Gelecek Enerji Karışımı

Enerji Sistemlerini Tahmin Etmek

Çok az konu, uygarlığımızın gelecekteki enerji karışımı kadar karmaşık ve önemli. Sorduğunuz kişiye bağlı olarak, fosil yakıtlara bağımlılık ortadan kaldırılamaz veya yenilenebilir kaynaklar çok hızlı bir şekilde devralabilir. Gerçekler elbette karmaşıktır ve enerji geleceğini tahmin etmek çok zordur.

Bu makalede, mevcut durumumuza bakacağız, birkaç olası senaryoyu göreceğiz ve daha da önemlisi, bir senaryonun diğerine göre daha olası olmasını sağlayan ekonomik veya teknolojik değişiklikleri inceleyeceğiz.

Neredeyiz

Enerji kullanımımızdaki büyüme modeli varsa, o da yeni enerji kaynaklarının önceki yerine eklenmesi değil, önceki kaynakların yerini almasıdır.

Örneğin, hala 1800’lerin başındaki endüstri devriminden önce olduğu kadar, hatta daha fazla biyokütle (çoğunlukla odun) kullanıyoruz. Benzer şekilde, kömür tüketimi zaman içinde genellikle yalnızca artmıştır ve buna ek olarak petrol, gaz, hidroelektrik, nükleer ve yenilenebilir enerji kaynakları eklenmiştir.

Kaynak: OurWorldInData

Bu, elektrik üretiminde yenilenebilir kaynakların görünürde ne kadar ilerleme kaydettiği düşünüldüğünde şaşırıcı gelebilir. Bunun birden fazla nedeni vardır:

• Yenilenebilir kaynakların yeni kapasitesi ve elektrikli araçlara geçişte lider olan Çin, aynı zamanda kömürlü santral inşaatında da lider.
• Birincil enerji tüketiminin çoğu elektrik üretimi için kullanılmaz. Bunun yerine, enerji tüketiminin çoğu mobilite, ısıtma ve endüstriyel kullanımlardan gibi çelik üretimi ve petrokimyasallar (gübre, plastik, ilaç, kimyasal vb. üretimi) gelir.
• Nüfus artışı ve milyarlarca insanın aşırı yoksulluktan çıkması, enerji tüketiminde büyümeye yol açtı ve en ucuz seçenek genellikle kömürdü. Ayrıca daha fazla et tüketimi, klima, araba, uçak seyahati vb.
• Ekonominin küreselleşmesi, malların, hammaddelerin, yarı işlenmiş parçaların ve nihai ürünlerin taşınmasıyla birlikte daha fazla ulaşıma yol açtı.
• Tarım endüstrisinin sanayileşmesi, verimi artırdı ve gereken işgücünü azalttı, ancak aynı zamanda fosil yakıt ve gübre tüketimini de artırdı.

İklim değişikliği ve karbon emisyonlarından endişe duyan herkes için bu, umutsuz bir görünüm olabilir, fosil yakıtlar küresel enerji karışımımızda sağlam bir şekilde yer etmiştir. Ancak bu da tam olarak doğru bir resim değildir.

Devam Eden Değişim

2016’da neredeyse sadece bir teori olan elektrikli arabalar (EV’ler), şimdi küresel satışların %14’ünü oluşturan 2022’de 10 milyondan fazla elektrikli araba satan, hızla büyüyen bir küresel satış parçası haline geldi. Çin ve Avrupa liderlik ediyor.

Kaynak: IEA

Yenilenebilir enerji (hidro + güneş + rüzgar + jeotermal) payı da hızla büyüyor. Ve bazı ülkeler uzun süredir bu listede yer alıyor, çünkü büyük hidroelektrik kaynaklarına sahipler (Norveç, Brezilya veya Kanada gibi), ancak güneş + rüzgar gerçekten değişimin gerçekleştiği yer.

Kaynak: Our World In Data

Ülkeler bazında bir bakış, genellikle güneş ve rüzgar üretimindeki büyümenin tamamen taşıdığı 2010’da bir dönemeç noktası gösteriyor. Örneğin, Çin ve Avustralya:

Kaynak: OurWorldInData

Kaynak: OurWorldInData

Bu değişimin büyük bir sürücüsü, yenilenebilir kaynakların maliyetlerindeki keskin düşüşüdür. Hem teknolojik yenilikler hem de endüstriyel üretimin ölçeklendirilmesi tarafından sürülen bu düşüş, yenilenebilir kaynakları giderek daha rekabetçi hale getirmiştir. En azından kağıt üzerinde, yenilenebilir kaynaklar artık fosil yakıtlardan daha ucuz görünüyor (daha fazla bilgi aşağıda), IRENA (Uluslararası Yenilenebilir Enerji Ajansı) tarafından gösterildiği gibi.

Kaynak: IRENA

Çıkarımlar

Son birkaç yılda, garip bir durum ortaya çıkmaya başladı. Yenilenebilir kaynakların maliyetlerindeki hızlı düşüş, birçok kişiyi fosil yakıtların yakın zamanda yok olacağına ikna etti.

Kaynak: Twitter/X

Ancak son birkaç yılda, birkaç makroekonomik şok, bu fikri sorgulamaya başladı. Ukrayna’daki savaş, büyük enflasyona yol açtı ve Almanya’yı kömüre bağımlılığını yeniden başlatmaya itti.

Ve aynı enflasyon, planlanan yenilenebilir enerji projelerinin kârlılığını ciddi şekilde zarar verdi. Büyük offshore rüzgar projelerinin iptal edilmesi, güneş ve rüzgar şirketlerinin hisse senetlerinin çökmesi, bu, zor bir dönem oldu. Daha fazla bilgi için “2023 Yenilenebilir Enerji Çöküşü” makalemizi okuyabilirsiniz.

Elektrikli araba satışları da, büyük üreticilerin (GM, Ford veya Honda gibi) elektrikli araç stratejilerini ertelemesi veya iptal etmesinden sonra sorgulanmaya başlandı.

Yenilenebilir Kaynakların Ara Dönemliliği

Çözülmesi gereken bir sorun, enerji depolamadır. Rüzgar ve güneş enerjisi üretimi, hava koşullarına bağlıdır ve talepten zaman olarak kopuk olabilir. Bu, “zamanında üretim” gerektiren ve üretim ile talebin anlık olarak dengelenmesi gereken bir elektrik şebekesi için bir sorundur.

Çok sayıda alternatif vardır, ancak teknolojiler ya yeni başlıyor ya da henüz yeterli ölçekte dağıtılmamıştır. Bu, günde ve/veya yaz aylarında enerji fazlasına, gece ve/veya kış aylarında ise enerji kıtlığına yol açar.

Sorun çözülemez değil, ancak iyi koordine edilmiş politikalar ve enerji şebekelerine daha fazla yatırım gerektirir.

Ve dürüst olmak gerekirse, yenilenebilir kaynakların “gerçek” maliyetleri, enerji depolama maliyetlerini de içermelidir. Yenilenebilir kaynaklar, en azından bir ülkenin elektrik üretiminde büyük bir kısmını oluşturduğunda, henüz tamamen fosil yakıtlardan daha ucuz olmayabilir.

Pillerin Sınırları

Elektrikli araba benimsemesinin devam ettiği konusunda endişe, benzer teknolojik sınırlamalardan kaynaklanmaktadır. İlk benimseyenler, daha yüksek ön maliyetler, internal combustion engine (ICE) araçlarına kıyasla daha düşük menzil veya daha yavaş şarj süresi ile sorun yaşamazken, diğer alıcılar bunu yapmayabilir. Lityum kıtlığı, beyaz metalin fiyatını da artırdı ve bazı endişelere neden oldu.

Şanslıyız ki, yeni pil teknolojileri yakında geliyor, Çin’den sodyum iyon pillerden, daha ucuz EV’leri ve meşru endişeleri (menzil kaygısı veya yangın tehlikesi gibi) ortadan kaldıracak katı hal pillerine.

Zorlu Enerji Talebi

Ve sonra, bazı enerji tüketimleri basitçe fosil yakıtlardan uzaklaştırılamaz. Örneğin, uzun mesafe taşımacılığı hala çalışmak için çok yoğun ve sıvı bir yakıta ihtiyaç duyar. Uçmak da çok yüksek enerji yoğunluğu gerektiren bir enerji kaynağına ihtiyaç duyar, ve piller bunu şu anda sağlayamaz.

Plastik üretimi de petrol, gübre gaz, çelik de kok kömürüne dayanır. Burada da çözümler vardır, ancak olgunlaşmamış teknolojilerdir ve küresel olarak dağıtılmaktan uzaktır.

Oyun Değiştirici Teknolojiler

Muhtemel Oyun Değiştiriciler

Yenilenebilir kaynakların ve düşük karbonlu teknolojinin büyümesini yeniden başlatmaya yardımcı olmak için elimizde zaten birkaç çözüm var.

Nükleer Yenilik

Hala tartışmalı olan nükleer enerji, bir yenilenebilir kaynaklara dayalı geleceğe köprü oluşturmak için gerekli olabilir.

Küçük Nükleer Reaktörler (SMR’ler) de, küresel enflasyona bağlı artan maliyetler nedeniyle kötü haberler aldı. Ancak her durumda, nükleer teknoloji bir Rönesans yaşıyor, yeni, daha güvenli tasarımlar daha küçük reaktörleri (SMR’ler ve mikro reaktörler) veya yeni yakıtları (toriyum gibi) içeriyor. Bu arada, Çin 24 yeni büyük nükleer reaktör inşa ediyor ve toplam 150 reaktör planlıyor.

Daha İyi Yenilenebilir Kaynaklar

Fosil yakıtlara kıyasla maliyetlerdeki düşüş, muhtemelen kalıcı bir trend olacaktır. Bu, özellikle güneş için geçerlidir, ince film güneş hücreleri veya 3. nesil güneş hücreleri (amorflar silikon, organik polimerler veya perovskit kristaller) gibi yeniliklerle.

Üst düzey pil projeleri de yardımcı olacaktır, 2025 yılına kadar mevcut kapasitenin üç katına çıkarmayı planlıyorlar.

Kaynak: EIA

Katılık Hücreleri

Pil teknolojisi üzerinde çalışan herkes, katı hal pillerinin, sıvı elektrolitlere ihtiyaç duymayan mevcut lityum pillerinin bir oyun değiştirici olacağını bilir. Ve birçok şirket, 2026-2029 gibi erken bir tarihte kendi katı hal pilini piyasaya sürmeyi planlıyor. Bunlar arasında QuantumScape (QS), CATL (300750.SZ), Toyota (TM), Panasonic (6752.T), LG (051910.KS) ve Samsung SDI (006400.KS). Tesla (TSLA) da kendi katı hal pilinin alternatifini üzerinde çalışıyor.

Spekülatif Oyun Değiştiriciler

Diğer teknolojiler daha olgun değildir, ancak daha da umut verici ve muhtemelen 2040-2050 ve sonrasında nasıl enerji elde edeceğimizdir.

Nükleer Süper Jeneratörler

Nükleer santrallerle ilgili büyük bir endişe, nükleer atıktır. Süper jeneratörler (veya “üreticiler”) bu nükleer atıkları tüketebilir ve onları tekrar enerji ve nükleer yakıta dönüştürebilir. Bu, hem mevcut nükleer yakıtın virtually sınırsız olmasını sağlayabilir hem de nükleer atık sorununu büyük ölçüde azaltabilir. Bir bonus olarak, bu teknoloji yeni değil, 1997’ye kadar Fransa tarafından kullanıldı, bu nedenle yalnızca nükleer enerji etrafındaki politik zorluklardan dolayı spekülatiftir.

Uzay Tabanlı Güneş

Yörüngeden güneş enerjisi üretimi, güneş enerjisinin tüm sorunlarını bir kerede çözebilir: ara dönemlilik yoktur, bulut yoktur, kış aylarında üretim azalmaz. Starlink ile uzay tabanlı İnternet aniden bir gerçeklik haline geldikçe, bu kadar çılgın değil.

Jeotermal

Şimdiye kadar büyük ölçüde ihmal edilen bir yenilenebilir enerji kaynağı ve 7/24 temel yük güçü sağlayabilen jeotermal enerji. Bu sonunda değişiyor, Vulkan Energy (VUL.AX), Ormat Technologies (ORA) ve Eavor gibi şirketlerle. Bu şirketler, biraz ironik bir şekilde, petrol endüstrisi tarafından yapılan delme ve fracking’deki ilerlemeleri, Dünya’nın ısı kaynaklarına ulaşmak için kullanıyorlar. (Bu şirketlerden Ormat’ı bu makalede ve Vulkan’ı bu makalede ele aldık.)

Sentetik Yakıtlar

Yenilenebilir kaynaklardan (veya hatta nükleerden) üretilen enerji, sentetik gaz veya sıvı yakıtların sentezlenmesi için kullanılabilir. Bu, hidrojen, amonyak, sentetik gaz veya sentetik yakıtları içerir.

Sentetik yakıt için başka bir seçenek de, mikroalgleri biyoyakıt üretimi için kullanmak veya biyofermantasyoncu kullanarak atık organik maddeden biyogaz ve biyometan üretmektir.

Bu yakıtlar daha sonra uçaklar, gemiler ve çok yoğun yakıtlar veya çok yüksek yanma sıcaklığı gerektiren (çelik üretimi gibi) uygulamalar için kullanılabilir.

Çekirdek Birleştirme

Çekirdek birleştirme enerjisi, hidrojen gibi hafif elementleri birleştirerek enerji yaratmayı hedefliyor, böylece Güneş’in kendi enerjisini üreten süreci Dünya’da yeniden yaratıyor. Milyonlarca derecelik sıcaklıklarla, bu, muazzam bir teknolojik zorluktur.

Ayrıca temiz enerji sağlayacaktı, karbon veya nükleer atık üretmeden, evrendeki en yaygın atom olan hidrojenin sınırsız bir “yakıt” kaynağı sunacaktı.

En büyük birleştirme projesi, Uluslararası Araştırma Konsorsiyumu ITER, ve çeşitli start-up’lar da nükleer birleştirmenin hayalini kovalıyor, bunlar arasında Helion, Genel Birleştirme, Topluluk Birleştirme, TEA Teknolojileri, ZAP Enerjisi ve Nio tarafından finanse edilen NEO Birleştirme bulunur.

Gelecek Enerji Karışımı

Uzun vadede umut verici olsa da, esas olarak 2040’a kadar olan ufukta “spekülatif oyun değiştiriciler” olmadan olası enerji karışımını inceleyeceğiz.

EIA (Enerji Bilgi İdaresi), ekonomik büyüme ve düşük karbonlu teknoloji benimsemesine bağlı olarak birden fazla senaryo yayınladı.

Çoğu durumda, enerji kullanımı büyümeye devam edecek ve 2050’ye kadar dünyanın enerji üretiminin büyük kısmını fosil yakıtlar oluşturacak. Bu, yasaların değişmemesi ve enerji yatırımlarının mevcut trende uygun kalması durumunda bir projeksiyon.

Kaynak: EIA

İşler Düzenli Gidiyor

Bu, iklim değişikliğiyle ilgilenen herkes için ümitsiz bir senaryo. Kömür, gaz ve petrolün bir sonraki 2 on yıl boyunca enerji sistemimizde baskın güç olarak kalacağına dair bir varsayımdır.

Bu, Almanya’nın kömüre geri dönüşü gibi yakın zamanda yaşanan gelişmelerle birlikte, imkansız değil.

Yüksek Teknoloji Yolu

Diğer bir seçenek, toplumların enerji konusunda teknolojik değişimi benimsemesidir. Bu, yenilenebilir kaynakları ve muhtemelen hem geleneksel hem de daha küçük nükleer santralleri içerir.

Bu, fosil yakıt enerji üretiminin daha iyi alternatifler tarafından fiyat dışı bırakıldığı veya yasa dışı olduğu bir senaryodur.

Ayrıca, yeni pil teknolojilerine teşekkürler, elektrikli araçların hızlı bir şekilde benimsendiği bir senaryodur.

Nükleer, temel yük güçü ve kış kapasitesini üretirken, yenilenebilir kaynaklar, uçuşu, gemileri ve ağır endüstriyi karbonsuzlaştırmak için sıvı yakıtların üretimindeki fazla üretimi yönetebilir.

Düşük Tüketim Yolu

Gelişmekte olan dünyanın, Çin’in, Güney Amerika’nın, Afrika’nın, Hindistan’ın ve Endonezya’nın enerji açlığını düşününce, bu senaryo çok olası görünmüyor.

Bunun, “gerçek” bir büyümden vazgeçmeyi, muhtemelen ortalama yaşam standartlarında bir düşüşü ve özellikle daha az seyahat ve uluslararası ticareti içermesi gerekecektir. Tarım kısmen endüstriden uzaklaşıyor, endüstriyel faaliyet azalıyor ve ekonomiler daha yerel hale geliyor.

Bu senaryo, muhtemelen büyük uluslararası gerilimler, savaş veya küresel bir depresyonla birlikte hayal edilmelidir, bu da ekonomik faaliyetlerde ani bir azalmaya yol açar, çünkü düşük üretim için gönüllü bir seçim, hem demokratik hem de otoriter ülkelerde olası görünmüyor.

Karışıklık Senaryosu

Bu, her şeyin aynı anda olduğu bir senaryodur. Fosil yakıtlar biraz azalsa da tamamen ortadan kalkmıyor. Kömür genel olarak aşamalı olarak kaldırılıyor, ancak petrol ve gaz değil. Bazı ülkeler nükleere, diğerleri yenilenebilir kaynaklara, diğerleri ise işleri bìnhaltetmeye bahis ediyor.

Elektrifikasyon ve karbonsuzlaştırma gerçekleşiyor, ancak istenen tempoda değil. Bu senaryoda, karbon emisyonları, küresel sıcaklık artışını sınırlamak için GIEC tarafından hayal edilen net sıfır senaryosundan çok daha yüksek kalıyor.

Bu, yukarıda bahsedilen EIA senaryolarından çok farklı değil. Daha sonra, karbonsuzlaştırmayı hızlandırmak ve geçmişteki bazı emisyonları geri almak için karbon yakalama teknolojisi uygulanabilir.

Kırılma Senaryosu

Enerji üretiminde bir kırılma gerçekleşiyor ve çözüm hızla tüm dünyada dağıtılıyor.

Bu, bir uzay yarışının uzay tabanlı güneş altyapısını dramatik bir şekilde düşürmesi olabilir.

Veya ITER’in 2025-2026’da büyük bir başarı elde etmesi.

Veya güneş ve pil teknolojilerinde devrim niteliğinde yeni tasarımlar.

Bu tür değişiklikler, doğaları gereği neredeyse imkansızdır, ancak tamamen da reddedilmemelidir.