Temiz enerji kaynakları ve çeşitleri nelerdir

İnsanoğlu var olduğu günden bu yana enerjiye ihtiyaç duymuştur. Bu nedenle dünyamızda enerji ihtiyacı her geçen gün artmaktadır. Herhangi bir yolla enerji üretilmesini sağlayan kaynaklar enerji kaynaklarıdır.

İnsanoğlu var olduğu günden bu yana enerjiye ihtiyaç duymuştur. Bu nedenle dünyamızda enerji ihtiyacı her geçen gün artmaktadır. Herhangi bir yolla enerji üretilmesini sağlayan kaynaklara enerji kaynakları denir. Enerji kaynakları zamanla tükenme durumuna göre iki gruba ayrılır. Bunlar yenilenebilir enerji ve yenilenemez enerjidir.

Yenilenemez enerji kaynaklarının oluşumu uzun bir süreçte gerçekleştiği için, kullanılmaları durumunda zamanla tükenirler. Yenilenemez enerji kaynaklarına fosil yakıtlar ile nükleer enerjiyi örnek verebiliriz. Fosil yakıtlar, günümüzde en yüksek oranda kullanılan enerji kaynağıdır. Fosil yakıtlar termik santrallerde elektrik enerjisi üretiminde ve evlerde ısınma ihtiyacının karşılanmasında kullanılır. Bu kaynakların yüz yılda bol miktarda tüketilmesi, çevrenin hızla kirlenmesine ve doğal dengenin de hızla tahrip olmasına neden olmaktadır.

Nükleer enerji, kullanımı çok yeni olan enerji kaynağıdır. Atom çekirdeğinde gerçekleşen tepkimeler sonucunda elde edilen enerjiye denir. Nükleer santrallerde elde edilir. Nükleer santrallerde sızıntı ya da yanma gibi kazalar gerçekleşmedikçe, temiz ve güvenilir enerji kaynağı olarak kullanılabilir. Bu enerjinin üretilmesi sırasında bazı nükleer (radyoaktif) atıklar oluşur. Ancak nükleer atıkların zararsız hale getirilmesi sağlandığında nükleer enerji de çevre dostu bir enerjidir.

Enerji gücünü güneşten alan, hiç tükenmeyecek olarak düşünülen ve çevreye zararlı atıklar yaymayan enerji kaynaklarına yenilenebilir (temiz) enerji kaynakları denir.

Temiz enerji kaynakları oluşum süreçlerine göre bitkisel enerji kaynakları ve diğer enerji kaynakları olmak üzere iki kısma ayrılır.

A. Bitkisel Enerji Kaynakları

Bitki ve hayvan atıklarından yararlanılarak elde edilen enerjiye biyokütle enerjisi denir. Biyokütle enerjisi, fosilleşmiş bitki ve hayvan atıklarından (hayvan dışkısı, odun parçaları, ölü ağaçlar, besin atıkları, ağaç kabuğu ve talaş gibi organik atıklardan) faydalanılarak elde edilen enerjidir. Biyokütle enerjisi üretilecek olan atık ürünler güç santrallerine getirilir. Güç santrallerinde bu atıklar özel yöntemlerle yakılarak, elektrik üretimi sağlanır.

Biyokütle elde etmek için mısır, buğday gibi özel olarak yetiştirilen bitkiler kaynak oluşturmaktadır. Mısır, buğday ve arpa gibi tahıllar doğrudan şeker içermeyip şekerin bir formu olan nişasta içerirler. Nişasta ön işlemlerden geçirilip içindeki glikoz açığa çıkartılır ve fermantasyon ortamına bırakılır.

Mısır günümüzde iki temel biyoyakıt hammaddesinden biridir. Soya fasülyesinden sonra ikinci en büyük biyoteknolojik üründür. Mısırdan etanol üretiminde en önemli aşama nişastanın etkili bir şekilde fermente edilebilir şekere dönüştürülmesidir. Etanol üretiminde mısır hammaddesinden itibaren dört basamak uygulanır.

1. Şekerin açığa çıkması için ön işlemlerin uygulanması
2. Bakteri ya da mayalar ile şekerin etanol ve CO₂'ye dönüşmesi
3. Etanolün destilasyon ile fermantasyon ortamından ayrılması
4. Dehidrasyon ile etanoldeki suyun uzaklaştırılması

Mısır hammaddesi ile etanol üretimi gıda ve yem olarak kullanılmak üzere ekilen alanlardaki mısır düşüşüne neden olur. Bir üründen hem gıda hem yem hem de etanol üretimi sıkıntılara yol açmaktadır. Ekili alanlardan elde edilen mısırın etanol üretiminde kullanılması, etanol fiyatlarının fosil yakıt fiyatlarından fazla olmasına neden olmaktadır. Bu yöntemin bir diğer dezavantajı da mısırın toprak erozyonuna neden olması ve mısır üretiminde daha fazla azotlu gübre kullanılmasıdır.

Etanolün benzine alternatif olarak kullanılması, gelecekteki enerji ihtiyacını karşılayacak olmasıyla birlikte, tarımsal ve endüstriyel iş hacminde artışa neden olur. Çevre kirlenmesini azaltmasından dolayı da önem kazanmaktadır.

Dünya nüfusunun giderek artması, sanayileşmenin hız kazanmasıyla enerji tüketimi de artmaktadır. Petrol ve kömür gibi fosil yakıtlar, tükenebilir enerji kaynakları olmalarının yanısıra küresel ısınma konusunda da bazı dezavantajlar getirir. Bu nedenle fosil yakıtların önemi giderek azalmaktadır; bu durum araştırmacıları farklı enerji kaynakları keşfetmeye yöneltmektedir.

Fosil yakıtlara alternatif olan biyoyakıtlar, etanol, metanol, biyodizel, metan ve trigliserit yağıdır. Bu yakıtların fosil yakıtlara göre çok daha az sera gazı oluşturduğu bilinmektedir. Fosil yakıt alternatifi olan etil alkolün üretimi büyük ölçüde "fermantasyona" dayanır. Etanol; şeker kamışı, mısır, buğday vb. tahıllar ile selülozik hammaddeden fermantasyon ile elde edilir.

Ayrıca meyve artıkları da fermantasyonda kullanılan bileşenlerdendir. Kuru üzüm, kuru incir, kuru erik, taze incir, üzüm, elma, kayısı, armut, şeftali ve erik bu bileşenlere örnek verilebilir. Meyve şekerinden etil alkol üretiminde izlenecek ana yol, bileşendeki şeker içeriğinin fermantasyonudur. Fermantasyonun basit tanımı, mikroorganizmaların etkinliği ile yüksek molekül kütleli organik maddelerin daha basit maddelere parçalanmasıdır.
Fermantasyon, denklemi ile ifade edilebilir.

Sirke, asetik asit içeren sulu bir çözeltidir. Sirkeleşme, sirke bakterisi adı verilen bir bakterinin etil alkolü yükseltgeyerek (okside ederek) asetik aside çevirmesidir.

Elde edilen asetik asitin % 4 ya da % 5 lik sulu çözeltisi piyasada sirke olarak satılır. Alkoller yandığında oluşan karbondioksit (CO2) ve su(H2O) yanında enerji açığa çıkar. Aşağıdaki tabloda bazı alkollerin 1 mollerinin yanmaları sonucundaki molar yanma ısılarının değerleri verilmiştir.

Tablodan görüldüğü gibi alkoller yandığında oldukça büyük miktarda enerji açığa çıkmaktadır. Dolayısıyla bu maddeler yakıt olarak kullanılabilir.

Etanol tek başına ya da benzinle karıştırılarak kullanılabilir. Oksjien varlığında yanar, petrole göre daha yüksek oktan sayısına, daha yüksek yanma hızına ve daha yüksek buharlaşma sıcaklığına sahiptir. Bu nedenle etanol kısa sürede yanma ve motorda daha az tahribat oluşması gibi avantajlara sahiptir. Bunun yanında etanol, benzine göre daha düşük enerji kaynağı olma, suda kolayca çözünebilme gibi bazı dezavantajlara da sahiptir.

Fermantasyon ile Biyogaz Üretimi

Biyogaz, bazı organik atıkların oksijensiz ortamdaki fermantasyonu ile oluşur; renksiz, kokusuz ve mavi renkte aleve sahip bir gazdır. Biyogaz üretimi Hindistan ve Çin'de oldukça yaygındır. Çin'de hayvan ve insan atıklarının kullanıldığı çok sayıda biyogaz üretim ünitesi bulunmaktadır. Biyogaz üretimi için şeker kamışı, kauçuk, mısır ve kavak gibi bitkilerin atıklarıda kullanılmaktadır. Bazı yağlı tohum bitkilerinden (ayçiçeği gibi) elde edilen yağların bir katalizör eşliğinde alkol ile tepkimesi sonucu ortaya çıkan yakıt biyodizeldir. Hayvansal yağlar ve kızartma yağlarıda biyodizel hammaddesi olarak kullanılır.

Biyogazın oluşumu üç aşamada gerçekleşir:

1. Hidroliz: Organik atık, mikroorganizmaların salgıladığı enzimler ile çözünür hale dönüştürülür. Polisakkaritler monosakkaritlere, proteinler peptitlere ve aminoasitlere dönüşür.

2. Asit oluşturma: Asit oluşturucu bakteriler, birinci aşamada oluşan organik maddeleri, asetik asit, yağ asitleri, hidrojen ve karbondioksit gibi küçük yapılı maddelere ayrıştırır. Bu aşama anaerobik bakterilerin etkinliğiyle gerçekleşir. Bu bakteriler metan gazı oluşumuna katkıda bulunacak bakterilere de uygun ortam sağlarlar.

3. Metan oluşumu: Metan oluşturucu bakteriler, ikinci aşamada oluşan maddeleri biyogaza dönüştürürler. Metan gazının oluşumu asetik asidin parçalanması ya da hidrojen ile karbondioksitin sentez tepkimesi sonucu gerçekleşir. Metan gazı oluşum süreci,

çevre koşullarından fazlaca etkilenen bakteriler nedeniyle oldukça yavaş ilerler.

B. Diğer Temiz Enerji Kaynakları

Klasik enerji kaynaklarına alternatif olarak sunulan enerji kaynakları arasında biyokütle enerjisinden başka güneş enerjisi, rüzgar enerjisi, jeotermal enerji, dalga enerjisi ve hidroelektrik enerji gibi enerji türleri vardır.

Güneş Enerjisi

Güneş ışığı yeryüzünde yararlanılan tüm enerjilerin çok büyük bir kısmının kaynağıdır. Günümüzde güneş enerjisi güneş kolektörleri ile ısı ve elektrik enerjisine dönüştürülmektedir. Güneş kolektörlerinin en yaygın kullanımı evlerin çatılarına yerleştirilenlerdir. Çevreye hiçbir zararı olmayan doğal bir enerji türüdür.

Rüzgar Enerjisi

Rüzgar enerjisi temiz ve yenilenebilir bir enerji türüdür. Rüzgar enerjisini, elektrik enerjisine dönüştürmek için rüzgar türbünü adı verilen büyük pervaneli yüksek kuleler kullanılır.

Jeotermal (Yer Isısı) Enerji

Jeotermal enerji, yer kabuğunun iç kesimlerinde birikmiş olan basınç altındaki sıcak su, buhar ve gazdan elde edilen enerjiyi ifade eder. Jeotermal enerji, ev ve işyerlerinde ısınma amaçlı, tesislerde ise elektrik enerjisi üretmek için kullanılır. Ayrıca jeotermal enerji şifa amaçlı olarak bazı kaplıcalarda kullanılır.

Dalga (Gel-Git) Enerjisi

Denizlerde de yine rüzgarların etkisiyle oluşan dalgalardan enerji elde edilmektedir. Okyanus ve denizlerde meydana gelen dalga (gelgit) veya okyanus akıntısı nedeniyle yer değiştiren su kütlelerinin sahip olduğu potansiyel enerjinin, elektrik enerjisine dönüştürülmesiyle dalga enerjisi oluşur. Bu dönüşüm deniz tabanına yerleştirilen türbünler aracılığıyla veya dalgaların kıyıya çarptıkları yerlerde kullanılan merceklerle sağlanır. Bütün dünyada dalgalardan 200 milyon taş kömürünün vereceği enerji elde edilebilir.

Hidroelektrik Enerji

Suyun sahip olduğu enerjiye hidrolik enerji denir. Hidroelektrik enerji, akan suyun enerjisinin türbünler ve jenaratörler sayesinde elektrik enerjisine dönüştürülmesi şeklinde kullanılır. Hidroelektrik santraller, yakıtı kömür olan termik santraller kadar çevreyi kirletmez ancak baraj yapılacak alanın sular altında kalmasıyla çevrede önemli değişikliklere neden olurlar.