Geçenlerde Solar sektöründen hatırı sayılı bir firmanın sosyal medya hesabı üzerinden “Bunu yaparsanız bunu ( ayı, geyik) kurtarabilirsiniz” gibi bir “video/ gif resmi” paylaşımı gördüm. Reklamın mesajı ortadaydı: Çatınıza Fotovoltaik Güneş enerjisi santrali kurarsanız, buzullar erimez ve kutup ayıları kurtulur.
Sahi öyle mi? Fotovoltaik güneş panelleri gerçekten dünyamızı kurtaracak, dünyanın enerji sorununa çözüm olabilecek mi? Dünya’da İspanya (ya da büyük sahra çölüne) kadar bir alana Güneş Enerjisi santrali kurarak dünyanın enerji sorununa çözüm bulabilir miyiz? Bu gibi sosyal medya üzerinde sıkça gördüğüm konulara yönelik sorular üzerine biraz düşünmek istedim. Sektörden birinin bu soruları sorması her ne kadar tabu olarak kabul edilse de, eleştirel düşünmenin önemine inanan biriyim.
Kutup ayılarından önce İspanya’nın yüz ölçümünü ele alalım, Google verilerine göre 505.990 km², 1 MW santral için Kuzey yarım kürede yaklaşık 0,016km² gerektiğini düşünürsek, 31.624,375 GW (Gigawatt) Güneş Enerjisi santrali gereklidir. Yani 31,62 TW (terawatt). Multikristal temelli Fotovoltaik panel teknolojisiyle bu tesisin kurulması durumunda bize ne gerekiyor. Ortalama yüksek teknoloji 330W’lık 60 hücreli (Az yer kaplasın) güneş paneliyle bu tesisi kurduk diyelim. İhtiyacımız olan panel sayısı her 1 MW’ta 3000 Adet panel olacaktır. Toplam panel ihtiyacı 94.873.125.000 Adet FV Güneş Panelidir. Şu an Dünya’da yıllık güneş enerjisi santral kurulum kapasitesi 100GW civarında. Solar Power Europe Raporuna göre 2018 yılı sonunda 102GW FV temelli Güneş Enerjisi santrali kurulmuş. Herkesin kafa kafaya varıp dünya enerji ihtiyacını İspanya kadar bir arazide kapatmayı düşündüğünü hayal edelim ve üretim kapasitesini 300GW/yıla çıkartalım. Bu durumda; hedefe ulaşmak (İspanya kadar alana GES kurmak) için gerekli süre 105 Yıl, daha iyimser bir dünya kapasitesi ve nereden çıkartacağımızı bilmediğimiz inanılmaz bir “saf silisyum” rezervi ortaya dökelim, dünya yıllık GES üretim kapasitesi 1TW/yıl olsun. Bu varsayım altında hedefe ulaşmak için gerekli süre 31,62 Yıl. Bugüne kadar kurulan 0,41TW’ı düştüm: Tamı tamına 31 yıl. Fena değil ha ne dersiniz? Tabi dünya nüfusunun hiç artmayacağını, enerji ihtiyacının sabit kalacağını varsayıyorum ve dikkat ettiğiniz üzere İspanya büyüklüğünde bu tesis ne kadar enerji üretir ve gerçekten enerji depolama sorununu çözdüğümüzde dünyanın enerji ihtiyacını karşılar mı, kablolama için gerekli bakır rezervini, çelik altyapı konstrüksiyonunda bu denli bir talebin yaratacağı fiyat artışlarını, yaşanacak alüminyum kıtlığını, inverter elektronik teknolojisi, panel hücre üretimi ve cam üretimi için gerekli silisyum hammadde fiyatlarında oluşacak fiyat dalgalanmalarını, EVA (Etilin vinil Asetat) üretiminin dünya petrol piyasasına etkilerini, bu olağanüstü ölçek ekonomisinin yaratacağı sosyal ve ekonomik etkileri hesaplamadım bile. Bu nedenle Dünya’nın enerji ihtiyacının çözümü için sadece silisyum(c-si) FV panel temelli bu klişelerden biraz uzak durmak gerektiğini basit bir hesap makinesiyle ortaya koyduğumu düşünüyorum. Demagoji yaratmak istemem; ama “Sahra çölü”, “ispanya kadar” gibi yaklaşımların günümüz endüstriyel panelleriyle güya “halkın anlayacağı dil” de anlatıyoruz klişelerine sığınmayı bir bırakın artık. Yaşamda gerçeklerle bağı varmış gibi görünüp; derinlerine indiğinizde size tekme tokat girişecek birçok ütopya karşımıza çıkıyor; ama tekrar ediyorum “Büyük Sahra Çölüne” güneş paneli atıp dünyayı kurtarmaktan bahsetmeyi bırak artık sayın sektör dostu. Buna ihtiyacın yok çünkü.
Silisyum Bazlı FV Teknolojilerinin Sosyo ekonomik ve Çevresel Etkileri
Evet ispanyayı ve Sahra Çölünü bırakıp Kutup Ayılarına dönelim. Wikipedia’ya göre “ABD, Kanada, Danimarka, Norveç, Sovyetler Birliği 1973 yılında kutup ayılarının korunması ile ilgili bir antlaşma imzaladı. Kutup ayısı 2006 yılı kırmızı listesinin tekrar değerlendirmesinde VU: hassas (vulnerable): “Vahşi yaşamda soyu tükenme tehlikesi büyük olan türler” başlığı ile tehdit altındaki türler kategorisine alındı. Küresel ısı değişikliği nedeniyle önümüzdeki 50-100 yıl arasında deniz buzullarında dramatik bir azalma bekleniyor. Bunun sonucunda ortam kaybı ve ortam kalitesinin azalması sonucunda kutup ayısı nüfusunda %30 oranında bir azalma olmasından şüphelenilmekte. Diğer tehditler arasında, kirlenme, gemicilik, eğlence amaçlı izleme(yalnızlığı seven hayvanlar), gaz ve petrol araştırmaları ve yasal ve yasa dışı avlanma bulunmaktadır.” Evet Kutup Ayılarını korumak için fosil yakıtların kullanımını azaltmak kati çözüm değil, istilacı insan türü onların yaşam alanlarını mahvetmek için illa ki farklı yollar buluyor. Sadece ana beslenme kaynağı “fok” avcılığında artış dahi bu sayıları az kalmış canlılara dünyayı dar ediyor. Tabi ki bu tarz değerli canlı türlerine yönelik sosyal farkındalığı arttırıcı reklamlara, yorumlara karşı değilim; fakat günümüz teknolojisinde üretilen güneş panelinin az önce İspanya ve sahra çölü örneklerinde belirttiğim kapasite ölçülerinde artması durumunda dünyanın çevresel felaketlerinin ne kadar önüne geçeceği konusunda bazı şüphelerim var. Nitekim bu şüpheleri “Socio-Economic and Environmental Impacts of Silicon Based Photovoltaic (PV) Technologies” (Silisyum Bazlı Fotovoltaik (FV) Teknolojilerinin Sosyo ekonomik ve Çevresel Etkileri) adlı makalelerinde “Swapnil Dubey*, Nilesh Y. Jadhav, Betka Zakirova” isimli bilim insanları da değerlendirmişler:
“Konvansiyonel FV (silisyum bazlı) üretim prosesleri elektronik endüstrisinde köklere sahiptir, elektronik atıkta bulunan kimyasalların çoğu kurşun, bromlu alev geciktiriciler, kadmiyum ve krom gibi solar Fotovoltaik (FV)’de de bulunur. Güneş hücrelerinin üretimi birçok toksik, yanıcı ve patlayıcı kimyasal içerir. Bu bileşenlerin birçoğunun, güneş hücresi imalatında yer alan işçiler için sağlık tehlikesi olduğu varsayılmaktadır. Güneş panelleri her ne kadar aksi iddia edilse de genellikle tarım arazilerini etkiler ve toprak erozyonuna neden olabilir. Elektronik ürünlerin imha edilmesi birçok ülkede artan bir çevre ve sağlık sorunu haline geliyor. FV panelinin geri dönüşümü şu anda ekonomik olarak değerli/uygun değildir, çünkü üretilen atık miktarları çok küçüktür; 2025 veya 2030’da önemli miktarlarda yaşamının sonuna gelmiş fotovoltaik paneller ortaya çıkmaya başlayacaktır.’’
Şöyle ki; multi kristal temelli (c-Si) Fotovoltaik(FV) panel üretiminin ve geri dönüşümünün çevresel ve sosyal etkilerini anlamak için FV panel üretiminde kullanılan ana hammaddeleri incelemek gerekiyor. Bir FV panelde öncelikle yine silisyum temelli, solar hücreleri darbelerden koruyacak temperlenmiş cam, laminasyon işleminde eritme malzemesi olarak kullanılan Etilin Vinil Asetat (EVA), kurşun-kalay alaşımlı şeritlerle bağlı gümüşle pastalanmış Mono- veya poli-kristal silisyum bazlı hücre dediğimiz ana hammadde, sert hava koşullarına dayanıklı Polivinil Fluroid (PVF) ve (PET) malzemesinden üretilen plastik arka kaplama koruyucu katman, FV modüllerini birbirine bağlamak için plastik malzeme ağırlıklı, bakır, alüminyum içerir bağlantı kutusu, alüminyum bazlı dış çerçeve (bazı modellerde kullanılmayabilir). Bu hammaddelerin tamamı farklı üreticiler aracılığıyla farklı şekillerde üretilir ve daha sonra panel üreticileri tarafından birleştirilir. Cam bir güneş panelinin toplam kütlesinin %74’ünü kaplar, Alüminyum çerçeve %10, Tüm polimerler %6,5 ve güneş hücrelerinin kendisi %3’ünü ve diğer tüm materyaller (gümüş, çinko ve kurşun vb.) %1’den daha az katkıda bulunur. Cam, Alüminyum, Bakır gibi hammaddelerin üretim işlemleri gelenekseldir ve süreç-verimlilik iyileştirmelerini sağlamak zordur. Saf Silisyum üretimi ise görece yeni bir dal olduğu için karbon ayak izinde enerji ihtiyacının azaltılması için hala bazı umutlar vardır.
Mono-kristal güneş hücreleri için 1000 kWh /kg ve poli-kristal hücreler için ise 700 kWh / kg kadar enerji harcaması söz konusudur. Çevresel etkileri değerlendirmek için, hammadde üretiminde, ihtiyaç duyulan enerji, enerjinin üretim özelliği, küresel ısınma, asitlenme ve atıkların tükenmesini göz önünde bulundurmak önemlidir. Hücre üretiminin detaylarına inmeyeceğim, ama şunu bilmekte fayda var, hücre üretimi esnasında kullanılan enerjinin %100 yenilenebilir enerji olduğu varsayımı altında karbon ayak izi bırakmayacağını düşünebiliriz; ama bu durum böyle değil. Yine de eğer sürdürülebilirlik hedefleniyorsa günümüzde gelinen teknolojiyle silisyum, hücre, wafer (hücre üretiminin kütük silisyum aşamasından sonraki elmas tel bıçaklarla kesilmiş levha hali) ve panel üretirken karbon ayak izini %50 azaltmak mümkün olabilmektedir. Örneğin ilgili araştırmada aşağıdaki grafikte de görüleceği üzere hidroelektrik enerjisi ve Avrupa birliği Enterkonnekte sisteminde sunulan elektriği (UCTE) monokristal hücre üretiminde kullandığımızda 27 gram CO²-eq/kWh karbon ayak izi oluşurken, sadece anlık ülke elektriği kullanarak (muhtemelen fosil kaynaklı) 55 gram CO²-eq/kWh karbon ayak izi bıraktığımızı görüyoruz. Aşağıdaki grafikte ilgi çekici detay Kadmiyum-Tellurid temelli üretimin karbon ayak izinin daha az olduğu gerçeği. Peki bu değer diğer fosil kaynaklı enerji üretim metodlarında nasıldır sorusu geliyor akıllara M.J. (Mariska) de Wild-Scholten’e ait “Energy payback time and carbon foot print of commercial photovoltaic systems” makalesinde Elektrik üretiminde Taş kömüründe 1079-gram CO2-eq/kWh, linyitte 123g CO2-eq/kWh, petrolde 885g CO2-eq/kWh ve doğal gazda 642g CO2-eq/kWh karbon ayak izi söz konusu olduğu not edilmiştir. Bu durumdaFV enerjinin bariz temiz enerji olduğu gerçeğini diğer fosil enerji üretim metotlarından çok daha karbon ayak izi bıraktığı gerçeğini unutmuyoruz.
Grafik 1: PV modüllerinin karbon ayak izlerinin karşılaştırılması. Varsayımlar: ışınlama 1700 kWh / m² yıl, optimum eğimli modüller. Hidroelektrik veya elektrik karışımı ile üretilen poli-silikon. UCTE(Avrupa enterkonnekte) veya ülke elektrik karışımı ile üretilen wafer, hücreler ve modüller.
300 W p’ye sahip bir Fotovoltaik(FV) modülü için enerji talebi yaklaşık 460 kWh, yani yaklaşık FV üretimi için her Wp(Vatpik) için 1,53 kWh gereklidir. Vaka analizleri güneş panellerinin kendi harcadıkları enerjiyi 1,7 ila 1,9 yıl arasında geri ödediklerini gösteriyor. Araştırmaya göre mono kristal hücrelerin enerji geri ödeme süresi poli-kristal hücrelerden daha fazladır. Benim kanaatime göre ise PERC ve güncel teknolojilerle bu dengenin değiştiği yönünde, daha ucuza PERC teknolojisi üretilmesi mümkün olmasaydı bu kadar popülarite kazanamazdı diye düşünüyorum. (Tabi yanılıyor da olabilirim, yani umarım öyledir).
Araştırmada ayrıca geri dönüşüm hususu da ele alınmış ve FV modüllerinin geri dönüşümü ve yeniden işlenmesi için enerji talebi kişi başına yaklaşık 200 kWh olduğu belirtilmiş. 300Wp’lik bir panel geri dönüşümünde her bir Wp için 0,6kWh elektrik tüketimi söz konusudur. Geri dönüşüm prosesleri ısıl işlemle ve kimyasal aşındırma yöntemiyle olabiliyor. Genel anlamda baktığımızda geri dönüşümü şu anda ekonomik olarak değerli bulunmasa da önümüzdeki günlerde ciddi bir değeri olacağını ön görebiliyoruz, yeni bir modül üretmek için gerekli olan enerjiden daha az enerji kullanılması da ayrıca önemli bir artı. Ve Geri dönüştürülmüş malzemenin yeniden modül üretiminde kullanılması ise %50’den fazla enerji tasarrufu sağlayabilir. Güneş Hücrelerinin %100 geri dönüşümüne yönelik proseslerde her ne kadar ARGE aşamasında ciddi ilerlemeler yaşansa da, şimdilik kırık hücrelerin yeniden kullanımı veya ikinci el hücre olarak kullanımı dışında pek bir gelişme olduğu söylenemez. Tabi cam, çerçeve, bağlantı kutusu, kablo, bakır, gümüş vs.’nin geri dönüştürülebilmesi de önemli bir unsur.
Çevre açısından FV panellerin ne gibi etkileri var olabilir? Özellikle hücre üretimine kullanılan zararlı gazların (SO2,NOx,CO2, CH4,N2O) üretimi de başlı başına bir çevresel etmen olabiliyor. Ayrıca üretim esnasında yoğun otomasyon kullanılıyor olsa da direk öldürücü bu gazların fazla bir şekilde üretilmesinin ve kullanılmasının insan sağlığına zararları hususunda detaylıca düşünmekte fayda var. Keza bu gazları üretmenin de belirli bir oranda karbon ayak izi bıraktığını da unutmayalım.
Sosyal ve ekonomik açıdan ne gibi olumsuz etkileri olabilir? Bu mecrada hep olumlu yönleri sayıldığı için pek bilmiyorsunuz; ama Tarım arazisi potansiyelinin hunharca harcanması (özellikle muz cumhuriyetlerinde insan hırsının kurbanı olabiliyor), kurulumu esnasında bitkisel yaşamın zarar görmesi ve erozyon, Mikro iklim değişiklikleri, Sürekli enerji tedariki için enerji depolamanın gerekliliği (enerji depolamanın da bir karbon ayak izi mevcut), ekonomik olarak yanlış hesaplanmış tarife mekanizmaları nedeniyle zarara uğrayabilen devlet bütçeleri, Aralıklı elektrik arz sorunları (bulutlu havalar vs.), hammadde üretimi esnasında oluşabilecek sağlık riskleri fotovoltaik enerjinin olumsuz yönleri arasında sayılabilir.
Kısaca özetlemek gerekirse panel üretimi tamamen üretim metodolojisine bağlı olarak çevreye daha az zararlı olacak şekilde sağlanabilir, ama bunun bir güvencesi de yok. Üretiminde kullanılan enerji ne kadar fazla oranda yenilenebilir enerji olursa, bu ürünün o kadar daha az çevreye zararlı olabileceğini görebiliyoruz. Yine de insan yapımı olduğu için çevreye farklı etkileri olduğu gerçeğini unutmamamız gerekiyor. Özellikle üretim kapasitesindeki ütopik senaryoların çevreye farklı boyutlarda zararları olabileceğini düşünüyorum. Yukarıda ele aldığımız bir anda üretim kapasitesinin 3 katına ya da 10 katına çıkartılması durumunda üretim prosesinde kullanılan enerjinin içeriğinin optimize olması aşamasına kadar(ETP-Enerji geri ödeme süresi olan her 2 yılda bir) çevreye ciddi bir karbon ayak izi bırakması kaçınılmaz olacaktır. Bir anda tüm dünyanın güneş panelleriyle kaplanmasının namümkün olduğunu biliyorum, ama bazı ticari kurum ve kuruluşların bana göre biraz fazla hırslı ve agresif bir tutumla bu enerji üretim metoduna saldırılmasını tavsiye etmesini doğru bulmuyorum.
Türkiye’de üretimin sadece “Show kısmı” olan ana hammaddelerin otomasyon sistemiyle birleştirilmesi pratiğe dökülebilmiş durumda. Türkiye için kısa sürede elde edilmek istenebilecek “Doğalgaz santrallerinin kapatalım yerine hemen toplam enerjimizin %30’unu GES (Güneş enerjisi Santrali) ile sağlayalım” hayali bile bir korku filmi senaryosu olabilir. 2019 Ağustos ayında doğalgazdan üretilen 5.345.552,84MWh’lık enerjiyi GES’lerden üretmek için kaba hesapla 40.151 MW’lık (40 GW) depolama yapabilip emre amade enerji sunabilen GES kapasitesine ihtiyacımız var.
Metalürjik sınıf silisyumun elektronik sınıf silisyuma çevrimi, ingot üretimi, wafer üretimi, hücre üretimi gibi ana konular üzerinde düşünülmeden, geri dönüşüm teknolojileriyle ilgili teorik ve pratik altyapı oluşturulmadan, hücre verimliliğine odaklanmış AR-GE projelerinin gelişim seyrini incelemeden, enerji depolama konularında ilerlemeler sağlanmadan bu tarz; “haydi her yer GES olsun, dünya güzelleşsin” hayalleri kurmak güzel, ama faydasız. Bu nedenle Kutup ayılarını kurtarmak için biraz daha sabırlı ve ağır adımlarla giden ve teknolojik ilerlemelerde yaşanacak gelişmeleri kâle alan bir Fotovoltaik endüstrisinin dünyaya katkısı, bugün hemen yapalım, hemen bitsin, taş üstünde taş, GES üstünde GES kalmasın anlayışından daha başarılı olacaktır. Çünkü bir projenin çevreye etkisi onun büyüklüğüne ve doğasına bağlıdır ve konumuna özgüdür. Bu durumda küçük çaplı Çatı Tipi lisanssız FV güneş enerjisi santralleri kutup ayılarının kurtarılmasına çok büyük oranda yardımcı olamayacak olsa da; bildiğimiz kadarıyla (şimdilik) çevreye en az hasar veren yöntemdir. Yarının nelere gebe olabileceğini bilmiyoruz, dünya da Fotovoltaik endüstrisinde ilk 10’da görebildiğimiz ülkemizin tabi ki ilk sıraya yerleşmesini ben de istiyorum, ama biraz sabır, biraz optimizasyon, birkaç yerli hücre üretim fabrikası, ARGE, akademik çalışmalar, doğru insanlar lazım. Yoksa acele işe şeytan karışır diyerek, yazımı burada sonlandırmak istiyorum.
Murat Güven- 19 Kasım 2019 tarihinde Enerji Portalı haber sitesinde de yayınlanmıştır. https://www.enerjiportali.com/cole-ges-kurarak-kutup-ayilarinin-neslini-kurtarabilir-miyiz/
