Jeotermal Enerji: Kızgın Yeşil Enerji

Yenilenebilir ve sürekli enerji arayışı

Güneş ve rüzgâr enerjisi büyüse de ulaşım, imalat, deniz taşımacılığı ve gübre üretimi gibi faaliyetler dâhil edildiğinde küresel enerji sistemi hâlâ büyük ölçüde fosil yakıtlara dayanıyor.

Bunun nedenlerinden biri, 1900’lerden bu yana artan tüketimin yarattığı büyük enerji talebidir.

Kaynak: OurWorldInData

Yatırım ve altyapı da önemlidir. Güneş ve rüzgâr birçok pazarda maliyet açısından rekabetçi hâle gelse de mevcut enerji sistemlerinin dönüşümü yıllar, hatta on yıllar alabilir.

Bir diğer etken, güneş ve rüzgâr üretiminin hava koşullarına ve zamana göre değişmesidir.

Bu kaynakların şebekedeki payı arttıkça depolama, esnek talep, iletim hatları ve diğer üretim kaynaklarıyla dengeleme önem kazanır. Bataryalar, pompaj depolamalı hidroelektrik ve basınçlı hava gibi seçenekleri ”Enerji depolamanın geleceği: şebeke ölçeğinde bataryalar” ve ”Enerji dönüşümü için kimyasal olmayan depolama seçenekleri” yazılarında ele aldık.

Sürekli üretim seçenekleri

Rezervuarlı hidroelektrik, uygun koşullarda sürekli veya talebe göre üretim sağlayabilir. Ancak tek seçenek değildir: jeotermal ve bazı diğer yenilenebilir kaynaklar da katkıda bulunabilir. Hidroelektrik potansiyeli coğrafyaya, suya ve çevresel kısıtlara bağlıdır.

Nükleer enerji de düşük yaşam döngüsü emisyonlarıyla hava koşullarından büyük ölçüde bağımsız üretim sağlayabilir. Kuraklık ve soğutma kısıtları bazı santrallerin üretimini azaltabilir; yaşam döngüsü tamamen emisyonsuz değildir.

Yeni teknolojiler arasında küçük modüler reaktörler (SMR) ve IV^{. nesil} reaktör tasarımları yer alır (ayrıntılı yazılar için bağlantılara bakın). Ayrıca Microsoft gibi şirketler nükleer enerjiye dayalı elektrik tedarik anlaşmaları yapıyor (MSFT ); amaçlardan biri, veri merkezlerinin uzun vadeli elektrik ihtiyacını karşılamak.

Nükleer enerjinin maliyet, güvenlik, atık yönetimi ve toplumsal kabul sorunları sürüyor. Enerji karışımındaki rolü ülkelere göre değişiyor.

Güneş, rüzgâr ve hidroelektriğin yanında ^{başka bir} yenilenebilir kaynak olan jeotermalin de önemli bir bölümü henüz kullanılmamış durumda.

Jeotermal Enerji

Güneş ışınımı rüzgârı ve su döngüsünü besler. Ancak tüm diğer yenilenebilir kaynaklar doğrudan güneş enerjisi değildir; örneğin gelgitler esas olarak kütleçekim etkileriyle oluşur.

Jeotermal enerji, Dünya’nın iç ısısından yararlanır. Bu ısı hem gezegenin oluşumundan kalan enerjiden hem de kayaçlardaki radyoaktif bozunmadan kaynaklanır; yalnızca çekirdekteki radyoaktif tepkimelerden gelmez. Derindeki ısı kaynağı genellikle oldukça süreklidir.

Kaynak: California Academy of Sciences

Bazı sistemler, ısıyı veya rezervuardaki akışı yöneterek elektrik üretimini belirli ölçüde esnetebilir. Ancak her jeotermal santral üretimini anında artırıp azaltamaz; esneklik tasarıma ve rezervuara bağlıdır.

Ekonomik potansiyel yerel sıcaklığa, derinliğe, jeolojiye ve pazara bağlıdır. Orta Avrupa ve Japonya gibi bölgelerde jeotermal, özellikle ısıtma ihtiyacına katkı sağlayabilir.

Kaynak: Journal Of Cleaner Production

Jeotermalin Potansiyelini Değerlendirme

Yeraltındaki sıcaklık ve sıcaklık artış hızı bölgelere göre değişir. Volkanik bölgeler genellikle elverişlidir, ancak dağlık veya sismik bir bölge olması tek başına ekonomik bir kaynak bulunduğunu göstermez.

Geleneksel hidrotermal sistemlerde sıcak akışkanın varlığı ve kayaç geçirgenliği önemlidir. Geliştirilmiş veya kapalı devre tasarımlar bu gerekliliklerin bazılarını değiştirebilir.

İtalya’daki CNR araştırmacılarının 2020 tarihli ”Jeotermal santrallerin coğrafi uygunluğunun tahmini” çalışması, küresel uygunluğu modelleyen bir harita sunar. Böyle bir harita, her noktada ticari olarak kullanılabilir rezerv bulunduğu anlamına gelmez.

ABD’de geleneksel yüksek sıcaklıklı kaynaklar ağırlıkla batıda bulunur. Texas ve Louisiana gibi bölgelerde de daha derin kaynaklar veya farklı kullanım biçimleri araştırılmaktadır.

Kaynak: EIA

Avrupa’da potansiyel farklı bölgelere yayılır. Ren Vadisi, Orta Avrupa, İtalya, İzlanda, Korsika, Portekiz ve Yunanistan farklı kaynak türlerine sahiptir. Haritalardaki göstergeler, tüm bu bölgelerin aynı sıcaklığa veya ekonomik potansiyele sahip olduğu anlamına gelmez.

Kaynak: International Journal of Terrestrial Heat Flow and Applied Geothermics

Asya’da Japonya ve Endonezya gibi Pasifik Ateş Çemberi ülkeleri önemli yüksek sıcaklıklı kaynaklara sahiptir.

Jeotermal uygulamaların ölçeği

Jeotermal uygulamalar, kullanılan derinliğe, sıcaklığa ve teknolojiye göre ayrılabilir. Aşağıdaki kategorilerin sınırları kesin ve evrensel değildir.

Sığ toprak kaynaklı ısı pompaları

Toprak kaynaklı ısı pompaları, sığ zeminin dış havaya göre daha kararlı sıcaklığından yararlanır. Bu sistemler çoğunlukla derin jeotermal rezervuarları değil, zeminin ısı depolama kapasitesini kullanır.

Yeterli derinlikte mevsimsel sıcaklık dalgalanmaları azalır. Isı pompası kışın zeminden ısı alabilir, yazın ise binadaki ısıyı zemine aktarabilir; çalışmak için elektrik tüketir.

Kaynak: NPR

Toprak devresinin yatay, dikey, açık veya kapalı kurulmasına göre farklı tasarımlar vardır.

Kaynak: GSI

Bazı uygulamalarda doğrudan ısı değişimi veya pasif düzenekler de kullanılabilir. Seralardaki seçenekleri ”Jeotermal ve pasif seralar: tarımsal karbon emisyonlarını azaltmak” yazısında ele aldık.

Derin Jeotermal Enerji

Derin jeotermal genellikle yüzlerce metre veya daha derinden ısı alınmasını ifade eder. Sıcaklık çoğu yerde derinlikle artar, ancak artış hızı yerel jeolojiye bağlıdır.

İngiltere için verilen yaklaşık değerler, 1.000, 3.000 ve 5.000 metrede sırasıyla 40°C, 90°C ve 140°C’dir. Bunlar yerel kuyuların ölçümü yerine geçmeyen yaklaşık bölgesel değerlerdir.

Yaklaşık 1.000–2.500 metre derinlikteki kaynaklar, uygun sıcaklıklarda bölgesel ısıtma veya endüstriyel ısı sağlamak için kullanılabilir. Elektrik üretimi için gereken koşullar farklıdır.

Fransa’daki Paris-Orly Havalimanı örneğinde, 74°C sıcaklıkta saatte yaklaşık 300 metreküp su çekilir. Yaklaşık 10 MW ısıl güç ve yılda yaklaşık 4.000 ton petrol eşdeğeri fosil yakıt tasarrufu bildirilmiştir. Akış miktarı saatliktir.

Çok derin ve yüksek sıcaklıklı jeotermal

Daha yüksek sıcaklıklar elektrik üretimi için olanakları artırabilir, ancak teknik zorluklar da büyür.

Derinlik arttıkça sıcaklık, basınç ve sondaj koşulları zorlaşabilir. Suyun kaynama sıcaklığı basınca bağlıdır; derindeki sıcak suyun mutlaka kaynaması gerekmez.

Yüksek sıcaklık elektrik üretimi için avantaj sağlayabilir. Bununla birlikte kuyu debisi, akışkan özellikleri ve santral tasarımı da üretimi belirler.

Kaynak: BGS

Jeotermal Enerji ile Güç Üretimi

Jeotermal elektriğin önemi ülkelere göre değişir. Kenya, İzlanda ve Filipinler önemli örneklerdir. Yaklaşık %50, %30 ve %17 gibi paylar kullanılan yıl ve istatistik kapsamına bağlıdır; değişmez güncel oranlar olarak görülmemelidir.

İzlanda gibi ülkelerde ısı ve elektrik talebi, kaynakların ne kadarının ekonomik olarak kullanılacağını etkiler. ABD, Japonya, Fransa ve İtalya’da da kullanılmamış kaynaklar araştırılmaktadır.

Yeterince sıcak akışkanlar hem elektrik hem de kullanılabilir ısı sağlayabilir. Gerekli sıcaklık teknolojiye bağlıdır; ikili çevrim santralleri bazı daha düşük sıcaklıklı kaynaklardan da elektrik üretebilir.

Geleneksel, Geliştirilmiş ve İleri Jeotermal

Geleneksel Jeotermal

Geleneksel hidrotermal santraller, yeterli sıcaklık, akışkan ve geçirgenliğin bir arada bulunduğu kaynaklardan yararlanır.

Sondaj sonunda yeterli sıcaklığa, debiye veya geçirgenliğe ulaşılamaması büyük mali kayıplara yol açabilir. Sorun kayaç bulamamak değil, uygun bir rezervuara erişememektir.

Bu nedenle jeolojik araştırma ve sondaj riski, petrol ve gaz projelerinde olduğu gibi ekonomik fizibilitenin önemli bir parçasıdır.

Geliştirilmiş Jeotermal

Geliştirilmiş jeotermal sistemler (EGS), akışkanın dolaşabileceği yolları oluşturmak veya iyileştirmek için kayaçları uyarır.

Hidrolik uyarım mevcut çatlakları açabilir veya kaydırabilir; uygulamaya göre yeni çatlaklar da oluşturabilir. Bu nedenle EGS’nin hiçbir zaman çatlatma kullanmadığı söylenemez. Akışkanlar, destek malzemeleri ve yöntemler projeye göre değişir.

EGS, uygun sıcak kayaçların bulunduğu daha fazla bölgede geliştirme olanağı sunar. Ancak her yerde aynı maliyetle uygulanamaz ve tek bir ideal kayaç ya da örtü kalınlığına bağlı değildir.

Bu teknoloji potansiyel sahaları artırabilir ve rezervuar tasarımına daha fazla kontrol sağlayabilir. Yine de kuyu performansı ve maliyet belirsizliklerini ortadan kaldırmaz.

Kaynak: Think GeoEnergy

İleri Jeotermal

Kapalı Döngüler

Bazı araştırmacılar ve şirketler tamamen kapalı devreler geliştiriyor. Akışkan, kayaçtan ısı aldığı kapalı borular içinde dolaşır ve rezervuara doğrudan enjekte edilmez.

Kaynak: Think GeoEnergy

Kapalı devreler belirli jeolojik kısıtları azaltabilir. Ancak sıcaklık, derinlik, ısı transferi, sondaj maliyeti ve ekonomik üretim miktarı yine önemlidir.

Süperkritik Jeotermal

Süperkritik suya ulaşmak için yalnızca yaklaşık 400°C sıcaklık yeterli değildir. Saf suyun kritik noktası yaklaşık 374°C ve 22,1 MPa’dır; hem sıcaklık hem basınç kritik eşiğin üzerinde olmalıdır. Tuzlu akışkanların davranışı farklı olabilir.

Bu koşullardaki akışkan, uygun tasarımlarda kuyu başına daha fazla enerji taşınmasına olanak verebilir. Kazanç sıcaklık, basınç, debi ve santral çevrimine bağlıdır. Örneğin 200°C’de 5 MW ile 400°C’de 50 MW gibi karşılaştırmalar belirli varsayımlara dayanan potansiyeli gösterir; her kuyuda on kat güç garantisi değildir. MW güç birimidir, üretilen enerji miktarı değildir.

Bu alandaki önemli araştırmalardan biri İzlanda Derin Sondaj Projesi’dir (IDDP). Yüksek sıcaklık, malzeme dayanımı ve kuyu işletimi açısından ciddi teknik sorunlar yaratır.

Ayrı bir teknoloji üzerinde çalışan Quaise, kayaçları milimetre dalgalarıyla aşındırmayı amaçlayan jirotron tabanlı sondaj geliştirmektedir. Yaklaşık 20 km derinlikte 500°C’ye erişme ve mevcut santralleri jeotermale dönüştürme hedefleri geliştirme amaçlarıdır; 2024’te kanıtlanmış ticari üretim veya bütün baz yük santrallerinin yerini alma anlamına gelmez.

Mineral Çıkarımı

Bazı jeotermal akışkanlar çözünmüş mineraller içerir. Uygun yoğunluk ve ayırma teknolojisi varsa lityum gibi mineraller ek bir gelir sağlayabilir; sıcak akışkan üretimi tek başına mineral çıkarımını ekonomik yapmaz. Örneğin Vulcan Energy (VUL.AX), Ren Vadisi’ndeki jeotermal tuzlu sulardan ısı, elektrik ve lityum elde etmeyi hedeflemektedir.

Kombine Üretim

Jeotermal ısı konutlarda, bölgesel ısıtmada veya elektrik üretiminde kullanılabilir. Uygun yerlerde deniz suyunun tuzdan arındırılması ya da hidrojen ve amonyak üretimi gibi başka süreçlere de katkı sağlayabilir. Bu uygulamaların fizibilitesi ayrıca değerlendirilmelidir.

Jeotermal Ekonomi

Jeotermalin maliyeti kaynağa ve teknolojiye göre değişir. Makalede atıf yapılan piyasa tahmini 2023–2033 döneminde yıllık bileşik büyümeyi %3,14 olarak öngörmektedir. Bu, kesinleşmiş bir sonuç değildir.

Petrol ve gaz sektörünün sondaj deneyimi, ekipmanı ve iş gücü jeotermal projelere aktarılabilir. Bu aktarım enerji dönüşümünde bazı teknik becerilerin korunmasına yardımcı olabilir.

Şebeke ölçeğindeki maliyet karşılaştırmaları, jeotermalin bazı koşullarda güneş ve depolama sistemleriyle rekabet edebildiğini gösterir. Aynı hizmeti, finansman koşullarını ve yerel kaynakları karşılaştırmak gerekir.

Kaynak: Lazard

Özellikle güneş üretiminin düşük olduğu soğuk kışlarda yüksek ısı talebi bulunan bölgelerde jeotermal ısının değeri artabilir. Almanya, Norveç ve Kuzey Amerika’nın bazı bölgeleri farklı kaynak ve maliyet koşullarına sahiptir.

Jeotermal projeler kârlı olabilir, ancak yüksek başlangıç yatırımı ve sondaj riski taşır. Geri ödeme süresi projeye ve finansmana göre değişir; bütün projeler için sabit 10–20 yıl değildir.

Teşviklerin kapsamı ülkeye ve döneme göre değişir. Bazı politikalar güneş ve rüzgâra odaklanmış olsa da jeotermalin hiçbir yerde desteklenmediği söylenemez. Grafikteki maliyet farkları tek başına teşviklerin jeotermali pahalılaştırdığını göstermez.

Şebeke esnekliği ve depolama gereksinimleri daha fazla önem kazandıkça sürekli üretim sağlayabilen kaynaklara yönelik politikalar da değişebilir.

Jeotermalin Artıları ve Eksileri

En İyi Yeşil Enerji mi?

Jeotermal, uygun rezervuar yönetimiyle uzun süreli ve hava koşullarından büyük ölçüde bağımsız üretim sağlayabilir. Yenilenebilir olması her santralin sınırsız veya tamamen talebe göre çalışabileceği anlamına gelmez.

Birçok jeotermal tesiste yüzeyde kullanılan alan görece küçüktür. Yine de kuyular, yollar, borular, soğutma sistemleri ve çevresel etkiler vardır; bütün tesislerin görünmez veya ekolojik etkisinin önemsiz olduğu söylenemez.

Kaynak: Wikipedia

Petrol ve gaz sondajı deneyimi bazı tedarik zinciri seçeneklerini genişletebilir. Ancak gelişmiş sondaj araçları, ekipman ve malzeme bağımlılıkları tamamen ortadan kalkmaz; üretim kapasitesi de yalnızca Batılı ülkelerde bulunmaz.

Jeotermal Sorunu

Kaynak Tükenmesi

Yeraltındaki ısı zamanla yenilenir, ancak üretim yerel rezervuardaki ısıyı veya basıncı yenilenme hızından daha hızlı azaltabilir.

Üretim ve yeniden enjeksiyon, rezervuarın uzun vadeli davranışına göre yönetilmelidir. 30–50 yıl üretimden sonra birkaç yıl beklemenin her sahayı eski hâline getireceği varsayılamaz.

Deprem Riskleri

Özellikle basıncı değiştiren yeraltı akışkan enjeksiyonu, bazı koşullarda mevcut fayları harekete geçirebilir. Örneğin Güney Kore’nin Pohang kentindeki bir EGS projesi, 2017’de hasara yol açan 5,5 büyüklüğündeki depremle ilişkilendirilmiştir.

Akışkan basıncının artması fay üzerindeki etkin gerilmeyi değiştirebilir ve kaymayı tetikleyebilir. Olayı yalnızca kayaçların yağlanması olarak açıklamak yetersizdir.

Tetiklenen depremler çoğunlukla küçük olsa da hasar verebilecek olaylar mümkündür. Risk proje ve saha bazında değerlendirilmelidir.

Saha seçimi, fayların incelenmesi, izleme ve gerektiğinde enjeksiyonun azaltılması veya durdurulması önemlidir. Uzak bir bölge seçmek riski tek başına ortadan kaldırmaz.

Kapalı devreler, rezervuara doğrudan akışkan enjeksiyonu yapmadıkları için bazı riskleri azaltabilir. Sondaj ve diğer faaliyetlerin tüm çevresel veya sismik risklerini sıfırladıkları söylenemez.

Jeotermal Enerjiye Yatırım

Sektör diğer bazı yenilenebilir kaynaklara göre küçüktür ve teknolojik olarak gelişmektedir.

2024 bağlamında ileri teknoloji geliştiren birçok girişim halka açık değildi. Örnekler arasında kapalı devre teknolojisiyle Eavor, gelişmiş sondajla Quaise ve jeotermal projelere yatırım yapan Baseload Capital yer alır. Özel yatırımlara erişim koşulları yatırımcıya ve araca göre değişir.

Bazı jeotermal faaliyetler daha büyük sondaj gruplarının bir parçasıdır. Örneğin Iceland Drilling, Archer grubunun bünyesindedir (ARCH.OL).

Bazı şirketler ise borsada işlem görür. İlgili aracı kurumlar hakkında bu sitedeki rehberlerimize bakabilirsiniz: ABD, Kanada, Avustralya, Birleşik Krallık, ve diğer ülkeler.

Tek tek jeotermal şirket seçmek istemeyen yatırımcılar, daha geniş temiz enerji fonlarını inceleyebilir. Örnekler arasında iShares Global Clean Energy ETF (ICLN), First Trust NASDAQ Clean Edge Green Energy Index Fund (QCLN) ve ALPS Clean Energy ETF (ACES) bulunur. Bunlar yalnızca jeotermale yatırım yapan fonlar değildir; portföyleri ve kapsamları değişebilir.

Jeotermal Şirketler

1. Ormat Technologies, Inc.

Ormat, jeotermal varlık sahibi, işletmeci ve teknoloji sağlayıcısıdır. Makaledeki dönemsel sunumda ABD, Kenya, Endonezya, Orta Amerika ve Karayipler’deki varlıkları için yaklaşık 1,23 GW kapasite ve geliştirme aşamasında 125 MW belirtilmiştir. Sıralamalar ve kapasite rakamları tarihe ve kapsama bağlıdır.

Şirket aynı zamanda enerji depolama faaliyetlerini büyütmektedir. Sunumdaki yaklaşık 190 MW işletmedeki güç ve 2028’e kadar 1 GW hedefi depolama kapasitesinin güç değerleridir; enerji miktarını gösteren MWh ile karıştırılmamalıdır.

Kaynak: Ormat

Ormat, Yeni Zelanda ve Endonezya gibi pazarlardaki projeler dâhil olmak üzere üretim ve teknoloji faaliyetlerini büyütmeyi hedeflemektedir.

Şirketin teknoloji sağladığı jeotermal kurulumların toplamı yaklaşık 3,4 GW olarak belirtilmiştir. Bu, ^üçüncü büyük sağlayıcı gibi dönemsel sektör sıralamalarında kullanılan bir ölçüdür; Ormat’ın kendi sahip olduğu kapasiteyle aynı değildir.

ABD’deki Enflasyonu Düşürme Yasası kapsamındaki uygun vergi teşvikleri, Ormat’ın yatırım planlarını destekleyebilir. Yıllık 125 milyon dolara kadar nakit etkisi bir beklentidir ve uygunluk, yatırımlar ve vergi kredilerinin kullanımına bağlıdır.

Kaynak: Ormat

Jeotermal büyüme fırsatları sunsa da elektrik şirketleri ve endüstriyel müşteriler için teknoloji, jeoloji, finansman ve uygulama riskleri değerlendirilmelidir.

Ormat’ın deneyimi ve mevcut varlıkları rekabet avantajı sağlayabilir. Bu durum gelecekteki büyümeyi veya yatırım getirisini garanti etmez.

2. Vulcan Energy (VUL.AX)

Vulcan Energy, Avustralya merkezli bir şirkettir ve Almanya’nın Ren Vadisi’nde jeotermal ısı, elektrik ve tuzlu sudan lityum üretimini geliştirmektedir.

Şirketin uzun vadeli tanıtım hedefleri, çok sayıda haneye ısı, elektrikli araç bataryaları için lityum ve daha düşük emisyonları kapsar. Bir milyon kişi, bir milyon araç veya yılda bir milyon ton CO2 gibi ifadeler hedef ve varsayımlardır; mevcut gerçekleşmiş üretimi göstermez.

Almanya’daki bölgesel ısıtma şebekeleri, uygun yerlerde jeotermal ısı için bir pazar sağlayabilir. Ancak bağlantılar ve ticari anlaşmalar ayrıca geliştirilmelidir.

Birinci aşama planlarında yılda yaklaşık 275 GWh elektrik ve 560 GWh’ye kadar ısı üretimi öngörülmüştür. Bunlar enerji miktarlarıdır, MW cinsinden güç değildir.

Kaynak: Vulcan Energy

Vulcan 2024’te gösterim tesislerinde lityum klorür ve daha sonra lityum hidroksit üretim adımları attı; bu, tam ölçekli ticari üretim değildi. Stellantis, Volkswagen, LG, Umicore ve Renault ile ürün alım anlaşmaları duyuruldu. Stellantis’in yaklaşık %6 pay için 2022’de yaptığı yatırım 50 milyon avroydu, dolar değil.

Rezervuar modelleri, maliyet tahminleri ve devreye alma takvimi belirsizlik içerir. 2055’e kadar seyrelme, 2025 sonunda üretim veya çok düşük maliyet gibi beklentiler gerçekleşmiş sonuçlar değil, o dönemdeki proje varsayımları ve hedefleridir.

Kaynak: Vulcan Energy

Vulcan geliştirme aşamasındaki daha spekülatif bir yatırımdı. 2024’teki gösterim üretimi teknik ilerleme sağlasa da ticari ölçeğin, maliyetlerin veya projenin tüm ekonomik fizibilitesinin kanıtlandığı anlamına gelmez.

Jeotermal enerjiyle lityum üretimi, fosil enerji kullanılan bazı süreçlere göre emisyonları azaltabilir. Şirketin ”sıfır karbon” veya ”fosilsiz” ifadeleri belirli sistem sınırları ve varsayımlara dayanır; tüm yaşam döngüsünde mutlak sıfır emisyon ya da dünyadaki tek benzer proje olduğu anlamına gelmez. Avrupa’nın en büyük kaynağı gibi sıralamalar da kapsam ve tarihe bağlıdır.