BOR BİLEŞİKLERİNİN STRATEJİK DEĞERİ VE ENERJİ

Prof.Dr.Cengiz Yalçın

 

Dünya bor rezervlerinin %63'ne sahip ülkemiz gerçek bir servetin üzerinde oturmaktadır.Problem,bu zenginliğin ne kadar farkındayız sorusuna yanıt aramada düğümlenmiştir. Bu yazımızda,bor bileşiklerinden elde edilen yakıtlar konusunu ve bu bağlamda Dünyada meydana gelen gelişmeleri aktarmağa çalışacağız.

Bilimsel gelişmeler ve  ileri teknoloji uygulamaları,uluslararası ilişkilere yön veren temel bir güç haline dönüşmüştür.Bunun sonucu olarak küçük büyük tüm uluslar politikalarını,bilim-teknoloji-enerji üçlemesi üzerine kurgulanmaktadır.Ülkemizin en büyük eksikliği bilim ve teknoloji alanında ne yapacağını bilememesi hedeflerini belirleyememesidir.20'inci yüzyılın ikinci yarısında ortaya çıkan bir çok küçük  ülke mütevazı de olsa bilim ve teknoloji üretirken Türkiye ne bilim nede teknoloji üretmektedir;para karşılığı satın aldığımız  teknolojileri tüketmekteyiz.Bütçemizden her sene know-how karşılığı ödediğimiz büyük miktarlar ile yabancı ülkelerin AR-GE (Araştırma-Geliştirme) faaliyetlerini finanse etmekteyiz.Sahip olduğumuz bor  ve bor bileşikleri bunun tipik bir örneğidir.Bu yazımızda bordan bir enerji kaynağı olarak nasıl yararlanılır sorusunu tartışmaya açacağız.

Bor madenlerinin ve  bor bileşiklerinin stratejik önemi nedir?

Gelecekte bu önem nasıl artar?

Ülkemizdeki bilgi birikimi bor rezervlerini katma değere dönüştürebilir mi?

Bu konuda nasıl bir politika izlenmesi gerekir?


Ülkemizin en yüklü ithalat kalemi enerji olmasına rağmen yakıt ekonomisi gibi bir kavram bilimsel,teknolojik ve politik gündemimizde hiç yer almamıştır.Bu kavramı,başta Enerji,İmar İskan,Bayındırlık,ve ulaştırma bakanlığı ve yerel yönetim teknokratlarının anlaması ve gerekli uygulamaları başlatması gerekir. Bir çok ülke ulaştırma sektöründeki enerji tüketiminin ithalat faturalarına yansıttığı miktarları makul seviyelere düşürmek için,hem petrol hem de elektrik ile çalışan hibrit motorlar üzerinde araştırma ve geliştirmeler yapmaktadır. Amaç  yakıt ekonomisinin gereklerini yerine getirmektir.Şehir içi trafik düzenlemeleri dahi yakıt ekonomisi göz önüne alınarak yapılmalıdır.İstanbul ve Ankara trafiğinde yaşanan sıkışıklıklar yöneticilerimizin yakıt ekonomisi konusunda ne kadar Fransız olduğunu gösteriyor. Araçlar şehir içlerinde sıkışık trafikte elektrik,şehirler arası yollarda benzinli motor çalışmaktadır,Toyoto 2006 senesinde 400000 hibrit oto satışı yapmıştır.Türkiye de araba üreten sektör bu önemli gelişmenin tümüyle dışındadır.Elektrik motorları,sülfür di oksit,azot oksit karbon monoksit,hidrokarbon  ve ağır metal içeren egzoz  gazları yayınlamadığından çevre duyarlı toplum tarafından  tercih edilmekte ve vergi indirimi gibi teşvikler görmektedir.

Son günlerde enerji ile ilgilenen bazı şirketlerin enerji ekonomisi konusunda  ciddi ilerlemeler kaydettikleri basında yer almaktadır.Özellikle Zorlu şirketler gurubunun  etkinlikleri ile,başta otomobil üreten petrol rafine eden ve pazarlayan şirketler,TÜBİTAK;TAEK ve üniversiteler gibi bilimsel kuruluşlar ortak bir stratejide birleştirilmelidir.Bor ve bileşiklerinin önemi,ulaşım sektöründe yakıt olarak kullanılması gündemde olan hidrojen üretimi ve depolanması ile ilgilidir.

Bor ve bor bileşikleri,enerji içeriği çok yüksek hidrojeni depo edebilmesi nedeni ile stratejik maddeler arasında yer alır.Bilindiği gibi hidrojen uzun süreden beri amonyak,ve metanol üretiminde,petrol rafinajında, gıda teknolojisinde,uzay mekiklerinde ve roket teknolojisinde kullanılmaktadır.

Yakıt pilleri hidrojenden enerji elde etmek için geliştirilen bir teknolojidir.Bu sistemde hidrojen oksijen ile elektro kimyasal işlemler ile birleştirilerek elektrik akımı elde edilir. Yanma olmadığı için egzoz gazı yayını olmaz .Dolayısıyla yakıt pilleri çevreyi kirletmeyen bir enerji üretim türüdür.Hidroksitlerin elektrolit olarak kullanıldığı yakıt pillerinde iki adet amorf elektrot bulunur.Sonuç olarak lise kimya derslerinden anımsanacağı gibi

                                              H2 +2OH =H2O+2e

Reaksiyonu sonucu elektrik akımı elde edilir.Burada e elektronu göstermektedir.Ulaşım  sektöründe otomobiller diğer sektöründe pil ile çalışan araç ve gereçler yukarıda verilen elektro kimyasal reaksiyon sonucu açığa çıkan elektronun oluşturduğu akım ile çalıştırılır.Yakıt pilleri (fuel cells) hidrojeni elektrik enerjisine çeviren sistemlerdir.Şekilde bir yakıt pilinin nasıl elektrik akımı ürettiği bir yakıt hücresinde  meydana gelen fiziksel olaylara bağlı olarak gösterilmiştir.

 

Yakıt pilleri yeniden şarj edilebilen bataryalara benzer.Hidrojen ve oksijen verildiği sürece akım verir.(Proton exchange membrane=PEM) Proton değiş-tokuş zarı içeren yakıt pil hücreleri gözenekli iki elektrot,anot ve katot ve bir polimer zardan oluşur.Polimer zar anot ve katodun arasında yer alır.Anot ve katot yüzeyleri platin bazlı bir malzeme ile kaplanır.Şeklin 1 no ile gösterilen  aşamasında  hidrojen yakıt hücresine  enjekte edilir.Hücreye giren hidrojen atomları anot üzerindeki katalizör tarafından elektronlarından  soyulur.Serbest kalan elektronlar pilin dış devresinde akım oluşturur.Bu durum şekilde 2 nolu aşama ile  belirtilmiştir.Aletleri çalıştıran bu akımdır.Ancak akımın sürdürülebilmesi için kimyasal işlem  pilin iç devresinde de tamamlanması gerekir.Elektronlarını kayıp etmiş hidrojen atomları yani protonlar katoda doğru hareket ederler.Şekilde bu aşama 4 no ile gösterilmiştir.Katodun gözeneklerinden dışarı çıkan protonlar dış akım elektronlarını yakalayıp tekrar hidrojen atomuna dönüşürler. Bu aşmada şekilde 5 no ile belirtilmiştir.Hücre içinde bu duruma gelen hidrojen atomları oksijen ile birleşerek bildiğimiz suya dönüşür.Sonuç olarak hücre akım üretirken çevreye zarar vermeyen suyu egzoz olarak dışarı atar. Böylece pilin iç devre akımı tamamlanmış olur.

Şekilde 6 no ile gösterilen ise üst üste yerleştirilmiş pil hücrelerini göstermektedir.Çok sayıda hücrenin ürettiği akım birleştirilerek bir otomobili bile hareket ettirebilecek enerji elde etmek mümkün olabilmektedir.Yakıt pilleri çok çeşitli amaçlar ile kullanılabilen düzeneklerdir.Yakın bir gelecekte mobil telefonlar,bilgisayarlar,TV ler ve benzeri tüm aletler yakıt pilleri ile çalışacaktır.Sanıyorum Zorlu gurubunun üzerinde çalıştığı bu cins bir düzeneği ticari hale getirebilmektir.Hem ekonomik hem de neredeyse bitmeyen bir pil gibidir.Yakıt pilleri çevre dostu bir enerji üretim tekniğidir.

Teknolojisinin ticari hale dönüştürülmesi hücreye giren ve akımı oluşturan hidrojen atomlarının nasıl elde edileceği problemine odaklanır. Gerçekten hidrojen enerji içeriği çok yüksek olan yanıcı ve uçucu bir gazdır.Bir bomba gibidir.Depo edilmesi  ve insanların bu pilleri  korkmadan kullanabilmesi yeni teknolojik geliştirmelere bağlıdır.Bor ve bor bileşikleri bu endişeleri ortadan kaldıracak özelliklere sahip olduğundan ülkemiz için ayrı bir önem taşır.Yukarda önerdiğimiz gibi bu konuda tüm kuruluşlar gayretlerini birleştirmeli ve yakıt pili üreten bir Dünya markası meydana getirilmelidir.Bu sanıldığı kadar zor bir iş de değildir.Ülkemizdeki bilgi birikimi buna yeterlidir.

Küresel ısınma sera ve baca gazlarının kontrolsüz atmosfere atılışı uluslar arası bazı önlemlerin alınmasını zorunlu hale getirmiştir.Her ne kadar bu konuda tam bir anlaşma sağlanmış olamamasına rağmen toplum tehlikenin farkına varmıştır.Ulaşım  çevreyi insafsızca kirleten sektörlerin başında gelir.Otoların egzozlarından çıkan gazlar bir problemdir.Yakıt pilleri bu önemli soruna çözüm getirecek bir alternatiftir.Şekilde bir yığın yakıt pilinin bir otomobili nasıl çalıştırıldığı gösterilmiştir.Yukarıda belirttiğimiz gibi egzoz gazı sudan ibarettir.

 


 

Yakıt pillerinde akımın iç ve dış devrede oluşumunu gösteren 1 den 6 ya kadar olan aşamalar motor üzerinde de aynı anlamda gösterilmiştir.Hidrojenin pile enjeksiyonu elektronlarından soyularak protona dönüştürülmesi,serbest kalan elektronların dış devrede akımı oluşturması aynı aşamalardır. Burada değişik olan akımın tekerleğe bağlı elektrik motorunu döndürerek hareket sağlamasıdır.Pilin iç devresini tamamlayan protonların tekrar elektron kaparak hidrojen atomuna dönüşmesi ve havanın oksijeni ile birleşerek egzoz olarak suyun dışarı atılışı yakıt pili motorlarını geleceğin cevre duyarlı motorları haline dönüştürmüştür.Pillerin üst üste stoklanması ile  motora yeterli güç sağlayacak  gerilimi meydana getiriler.Basınımızda su ile işleyen motor olarak geçen yakıt pilleri basit pil mantığı ile geliştirilmiş düzeneklerdir.Her teker bir yakıt pili bataryasına bağlıdır.Elektrik motorları tekerlere sinkorinize dönme sağlar.otomobil üretiminde devrim niteliğinde bir değişim sağlaması beklenmektedir.

Yukarıda belirtildiği gibi motorun enerji üretebilmesi sürekli hidrojen girişinin sağlanmasına bağlıdır.Yakıt pilleri iki farklı teknik kullanılarak hidrojen ile beslenir.İlk akla gelen teknik hidrojenin yüksek basınç altında depo etmektir.Ancak hidrojenin tankının araç üstünde monte edilmesi  ciddi güvenlik sorunları doğurur.Hidrojenin uçucu ve yanıcı gaz olması depolama tekniğine ilave teknik yükümlülükler  ve maliyet getirir.Yakıt pili çalışan bir otomobilin içten yanmalı motorlar gibi ayrı bir motor bölmesi yoktur.Her bir  teker üzerine yerleştirilen dört elektrik motoru hareketi sağlar.Hidrojen deposu arabanın şasisi üzerine yerleştirilir.Şekilde yakıt pili ile çalıştırılan bir otomobil şeması gösterilmiştir.

 


 

Yukarıda belirtildiği gibi problem hidrojenin güvenli bir şekilde depo edilebilmesidir.Yolcu ve sürücüler adeta bir saatli bomba olan hidrojen tanklarının üstünde oturmak durumundadır.Bor madenlerinin önemi bu güvenlik problemine çözüm getirebilme olasılığının yüksek olmasındandır.Türk bilim ve teknoloji sisteminin üzerinde durması gereken nokta budur.

Bor bileşiklerinin özelliği,hidrojeni serbest halde değil de sodyum bora hidrat  şeklinde bir kimyasal bileşikte depo edebilmesidir.Yakıt pilleri için gerekli hidrojen yüksek basınç altında depo edilmeye gerek kalmadan bu bileşikte depo edilebilir.Bordan elde edilen unu andıran beyaz tozu sadece suda eritmek ile elde edilen yakıtın ilerde petrolün yerini alması çok uzak bir ihtimal değildir.Dünya bor reservlerinin %63'ne sahip ülkemizin önemi buradadır.Ana maddesi su ve bor olan bu yakıtın üretimi depolanması dağıtımı ne ekonomik nede ticari nede politik bir engel ile karşılaşmayacaktır.Önümüzdeki 15-20 sene içinde bor bileşikleri enerji sektöründe bir devrim yaratacak,bor rezervleri petrol rezervleri kadar önem kazanacaktır.Toplumun zehirli gazlar yaymayan yakıtlara eğilimi bor bileşiklerinden elde edilen yakıtı rakipsiz kılacaktır.Bu gün pahalıya üretilen karbon içermeyen çevre dostu bor yakıtlar gelecekte fosil yakıtlar ile rekabet edebilecek teknik kapasitelere sahip olacaklardır.Tüm Dünya  benzin motorlarını geliştirme ile birlikte bor yakıtlı motorları geliştirme çalışmalarına destek vermektedir.

Notrium olarak adlandırılan sodyum bora hidrat'ın enerji yoğunluğu,yani yakıt pillerine sağladığı hidrojenden elde edilen enerji yoğunluğu,içten yanmalı benzin motorlarının enerji yoğunluğuna eşittir.Notrium yakıtlı araçlar,bir depo ile 500km yol alabilmektedirler.Deneme sürüşünde 100km'ye 16 saniyede çıkabilmiştir.Bu benzinli motorlara göre oldukça uzun bir süredir.Bunun anlamı yakıt pillerinin beslediği elektrik motorlarının arabaya yeterli ivme kazandıramamasıdır.Çözüm bir zaman meselesi olup sadece  bir mühendislik problemidir.

Yakıt pilleri için gerekli hidrojen, sodyum bora hidrat suda çözülmesi ile elde edilir.Lise kimya derslerinden bilindiği gibi:
 
                      NaBH4+H2O------NaBO2+4H2
 
reaksiyonu ile elde edilir.NaBH4  unu andıran beyaz bir tozdur.H2  Üretim hızı,yakıt pillerinin istenilen şiddete elektrik akımı verecek şekilde ayarlanır.Sudaki çözeltinin alevlenme ve patlama  tehlikesi yoktur.Dolayısıyla hidrojen tanklarının neden olduğu tehlike bu teknik için söz konusu değildir. Otomobiller teknoloji ticari hale dönüştüğünde benzin yerine depolarını notrium veya benzeri bor bileşikli yakıtlar ile dolduracaklardır.

Bor bileşiklerinden yakıt üretimi konusunda aralarında Nobel ödüllü bilim adamlarının da bulunduğu bir çok gurup araştırmalarını sürdürmektedir.Duracell,Du Pont,Dow chemicals gibi dev şirketlerinin de gündeminde bor bileşiklerinden yakıt üretme yer almaktadır.Şu anda sodyum bora hidrit'in maliyeti petrole göre yüksektir.Ancak uzun süre yüksek kalacağının garantisi yoktur.Petrol her zaman krizlere neden olabilecek bir yakıttır.Rutgers üniversitesi araştırma ve geliştirme merkezinde  yapılan prototip otomobil  bir depo sodyum bora hidrat çözeltisi ile 600km yol alabilmiştir.Bu örnekten görüleceği gibi yenilikçi teknolojiler üniversite araştırma merkezlerinde tasarlanmaktadır.Dünya bor rezervlerinin büyük bir kısmına sahip ülkemizde,Üniversitelerimiz,TÜBİTAK,TAEK,MTA,Enerji tabii kaynaklar bakanlığı,Sabancı ve  Koç gibi oto üreten şirket toplulukları,Tüpraş ve petrol ofis gibi petrol rafinajı ve dağıtımı yapan şirketler gayretlerini  bor bileşiklerinden yakıt üretmeye odaklamalıdırlar.Bu beyaz tozdan elde edilecek enerji,bataryalardan bilgisayarlara,otobüsten trenlere gemilere hatta uçaklara kadar her türlü aracın enerji gereksinimini karşılayabilecektir.New-York,Londra,İstanbul,Paris gibi metropoller,zehirli egzoz gazlarından temizlenecek insanlar temiz hava soluyarak yaşamlarını sürdürme olanağına kavuşacaklardır.

Ülkemiz için önemli olan şu  an belli başlı kimya ve otomobil şirketlerinin üzerinde çalıştığı bu yakıt türü üzerinde araştırma ve geliştirme çalışmalarını yoğunlaştırmaktır.Araştırmalar olumlu sonuçlanırsa benzin istasyonlarının yerlerini bor kaynaklı yakıt dağıtım istasyonları alacaktır.Dünya bor rezervinin %63'ne sahip Türkiye bu servetini katma değere dönüştürebilecektir.Ancak bunu bor yataklarını yabancılar satarak ve bu gelişmenin dışında kalarak başarmak olası değildir.

 HURRIYET 09/06/07