da genel olarak Haran ovası. Bu yüzden, o yörelerin geniş arazilerini güneş santrallarına ayırmak zor.
Biraz güneye inersek, bu coğrafyadaki esas güneş potansiyelinin Suriye ve hatta daha aşağıda Arabistan’da olduğunu görüyoruz2.
Şekil 3 de, bir perspektif sağlaması amacı ile Türkiye ve AB toplam elektrik tüketiminin ortalama 20% verimli PV santrallar tarafından sağlanması için ne kadar alan gerektiğini gösteren iki kare çizdim haritanın üstüne, Palmira’nın biraz batısına düşecek şekilde. O bölgedeki güneş enerjisinin en iyi değerlendirmesi elektrik üretilip AB’ye satılmasıdır demiyorum. Enerji kaynak miktarı hakkında bir perspektif yaratmak için çizdim o kareleri.
Ne yazık ki, bugün Suriye’deki bu kaynağı değerlendirmek için Türk firmalarının oraya gitmesi imkansız. Türkiye ile Suriye ilişkilerinin düzelmesinin iki ülke için de yararlı olacağını düşünüyorum. Yakınlaşmanın bir getirisi bence Türk know-how ve iş tecrübesi kullanılarak Suriye’de mebzul miktarda var olan güneş enerjisinin her iki ülke yararına değerlendirilmesi olmalı.
Bazı okurlar Suriye ile her türlü işbirliğini gerçek dışı bir hayal olarak göreceklerdir. Ben, özellikle Rusya’nın Ukrayna’yı işgal girişiminden sonra Avrasya kıt’asında bütün taşların yerinden oynadığı kanaatindeyim. Taşlar yeni yerlerini bulup yerleşirken, önümüzdeki on yılda çok şey değişeceğini sanıyorum.
Elektrik üretimi
Türkiye-Suriye ilişkilerinin ileride düzeleceğini umduğumu yukarıda yazdım. Ancak kısa ve orta vadede, bu ilişkilerin enterkonnekte elektrik bağlantılarına kadar ilerleyeceğini sanmam. Suriye elektriği, Türkiye şebekesine hatırı sayılır katkı yapacak bir düzeye geldiğinde, Suriye’den gelen hatta herhangi bir nedenle bir kesinti olursa, bütün şebeke çökebilir. Aynı şey, Suriye için de geçerli tabii; birbirine sıkı sıkı bağlı iki şebekeden biri çökünce diğeri de çöker. Karşılıklı güven ve koordinasyon güçlenmeden, iki ülke hükümetleri de böylesine bir karşılıklı bağımlılığı göze alamaz.
Hurda çelik
Bir ton çeliği saf demir cevherinden üretmek için 15–24 GJ (4166-6666 kWh) enerji gerekir ve bu enerjinin de çoğunluğu, klasik teknoloji kullanıldığında, kok kömürü yolu ile sağlanmak zorundadır. Geçen yazıda bahsettiğim kok yerine hidrojen kullanan teknolojiler yerleşip yaygınlaştıkça ham devir cevherinden sıfır atıklı çelik üretimi belki mümkün olacak ilerde.
Hurda kullanarak çelik üretimi ise şimdiden yenilenebilir enerji dostu çünkü enerji girdisi esas olarak hurdayı fırında eriten elektrik. Bu şekilde üretilen geri dönüştürülmüş veya ikinci nesil diyebileceğimiz çelik için ton başına gereken 360-1666 kW-saatin hepsi yenilenebilir enerji kaynaklarından sağlanabilir (Harvey, 2021).
2021 senesinde yayınlanan bir McKinsey araştırma raporundan öğrendiğim kadarı ile, Avrupa Birliğindeki 28 ülkenin toplam senelik çelik tüketimi 140 milyon ton ve bunun yaklaşık 40% ü (56 milyon ton) elektrik ark fırınlarında hurda çelik eritilerek yapılıyor. Şu anda hayali bile zor ama farklı bir paralel evrende, AB ve diğer diyarların 50 milyon ton hurda çeliği, İskenderun’a getirilip Suriye çöllerinde üretilen elektrikle İskenderun demir çelik tesislerinde işlenip yenilendikten sonra tekrar aynı limandan geriye ihraç edilebilirdi. Bir hesabını yapalım.
İskenderun Yeşil Çelik Kompleksi için kabataslak hesap
Pazar büyüklüğü:
56 milyon ton
Gereken enerji:
56,000,000 x 1000 = 56,000 GW-saat ya da GWh
Yani 2021 Türkiye elektrik tüketimi 330,000 GWh ın yüzde 17 si.
Gereken arazi:
330E9 kWh/(2000 kWh/m2)/0.20 = 825000000 m2
(20% verimlilik kabul ediyorum)
Yaklaşık 30 km x 30 km lik bir kare alan
PV santrali kullanarak bu elektriği üretmenin birim maliyeti:
30 $/MWh x 330m MWh = 9,900 milyon dolar (yaklaşık 9,900m Euro)
Çelik fırını sermayesi:
$300/t x 56 milyon ton = $16,800 milyon
Bugünkü fiyatı ile (1000 euro/t), 56 milyon çeliğin satış fiyatı:
56,000 milyon Euro.
Bu kabataslak hesaba göre, en azından bir öncel fizibilite çalışması yapmaya değer gibi, eğer hesaplarda bir yanlışlık yapmadıysam.
Hurda çelik için bu mümkün olursa, aynı şey başka metaller için de yapılabilir. Mesela, Suriye’nin çöllerinde güneş enerjisinden üretilen elektriği kullanarak Hatay vilayeti boksitin aluminyum metaline dönüştürüldüğü mekan haline gelebilir.
Bu başlık altında belli bir kullanım noktası için elektrik üretiminden bahsediyorum. Bu elektriğin genel şebekeye bağlanması, bir önceki başlık altında değindiğim nedenlerden dolayı zaman alabilir.
Yeşil Hidrojen
En son bir fikir jimnastiği olarak, Suriye’de güneş enerjisinden elektroliz yolu ile elektrik edip, mevcut doğal gaz boruları kullanılarak Avrupa’ya göndereceğim. Reverse Osmosis yolu ile tuzdan arındırılmış Akdeniz suyunu kullanacağız. Mevcut boru hatlarının kapasiteleri ve kimin mülkiyetinde oldukları gibi çok önemli konuları şimdilik es geçip yalnızca enerji ve hidrojen üretim maliyetlerine odaklanıyorum.
Konu ile ilgili bazı parametreleri, bir tabloda özetleyelim3
Tablo 1 - Çeşitli veriler ve kaynaklar
Tablodaki varsayımlara dayanarak yapılan hesap, hidrojen birim maliyetini $14.4/MMBtu olarak veriyor. Bu hesapta, elektroliz makinalarının maliyeti ve geri kalan tesisat borular gibi şeyler yok. Onları da eklersek, herhalde $20-25/MMBtu olabilir. Doğal gaz fiyatları son günlerde sürekli değişiyor. Şu sıralar, ABD doları cinsinden $10/MMBtu idi. Hidrojen enerji maliyetini doğal gaz enerji maliyetine düşürmek için, Tablo 1 deki diğer rakamlar aynı kalmak şartı ile, elektroliz verimliliğinin yüzde 80 e çıkması; PV birim elektrik maliyetinin de 3 sentten 2 sente inmesi gerekiyor. Önümüzdeki on sene içinde bu gelişmeler olabilir.
Hidrojen nakliyatı
Mevcut doğal gaz boru hatları, hidrojen nakliyatında kullanılabilir mi?
Siemens(2020) den öğrendiğime göre, boru nakliyat basınçlarında, hidrojen enerji yoğunluğu doğal gaz enerji yoğunluğuna yakınmış. Ayrıca, hidrojen akımı toplam akımın 10% una gelene kadar, borularda ve kompresörlerde bir değişiklik gerekmiyormuş. Hidrojen oranı arttıkça derece derece önce contalar, sonra kompresör rotoru, nihayet de komple kompresör değişimi gerekiyormuş. Ben hydrogen embrittlement dolayısı ile borularda erken aşınma olur sanıyordum ama hidrojen molekül olarak aktığı sürece (yani H atomları değil H2 molekülleri olarak) o da bir sorun değilmiş.
Türkiye ve civarındaki doğal gaz boru hatları kademeli olarak hidrojen boru hatlarına çevrilebilir ve Türkiye ve güneyindeki ülkelerde güneş enerjisi kullanarak üretilen hidrojenin Avrupa ülkelerine ihracatında teknik bir sıkıntı olmaz. En azından şimdiki bildiklerimiz ışığında öyle gözüküyor. İleride, hidrojen boru nakliyatında daha fazla tecrübe kazanıldıkça şu anda akla gelmeyen sorunlar olup olmadığını anlayacağız.
Başka şeyler de muhtemel ama malumu ilan türünden uzun uzun yazmak istemiyorum. Başta bahsettiğim iki prensibe dikkat ederek, çok çeşitli proje fikirleri üretmek mümkün.
Kısa Kısa
Bir ay önce, Avustralya, ABD ve İngiltere AUKUS anlaşması hakkındaki yazımı ‘niyet ifade edildi ama belli bir ürünün tedariğine doğru somut adım yok. Uzmanlar, eğer denizaltılar alınırsa, Avustralya’ya gelmelerinin en az 2040 olacağını söylüyorlar. O zamana kadar kim öle kim kala’ diye bitirmiştim. O kadar sürmedi. Perşembe günü (21 Temmuz 2022) Guardian’da çıkan haberde, Avustralya’nın ABD ya da İngiltere’den denizaltı alabilme ihtimalinin olmadığı, çünkü her iki ülkenin de kendi ihtiyaçlarını anca karşılayabilecekleri yazılmış. AUKUS imzalanırken bu kuşkusuz biliniyordu. Haber, AUKUS anlaşmasının Avustralya’nın daha önceki hükümet zamanında Fransa’ya verilen kağıt üzerinde 50 ama muhtemel 100 miyarlık denizaltı sipariş taahhütünü iptal amaçlı olduğu konusundaki kanımı perçinledi.
Bu seneki Shanghai Üniversite sıralaması yayınlandı. Bizim üniversite (The University of Queensland) dünyada 36. olmuş. Bizim okul da disiplin sıralamalarında iyi yerlerde. Geçen Cuma gördüğümde, Bölüm Başkanının yüzü gülüyordu.
TV dizisi - Amazon Prime’da The Boys. Üçüncü sezonu bitirdik geçen hafta. Tarifi zor bir dizi ama pişman olmazsınız.
Yeniden yeniden dinlemeye değer bir şarkı : Sultan-ı Yegah (Söz: Attila İlhan; Beste: Ergüder Yoldaş; Söyleyen: Nur Yoldaş)
Kaynaklar
Harvey, LD (2021). Iron and steel recycling: Review, conceptual model, irreducible mining requirements, and energy implications, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 138
NREL (2020), Desalination, https://www.energy.gov/sites/default/files/2019/09/f66/73355-7.pdf
Siemens Energy (2020). Hydrogen Infrastructure - the pillar of energy transition. https://assets.siemens-energy.com/siemens/assets/api/uuid:3d4339dc-434e-4692-81a0-a55adbcaa92e/200915-whitepaper-h2-infrastructure-en.pdf?ste_sid=5f1ce84dcb2c9ac96367657cc4aa7197
Energiewende taahhütleri:
CO2 atıklarında 1990 a göre azalma_
2011 - 26.4%
2020 - 40%
2030 - 55%
2050 - 80% ile 95% arası
Yenilenebilir enerjiden gelen elektriğin toplam üretime oranı:
2020 - 35%
2030 - 50%
2050 - 80%
Bu hedefler hala gerçekleşebilir belki ama maliyet 2000 lerde tahmin edilen 200 milyar Euro’nun çok üstünde olacak. Mart 2021'de yayınlanan Alman Federal Sayıştay raporu, Energiewende destek ve tarife siyasetleri dolayısı ile AB ortalamasının %43 üstünde olan enerji fiyatlarının Alman vatandaşları üzerindeki yükünü vurgulamış. Yüksek elektrik fiyatları, hane halkı gibi Almanya sanayiinin de canını acıtıyor.
Şekillerde gösterilmeyen bir parametre de, ortalama değerlerin sene içindeki dağılımının nasıl olduğu. Güneydoğu Anadolu’da mevsimler daha belirgin, kışın kar bile yağıyor. Suriye’nin çöllerinde mevsimler arasındaki fark daha az. Gün gün saat saat güneş ışınımı verileri olmadan aradaki farkı daha detaylandırmak zor ama bunu da monotonluk ve öngörülebilirlik lehinde bir faktör olarak kaydedeyim dedim.
Substack editörü tablo yapmaya izin vermiyor. O yüzden, VS Code ve MarkDown kullanaarak hazırladığım tablonun ekrandan kopyasını bir JPG dosyası olarak veriyorum.
Sağol.
Guzel bir analiz olmuş. Emeğine kalemine sağlık.