Huzurunuzda güneş!

Nükleer füzyon katıksız güneş enerjisidir. Bir yıldızın derinlikleri içinde ışık bileşenlerinin atom çekirdekleri kaynaşarak (füzyon) olağanüstü boyutlarda enerji üretir. Bilim insanları çok uzun zamandır böyle bir füzyon enerjisinden yeryüzünde de faydalanmak istiyor, bu sayede asla bitip tükenmeyecek CO2’siz bir temiz enerji kaynağı sunmayı vadediyordu. Füzyon enerjisi için gerekli olan hammaddeler (su ve lityum) bugün dünyada sınırsız miktarlarda bulunabiliyor. Füzyon enerjisi, ağır atom çekirdeklerini parçalayan nükleer füzyonun aksine atmosfere karbondiyoksit salmaz ve binlerce yıl boyunca tehlikeli olma özelliğini koruyan aşırı radyoaktif atıklar üretmez. Bir füzyon reaktörünün iç duvarları ancak hızlı parçacıklar tarafından bombardımana tutulduktan sonra hafifçe radyoaktif hale gelir. Takriben 100 yıl sonra da bu radyasyon seviyesi, malzemelerin tamamının ya geri kazanılacak ya bütünüyle yok edilecek hale gelmesini sağlayacak derecede azalır. Füzyon enerjisi tesisi konseptlerinin hepsi birer hidrojen izotopu olan dötoryum ile trityumun kaynaştırılması temeline dayanır. Nadir bulunur bir madde olan trityum, her yerde bulunabilir bir madde olan lityum’un, füzyon reaksiyonları sırasında üretilen hızlı nötronlarla bombardıman edilmesiyle üretilir. Dötoryum ise sudan elde edilir. Ancak bu planın da kendine has sorunları yok değil. Atomik çekirdekler pozitif yük taşıdıklarından ve birbirlerini ittiklerinden, füzyonun gerçekleşebilmesi için birbirleriyle çok büyük hızlarda çarpıştırılmaları gerekir. Burada asıl zorluk, bir gazı 100 milyon derecedeki sıcaklıkların üzerinde ısıtmak ve sonra oluşan kor halindeki plazmayı mümkün olduğunca uzun süre aynı halde tutmaktır. Her ne kadar 1970’lerdeki araştırmacılar füzyon enerjisinin gücü hakkındaki iyimserliklerini korusalar da sonunda bu plazmanın olağanüstü istikrarsız ve minimum dış etkenlere karşı bile olumsuz tepki verdiğinin farkına varmışlardı. Almanya’da Münih yakınlarındaki Garching’deki Max Planck Plazma Fiziği Enstitüsü Direktörü Prof. Günther Hasinger’e göre bu sorunun artık üstesinden gelmiş durumdayız. Hasinger, “Plazma fiziği son birkaç on yıl içerisinde muhteşem keşiflerle hayli yol kat etti. Bu konuda özellikle süper bilgisayarların, plazma süreçlerine simülasyondaki inanılmaz desteğiyle tarifi imkansız katkıları oldu. Bence artık sorunların çoğu çözüldü ve şimdi odağımız optimum reaktör tasarımları ile faaliyet senaryoları” diyor. Burada temel hedef, beslendiklerinden daha fazla enerji üreten iki tane büyük ölçekli enerji tesisinin kurulması. Eğer bu reaktörler başarılı olursa o zaman bu deneyler 2050 yılı itibarıyla ticari enerji tesislerinin kurulmasının önündeki engelleri kaldırmış olacak. Peki bu, global CO2 salınımının azaltılması için atılmış çok geç bir adım mı? Hasinger aynı fikirde değil. O, “Bu yüzyıldaki en önemli görevlerimizden biri de enerji üretim sistemlerimizin dönüştürülmesi. Enerji tüketiminin iyileştirilmesi, fosil yakıtlar kullanılmasından kaçınılması ve zararlı sera gazlarının salınımlarının azaltılması hakkındaki tüm senaryolar, bu yüzyılın ilk yarısında, yani 2050 yılına kadar açık arayla daha fazla çaba göstermemiz gerektiğini ortaya koyuyor. Eğer bu yüzyılın ortalarına kadar füzyon enerjisinden yeterince faydalanabilirsek işte o zaman büyük bir fark yaratmanın eşiğine geleceğiz” diyor.

Sıcak sinerjiler. Füzyon enerjisi geniş bir yelpazedeki teknolojilerle ilişkili olduğundan, endüstriyel şirketler ilgili araştırma çabalarını büyük bir dikkatle izliyor. Bu çabalardan biri de füzyon reaktörünün iç cephesi için uygun malzemelerin araştırılması. Her ne kadar manyetik alan sıcak plazmayı güvenli bir mesafede tutuyor olsa da plazmanın dış cephesindeki “soğutucu” alanlar reaktör zemini temizlemek için oraya doğru kanalize edilir. Araştırmacılar belirli plazma durumlarının iç cephedeki duvarın sıcaklığını 2.000 derecenin üzerine çıkartabileceğini tahmin ediyor. Bu derece yüksek bir sıcaklığa dayanabilecek malzeme sayısı ise oldukça az.
Buna ek olarak füzyon reaksiyonundan doğan nötronların hızlarının kesilmesiyle ortaya çıkan devasa miktardaki enerjinin, reaktörün kabuğunun mekanik sağlamlığına da zarar vermemesi gerekiyor. Siemens Enerji Sektörü, 1.300 derecede bile güvenli şekilde çalışabilmelerine olanak veren seramik bir izolasyon maddesi ile kaplanmış kendi rüzgar türbinlerinin kanatları için ısıya dayanıklı malzemeler arayışı içinde. Her ne kadar bu gibi kanatlar bu sıcaklıkta erime noktalarına ulaşmaktan uzak olsalar da ısı seviyesi arttıkça, hızlı rotasyonları onları etkileyen merkezkaç kuvvetlerinin doğmasına yol açıyor.~
 Zaman içinde bu kuvvetler kanatların esnemelerine neden oluyor. Siemens Kurumsal Teknolojiler’de (CT) ısıya dayanıklı malzemeleri araştıran Dr. Stefan Lampenscherf, sıcaklığın her 100 derece artmasıyla gaz ve buhar türbinli enerji tesisinin etkinliği yüzde 1 civarında arttığı için mühendislerin sürekli daha yüksek sıcaklıkları mümkün kılacak teknolojileri araştırdıklarını belirtiyor. Etkinlikte bu oranda bir artış, 400 MW kapasitesindeki bir enerji tesisi için yılda yakıt maliyetlerinden 1 milyon Euro tasarruf etmek anlamına geliyor. Örneğin, füzyon reaktörleri için geliştirilmekte olan tungsten alaşımları, bu türbinlerin 1.800 dereceye kadar güvenli bir şekilde çalışabilmelerine imkan veriyor. CT, bunun gibi çift kullanımlı teknolojileri tanımlamak ve onların maliyet etkinliklerini analiz etmek için IPP ve Münih Teknik Üniversitesi ile birlikte çalışıyor. IPP’den Dr. Thomas Hamacher de bu araştırmayla bizzat ilgileniyor. Hamacher şöyle diyor: “Füzyon enerji tesislerini, mümkün olan en fazla sayıda enerji senaryosuna uyum gösterecek şekilde tasarlamak zorundayız. Yenilenebilir enerjilerin artan önemi nedeniyle fevkalade esnek olmaları gerekiyor. Bu da pek çok bileşenin termal yük sırasında döngüsel değişikliklere maruz kalacağı anlamına geliyor. Şimdi bizler, bu durumun yol açacağı teknolojik ve finansal maliyetlere çok daha yakından bakmak zorundayız.” Siemens füzyon reaktörler için süper iletken mıknatıslar hakkında yürütülen araştırmalarla da yakından ilgileniyor. Bu gibi mıknatıslar çok düşük ısı seviyelerine kadar soğutulduklarında hemen hiç elektrik tüketmiyor ve son derece güçlü manyetik alanlar yaratabiliyor. Bu nedenle Siemens Sağlık, görüntü çözünürlüğünü daha da artırmak için kendi manyetik rezonanslı tomografilerinin çoğunda bunlardan faydalanıyor. Medikal teknolojinin, yüksek ısılı süper iletkenler hakkında yapılan araştırmalar ile manyetik alanların hassas yönetim tekniklerinden kazanabileceği çok şey olabilir. CT’den Prof. Hubertus von Dewitz’in füzyon araştırmalarından ciddi beklentileri var: “Apollo uzay projesini gözünüzün önüne getirin. Ay yüzeyine bir insan indirmek, geleceğe doğru atılmış devasa bir adımdı. Uzayda yolculuk için mikroelektronik alanında gerçekleştirilen yoğun yatırımlar sayesinde günümüzdeki iletişim teknolojilerinin temelleri atılmıştı. Füzyon enerjisinin geliştirilmesi, aya seyahatten çok daha büyük bir iş. Eğer bu gibi teknolojik sıçramaların başarılması isteniyorsa enerjik bir şekilde desteklenmesi gerekir” diyor. Alman Şansölyesi Angela Merkel de nükleer füzyona yapılacak yatırımların önemini takdir ediyor ve bu alanda uluslararası işbirliğini geliştirmenin yollarını arıyor. Aynı zamanda bir fizikçi de olan Merkel bu alandaki araştırmaların son durumu hakkında bilgi almak için şubat başlarında Greifswald’daki IPP yerleşkesini bizzat kendisi ziyaret etmişti.