Blog / Dünyada Petrolün Yerini Alacak Stratejik Ürünler: Taşınabilir Enerjiler-Piller ? 1
Dünyada Petrolün Yerini Alacak Stratejik Ürünler: Taşınabilir Enerjiler-Piller – 1
Dr. Mustafa Kemal AKGÜL / Sanayi ve Teknoloji Uzmanı (Verimlilik Genel Müdürlüğü)
Giriş
Değerli okuyucular, bu sayımızdan itibaren çok önemli bulduğumuz yeni bir konuya başlamış olacağız. Konumuz ‘taşınabilir enerjiler-piller’dir. Pillerin üretiminin stratejik olmasında üç önemli neden bulunmaktadır. Birincisi, ülkemizin de içinde bulunduğu nüfusu ve gelişmişlik düzeyi benzer ülkelerde başta cep telefonları olmak üzere, bilgisayarlar, tabletler, uzaktan kumanda sistemleri, oyuncaklar, vb. ev aletleri oldukça hızlı yayılmaktadır. Bütün bu cihazlar pillerle çalışmaktadır. Pillerin ithalatına verilen paranın yanı sıra bu pillerin atılmasından dolayı kirlenen çevrenin maliyeti de oldukça önemlidir.
Dünyada geleceğin ulaşım araçlarında hibrit yakıtlar ve bunların içinde de elektrikle kolaylıkla şarj edilebilen (lityum ve türevleri) pillerin kullanılacağına dair büyük tespitler bulunmaktadır. Hatta bazı strateji yazarları orta doğudaki petrol çekişmelerinin yerini geleceğin pillerinde kullanılacak olan lityum, toryum ve bor minerallerinin bulunduğu bölgelerde ekonomik üstünlük ve stratejik ortaklık oluşturma çabalarının alacağını vurgulamaktadırlar.
Yazımızın bu bölümünde pil üretiminin neden stratejik olduğuna değinerek, gelecekteki taşınabilir enerji teknolojilerinin neler olabileceğini ve günümüzde üretilen pil çeşitlerinin neler olduğundan bahsedeceğiz. Gelecek sayımızda ise yeni pil teknolojilerine değinmeye çalışacağız.
1. Dünyada Taşınabilir Enerjiye, Pile Olan İhtiyaç ve Bağımlılıklar
Yeni Yaşam Tarzı; Sürekli Etkileşim İçinde Olmak
Bilgi çağı ve bu çağda yaşayan insanları tanımlayan “Bilgi Toplumunun” bireyleri bir şekilde çevresi ve diğer insanlarla bilgi etkileşimi içinde yer almaktadır. Bugünün yaşam tarzı sürekli iletişim içinde bulunmak olarak da tanımlanabilmektedir. İnsanlar işlerinde ve iş çıkışında sürekli bir mobil sistemin etkileşimi içinde yer almaktadır. Spor yaparken, işyerinde, evde vs. yanında ya bir cep telefonu ya da mini müzik çaları bulunabilmektedir. Bütün bu sistemlerin çalışması için taşınabilir enerji kaynaklarına ihtiyaç bulunmaktadır. Günümüzde taşınabilir enerji kaynakları deyince en başta piller gelmektedir.
Avrupa’da ve dünyada pil kullanım ve toplanan atık pil miktarı ülkemizde kişi başına düşen pil miktarı, ithalat miktarı 9.800 ton kabul edilirse 140 gr, yani 6 adettir. Dünyadaki pil pazarına genel bakış; pil ve akümülatörlerin dünyadaki toplam satışlarının 2007 yılı itibarıyla 55 milyar Amerikan Doları olduğu hesaplanmıştır. Kişi başına pil tüketimi ise, Japonya ve Amerika’da yıllık bazda 50 – 60 adet, Avrupa ülkelerinde (AB üye ülkelerinde) 30 – 35 adet ve Türkiye’de 5-6 adettir. [2]
2. Yakın Gelecekte Taşınabilir Enerjide Yaygınlaşacak Teknolojiler
1. Kinetik Enerji Jeneratörü
Gündelik yaşamında daha çok hareket halinde olanlar için ideal bir enerji kaynağı. Biz hareket ettikçe nPower PEG cihazı da hareket ediyor ve enerji üretiyor.
2. Wi – Fi Enerji Toplayıcı (ya da Emici)
Alternatif enerji kaynakları içerisinde en ilginç olanlarından birisidir, havadaki enerjiyi toplama gücüne sahiptir. Etrafımızdaki hangi enerjiyi topluyor derseniz işte cevabı; wi-fi bağlantıları. Bugün etrafımızda birçok kablosuz bağlantı mevcut ve bunların havada bir enerjisi var. AirPower cihazı işte bu enerjiyi biriktiriyor içerisindeki bataryayı şarj ediyor. cihaz aynı zamanda bir USB bağlantısına da sahip. Yani USB aracılığı ile daha sonra cihazlarınızı şarj edebiliyorsunuz.
3. Piezoelektrik Kollektör
Telefon vb. araçlar içerisinde küçük bir jeneratör gibi düşünebilirsiniz. Örnek olarak telefon içerisindeki bataryayı bir kızağa yerleştirdiğinizi düşünün, bu kızak üzerindeki batarya bizim hareketimizle aşağı yukarı kayacak kaydıkça yani hareket ettikçe enerji üretecek ve batarya şarj olacak. Şarjımız bitti acil bir durum mevcutsa ne yapacağız? Telefonu elimize alıp sallayacağız ve telefonumuzun şarj olmasını sağlayacağız.
4. Solar-Termal Jeneratörler
Neden tek bir enerji kaynağını kullanalım diyerek yola çıkan Fujitsu firması hem güneş panelli hem de termoelektrik jeneratörlü ince, esnek cihazlar üretti. Güneş varsa güneşten güneş yoksa termoelektrik jeneratörü sayesinde enerji üreten bu cihazların 2015′te elektronik araçlarda kullanılacağı belirtiliyor.
5. Esnek Nano-Jeneratör
Araştırmacı Georgia Tech esnek levhalar üzerine minik piezoelektrik nano teller yerleştirilerek enerji üretimin sağlandığını ancak bu çok ince panellerin beklendiği kadar büyük enerji üretemeyeceklerini belirtiyor. Bununla birlikte bu paneller çok ince olduğu için özellikle giydiğimiz kıyafetlere yani kumaş içerisine uygulandığında her hareketimizde enerji üretebileceğimizi söylüyor.
6. Saydam (Transparan) Güneş Paneli
Bir Fransız şirketi olan Wysips saydam yani görünmez güneş panelleri geliştirdi. 100 mikron kalınlığı olan bu panelin 1 saatte elde ettiği enerji ile 30 dakikalık telefon görüşmesi yapmanın mümkün olduğu belirtiliyor. Güneş panellerinin saydam olmaları telefon, bilgisayar vb. cihazların ekranlarına dahi yerleştirilebilmelerini imkân veriyor. Bu tip cihazların bu yıl piyasaya sürüleceği belirtiliyor.
7. Güneş Enerjisi Panelli Kumaş (Farklı bir isim verilebilir)
İngiltere’de Bilim Merkezi ve Fiziksel Araştırma Merkezi doğrudan güneş enerjisi toplayan jeneratör görevi gören bir üniforma üzerinde çalışıyor. Bu üniforma güneş olmadığında, karanlık alanlarda Termoelektrik bileşenleri aracılığıyla da enerji üretebilmektedir. Prototip olarak şu an hazır olan bu sistemin Aralık ayında ticari amaçla piyasaya sürülebileceği belirtiliyor.
8. Kişisel (Portatif) Güneş Panelleri
Solio firması katlanabilir ve taşınabilir 3 panelli enerji kaynağını üretmiş bulunmaktadır. Cihazın ortasında bulunan deliğe bir kalem vb. bir aleti geçirerek paneli güneşin olduğu tarafa yönlendirilmek güneşi yani enerjiyi tam olarak alması sağlanabilmektedir. Cihaz sadece aldığı enerjiyi direk cihazınıza aktarmak için değil ayrıca içerisinde bulunan bataryayı da şarj edebilmektedir.
9. Mikro Rüzgâr Türbinleri
Elimizde taşıyabileceğimiz, bisikletimize veya arabamıza yerleştirebileceğimiz mini rüzgârgülleri, mini rüzgâr jeneratörleri olarak bizim için bir enerji kaynağı olabilmektedir. [4]
3. Pil Üretim Endüstrisi Neden Stratejiktir?
Bugün ülkemizde yaklaşık 136 milyon cep telefonu bulunmaktadır (ilk kullanımdan bugüne kadar ithal edilenler ve yerli üretilenler) mobil telefon abone sayısı ise 68 milyon kişiye ulaşmış bulunmaktadır. Diğer yandan ülkemizde yaklaşık 3 milyon kadar dizüstü ve tablet bilgisayar kullanılmaktadır (2013) [1] Bunun yanı sıra teorik olarak Türkiye’deki toplam 20 milyon hanenin %95’inde TV olduğu varsayımıyla, ülkemizde yaklaşık 19 milyon TV kumandası kullanıldığını söyleyebiliriz. Diğer yandan çocukların ve büyüklerin kullandıkları uzaktan kumandalı oyuncaklar, ışıldaklar ve el fenerleri vb. ev aletlerinde de yoğun olarak piller kullanılmaktadır.
Bununla birlikte 2015 yılından itibaren dünyada hibrit (fosil yakıt+hidrojen ve pil) yakıtla çalışan otomobiller yaygınlaşacaktır. Ülkemizde yaklaşık 17 milyon kara taşıtı bulunmaktadır. Bunun yaklaşık 8 milyon adedi otomobildir. Bütün kara taşıtlarında akümülatör kullanılmaktadır, bununla birlikte otomobillerden başlayarak hibrit arabaların yaygınlaşması ile ülkemizde de yeni nesil batarya ve pil ihtiyaçları milyon adetler seviyesinde olacaktır.
Ülkemizdeki gelecek 10 yıl göz önünde bulundurulduğunda, kara taşıtları içinde hibrit otomobil sayısının 2023 yıllarında milyonlarla ifade edilecek sayılara ulaşacağı öngörülmektedir. Bu nedenle gelecek on yılda milyar dolarları bulacak yeni nesil batarya ve pil piyasasının ithal ürünlerle sağlanması ülkemiz için önemli ekonomik kayıplara neden olabilecektir. Zaten fosil yakıtlarda (petrol ve gaz) büyük oranlarda dışa bağımlı olan ülkemizin yeni bir enerji bağımlılığına gitmesi asla düşünülmeyecek bir durumdur.
4. Yeni Enerji Kaynağımız: Piller
Pil Nedir?
Kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürerek bünyesinde depolayan cihazlara PİL denir. Bu dönüşüm tek yönlü ise pil primer yapıda yani tek kullanımlık veya halk arasında kullanılan tabirle şarjsız bir sistemdir. Dönüşüm her iki yönde olabiliyorsa, yani elektrik enerjisi tekrar kimyasal enerjiye çevrilebiliyorsa ve bu suretle uzun sürelerle enerji kullanımı sağlanabiliyorsa pil sekonder yapıda veya diğer bir tabirle şarj edilebilir özelliklere sahip bir sistemdir.
Çoğunlukla aynı kimyasal yapıya, ölçülere ve elektrik kapasitelerine sahip piller, tek tek bir araya getirilerek pil grupları oluşturulabilir ve bunlara Batarya denilir. 1. Şarj edilmeyen piller: Çinko – karbon, alkali – mangan, lityum (radyolar, cep telefonları, uzaktan kumandalar, hesap makineleri, hafıza devreleri, vs.)
2. Şarj edilebilen piller: Nikel – kadmiyum, nikel – metal hidrit, lityum: iyon veya polimer (cep telefonları, akıllı kartlar, vs.)
Çapları yüksekliklerinden büyük olan pillere düğme tipi pil denilmektedir ve bunlar genellikle şarj edilemezler.
Taşınabilir PRİMER pilleri ölçülerine göre de sınıflandırmak mümkündür:
AAA: İnce kalem pil ; AA- kalem pil; C: orta boy pil, D: büyük boy pil; 9 V: prizmatik pil
Taşınabilir pil ve bataryalar grubuna girmeyen ancak akümülatör adı altında toplanan ve tamamı şarj edilebilen özelliklerde 2 ana enerji kaynağı sistemi daha mevcuttur. Bunlardan ilki taşıt araçlarını çalıştırma, aydınlatma ve ateşleme fonksiyonlarını yerine getiren kurşun-asit esaslı otomotiv aküleri, ikincisi ise endüstriyel alanlarda ve yalnız profesyonel kullanımlar için üretilen Endüstriyel Akümülatörlerdir bunlar haberleşme sistemleri, lokomotif/vagonlar, sabit güç kaynakları, hava taşıt araçları, elektrikli/hibrit nakil vasıtalarında kullanım yeri bulurlar.
Pil Çeşitleri
Piller, ıslak veya kuru olarak ikiye ayrılır. Islak hücreli pillerde, elektrolit sıvıdır. Kuru hücreli pillerde elektrolit, pasta, jel veya diğer matrix halde bulunur.
Primer pillerde, reaksiyon hücre içinde gerçekleşir ve reaksiyon tersinmezdir. Primer piller şarj edilemez. Seconder pillerde kimyasal reaksiyonlar tersinirdir. Dıştan bir enerji ile reaksiyon başa döndürülür. Güç, sekonder kaynaktan pile yüklenebilir. Piller çeşitli şekillerde, boyutlarda ve voltajlarda üretilir. Piller dikdörtgen, silindir, düğme ve metal para şekillerinde üretilir.
Yakıt Pilleri
Yakıt pilleri, temiz, çevreye zarar vermeyen ve yüksek verime sahip enerji dönüşüm teknolojileridir. Hidrojen (H2) ve oksijen (O2) arasındaki elektrokimyasal reaksiyon ile elde edilen ve toplam verimlilikleri % 80´lere kadar ulaşabilen yakıt pilleri, sürekli çalışan piller veya elektrokimyasal makinalar olarak da bilinir. Yakıt pilleri, bünyesinde kullanılan elektrolitin cinsine göre çeşitli isimler alır.
• Fosforik asit yakıt pili
• Katı oksit yakıt pili
• Erimiş karbonat yakıt pili
• Polimer elektrolit yakıt pili(PEM)
• Alkali yakıt pili
Bu Bölümün Hazırlanmasında Yararlanılan Kaynaklar:
1. M.A. BİLGİNOĞLU, C. DUMRUL; http://journal.yasar.edu.tr/wp-
content/uploads/2012/10/26_Sayi_2_makale_cuneyt_dumrul_M_Ali_bilginoglu.pdf
2. http://www.nature.com/ncomms/journal/v4/n4/fig_tab/ncomms2747_F1.html
3. http://www.teknolojioku.com/haber/yeni-nesil-piller-ile-daha-uzun-sarj-sureleri-mumkun-olacak-17239.html
4. http://www.elektrikce.com/yeni-nesil-piller/#ixzz30JHehw4l
5. http://www.fizikportali.com/2013/07/gelecegin-pil-teknolojisi/
6. http://www.eie.gov.tr/teknoloji/h_yakit_pilleri.aspx
7. http://ee.mam.tubitak.gov.tr/tr/ar-ge/yakit-pili-teknolojileri
8. Eko Finans “Türkiye’de Bilgisayar kullanımı” http://www.ekofinans.com/turkiyede-her-iki-evden-birinde-bilgisayar-var-h13692.html
9. Çevre Yön. Gn. Md. “Atık Pil ve Akümülatörlerin Yönetimi”
http://www.cygm.gov.tr/CYGM/Files/yayinlar/kitap/pilaku.pdf
