DÜNYA basınından bir haberle başlayalım: “AB ve ABD fen adamlarının hidrojen atomundan füzyon enerjisi elde etmek için 80 yıldır devam eden araştırma ve çalışmaları son senelerde hızlanmış vaziyettedir…”

Sanayide, üretimde ve hayat şartlarımızın iyileşmesinde enerjiye olan ihtiyacımızın önemi herkesin malûmu. Kömür ve petrol bugün çokça kullanılan iki kaynak. Verimliliği nedeniyle petrol ön sırada yer almaktadır. Ne var ki, üretiminden nakliye ve tüketim safhalarına kadar birçok zararları beraberinde barındırmaktadır.

Karada ve denizde çıkarılan petrolün genelde deniz ulaşımıyla dağıtımı yapılmaktadır. Doldurma ve boşaltmalarda veya tanker kazaları neticesinde dökülen petrol denizin kirlenmesine, içindeki canlıların etkilenmesine yol açar. Fabrikalardan ve taşıtlardan çıkan gazlar çevreye, çevresel etkinin artmasıyla tabiata tehlike oluşturur. Atmosfere yükselen yakıt artıkları kar ve yağmura karışarak kara ve denizlere geri döner. Başta insanlar olmak üzere bütün canlıların hayatı tehlike altındadır. Havaya karışan zehirli gazlar, oksijen ve azot dengesini etkileyerek akciğer ve boğaz enfeksiyonlarına, kalp rahatsızlıkları ve kanser gibi hastalıklara sebebiyet vermektedir.

Daha üst tabakalara yükselen artıklar ozon tabakasının incelmesine, güneşten gelen radyasyonların canlıları menfi etkilemesine, aynı zamanda ekosistemin bozulmasına, artan ısınma buzulların erimesine, menfi iklim değişikliği yeryüzünü tehdit edecek şekilde felâketlere meydan verir.

Birleşmiş Milletler’deki ilgili birimler devletleri acil önlemler için uyarsa da başta ABD ve AB olmak üzere ileri sanayi teşekküllerinin bunu lâyıkıyla uyguladıkları söylenemez. Son senelerdeki fırtına ve hortum haberlerinin sıklığı, küresel ısınmanın alarm niteliğindeki boyutlara ulaştığını göstermektedir.

Petrolün ve türevlerinin küresel zararları bir yana, diğer bir problem, gelecekte rezervlerin tükenecek olmasıdır. Bunun için alternatif kaynaklara yönelim olmuştur. Bunlar arasında güneş enerjisinden istifade, rüzgâr, su (barajlar), deniz dalgaları başlıcalarıdır. Temiz enerji olmaları açısından tercih edilseler de maliyet, süreklilik ve verimlilik gibi sebeplerle gerekli ihtiyacı karşılamaktan uzak oldukları meydandadır.

Çare olarak fisyon enerjisine başvurulmuştur. Allah-u Teâlâ, mikro âlemin birimi olan atomu bünyesinde muazzam bir enerji barındıracak şekilde halk etmiş yani yaratmıştır. Fisyon enerjisi, ağır elementlerin atom çekirdeklerinin parçalanması suretiyle elde edilmektedir. Yakıt olarak radyoaktif maddeler olan uranyum ve plütonyum kullanılır. Verilen ilk enerji ile başlatılan reaksiyon sonucunda açığa çıkan nötronların atomlarla tepkimeye girmesi sonucunda zincirleme reaksiyon devam eder. Bu işlem kontrol altına alınmadan devam ederse büyük bir enerji açığa çıkar. “Atom bombası” adı verilen hâdise özetle bu şekilde oluşmaktadır. Nükleer (atom) santrallerde radyoaktif reaksiyon kontrol altına alınarak elde edilen enerjiden istifade edilme cihetine gidilir. Tariften de anlaşılacağı üzere, tedbirde kusur oluşursa kaçak reaksiyonlar çevre için büyük bir tehlike meydana getirirler. 26 Nisan 1986 tarihinde Sovyet Rusya’sındaki Çernobil nükleer kazası, santralin bulunduğu bölgede, komşu memleketlerde, hatta memleketimizin Karadeniz bölgesinde büyük zarara yol açmıştır. Radyoaktif serpintiden etkilenen birçok insan kansere yakalanarak hayatını kaybetmiştir.

Uranyum ve plütonyumun tabiatta zor bulunması, santrallerin inşâsının maliyet ve zaman açısından yük getirmesi ve de işlem sonucu açığa çıkan artıkların radyoaktif olmasıyla muhafazasının tehlike arz etmesi, fisyon enerjisinin olumsuz özellikleridir.

Hidrojen enerjisi

Canlılar için “hayat” demek olan su, enerji alanında da imdadımıza yetişmektedir. Daha önce değindiğimiz gibi, iki birim hidrojen ve bir birim oksijenden meydana gelen su, enerji elde etmekte de işimize yaramaktadır. Periyodik Cetvel’in ilk sırasında yer alan hidrojen, suyu temsil etmektedir. “Hidro” kelimesi, “su” anlamına gelir. Bünyesinde elektron-proton ve nötronu birer adet barındıran hidrojen atomu, basit bir modeli temsil eder.

Hidrojen, havadan 14 kat daha hafiftir, yandığında verdiği enerji verimlidir. Bu enerji, ısı ve elektrik şekillerine dönüştürülerek kullanılabilir. Kömürün, petrolün ve nükleer fisyon santrallerinin zararlı artıklarına karşılık hidrojenin ayrışması sonucu geriye su veya su buharı bırakılır. Yani çevre dostudur. Hidrojen, sanayide birçok dalda kullanıldığı gibi yakıt olarak otomobillerde ve elektrik enerji dönüşümünde de kullanılabilmektedir.

Hidrojen enerjisinin en önemli avantajı, kaynak rezervinin bolluğudur. Akarsular, göller, denizler ve okyanuslar hazır olarak önümüze bahşedilmiştir. Hidrojen, bütün yakıtlar arasında birim başına en verimli enerjiye sahiptir. 1 kilogram hidrojenin verdiği enerjiyi 2,1 kilogram doğalgaz veya 2,8 kilogram petrol ancak karşılar. Hidrojen reaksiyonundan enerji elde edildikten sonra suyun atık olarak kalması, çevrenin temiz tutulmasının yanı sıra kullanılan kaynağın geriye dönüşümü demektir.

Hidrojen, fosil yakıtlar kullanarak kimyasal yollarla üretilebileceği gibi temiz atık ve yenilenebilirliği açısından suyun elektrolizi ile de elde edilir. Elektrik enerjisi kullanılarak (analizle) su, hidrojen ve oksijen ayrıştırılır. Üretilen hidrojen borular veya tankerlerle nakledilebilir.

Hidrojen yakıt olarak uzay roketlerinde kullanıldığı gibi ulaşım sektöründe, otomobil, otobüs, tren, uçak ve sair nakil vasıtalarında kullanılmaktadır. Son on yılda yapılan araştırmalar, özellikle ulaşımda hidrojenin diğer yakıtlara karşı tercih edileceğini göstermektedir.

Hidrojenin enerjide daha verimli kullanımı için gelişmiş devletler laboratuvar çalışmalarını ve yeni teknik imkânların araştırılmasını hızlandırmışlardır. Cep telefonları, bilgisayarlar, yedek güç birimleri ve uzay teknolojileri, düşünülen alanlardır.

Hidrojen gaz hâlinde kolaylıkla depolanabilir. Fakat yoğunluğunun düşük olması büyük hacimler gerektirir. Basınçla tüp ve tanklarda daha çok miktarda depolanır. Saklama malzemelerinin basınca mukavemet edebilmesi maliyeti arttırmaktadır. Ayrıca depolama güvenliği dikkat gerektirir.

Hidrojen eksi 252 santigrat derecede sıvılaşır. Sıvı hidrojen çok daha az hacim işgal eder. Bu sefer de sıvılaşma için üretilecek enerjinin yüzde 33 kadar enerji sarf etmek zorunluluğu doğar.

Metal hidritler kullanarak hidrojenin katı şekilde depolanması mümkün olmaktadır. Gözenekli hidritler, hidrojen gazını sünger gibi emerek depolanmayı temin ederler. Bu sistemin mahsuru, metal hidritlerin çok ağır olmasıdır. Son zamanlarda nano-teknolojiler kullanılarak malzemenin hafifletilmesine çalışılmaktadır.

Hidrojen enerjisinin en önemli avantajı, kaynak rezervinin bolluğudur. Akarsular, göller, denizler ve okyanuslar hazır olarak önümüze bahşedilmiştir…

Hidrojeni füzyona tâbi kılmak

Nükleer füzyon, iki hafif elementin nükleer reaksiyonlar sonucu birleştirilerek daha ağır bir element elde edilmesidir. İşlemin nihayetinde ortaya çıkan enerjiye “nükleer füzyon enerjisi” denilmektedir. Füzyon, fisyonun tersidir. Fisyondaki ağır elementlerin çekirdeklerinin parçalanması yerine burada birleşim için hafif elementler kullanılır. En hafif element atomu ise hidrojendir.

Nükleer füzyon enerjisinin bilinmesi, astronomi ilminin gelişmesi sayesindedir. Yıldızların bir hidrojen deposu olduğu bilinmekteydi. Kâinatın yaratılışının ilk zamanlarında uzayda yayılı bulunan hidrojen bir araya toplanarak ısı ve ışık saçan yıldızlara dönüşüyordu. Önceleri yıldızlardaki hidrojenin yanarak enerji yaydığı sanılıyordu. İyi ama en az 5 milyar yaşında olduğu tahmin edilen Güneş’imizin şimdiye kadar bünyesinde bulunan hidrojeni tüketmesi gerekiyordu. Oysa Güneş, bütün ihtişamıyla meydanda parlamaktaydı. Yapılan araştırmalar, salınan enerjinin basit bir yanma hâdisesinden kaynaklanmadığını, nükleer bir reaksiyonun cereyan ettiğini gösterdi.

Güneş’in bünyesindeki muazzam basınç ve ısı neticesinde dört hidrojen çekirdeği birleşerek bir helyum çekirdeği meydana geliyordu. Helyum çekirdeğinin kütlesi, birleşen hidrojen çekirdeklerinin kütlesinden azdır. Aradaki kütle farkı, enerji olarak salınmaktadır. Yapılan hesaplara göre, Güneş’te her saniye 5,5 milyar kilogram kütle kaybı olmaktadır. Bu büyük kayıptır ama Güneş’in kütlesinin 2x10 üzeri 30 kilogram (ya da 332 bin adet Arz kütlesine eşdeğer olduğu) göz önüne alınırsa endişeye mahâl olmadığı anlaşılır.

Şimdi fen adamları hidrojeni yakarak enerji elde etmek yerine Güneş’teki füzyon hâdisesi gibi daha verimli enerji kazanmak peşindeler. Fakat Güneş’teki basınç ve ısı şartını laboratuvarda nasıl gerçekleştirecekler? İşte temel sorun bu!

Hidrojen ısıtıldığında genişlemekte ve atomları her yana yayılmaktadır. Güneş’in devasa kütlesinin çekim gücü atomları bir arada tutar. Böyle bir çekimi yeryüzünde gerçekleştirmek imkânsızdır. Ayrıca ısıtılan hidrojeni bir kap içinde tutmak da zordur. Kap eriyerek buharlaşabilir. Kabı soğuk tutmaya çalışırsanız hem enerji sarf edersiniz, hem de hidrojeni soğutursunuz. Bunun için “manyetik alan” kullanmak düşünülmüştür. Manyetik alan içine hidrojen atomlarını hapsetmek mümkün olabilecektir. İstenen evsafta bir manyetik alan elde etmekse hiç kolay değildir. Laboratuvar çalışmaları devam etmektedir.

Sıcaklığı ve basıncı arttırmak için başka bir yol olarak “lazer teknolojisi” üzerinde çalışılmaktadır. Çok ufak bir hacim üzerine bir ışın demeti gönderildiğinde kısa sürede ısı ve basınç elde edilebilir. AB ve ABD’deki teknik çalışmalar bu mevzu üzerinde yoğunlaşmış vaziyetteler.

Lazerleri çalıştırmak için güçlü enerjiye ihtiyaç vardır. Malzemeler masraflıdır. Daha basit ve kolay yollar aranmış, “elektron ışınları” ile deneyler yapılmıştır. Fakat bu yolla da füzyon enerjisini elde etmek henüz mümkün olmamıştır.

Fen ilim âlimleri seksen yıldır füzyon enerjisi elde etmek için uğraşıyorlar. Manyetik alanlar, lazerler ve elektron ışınları kullanarak çalışılıyor. Son senelerde bazı deneyler uzmanları ümitlendirmiştir.

Yüksek basınç altında hidrojenin katılaşacağı ve “metalik hidrojen” hâline dönüşeceği teorik olarak biliniyordu. Harvard Üniversitesinden bir uzman takımı 495 GPa (gigapascal) basınç tatbik ederek başardıklarını açıklamıştır. Bu değerin daha iyi anlaşılabilmesi için deniz seviyesindeki atmosfer basıncının 4,5 milyon katı olduğunu söyleyebiliriz.

İki elmas uç arasındaki hidrojen atomlarına lazer demeti gönderilerek atomların birbirine yaklaştırıldığı iddia edilmektedir. Hidrojenin metalik olduğuna dair bir görüntü niteliği olan bu çalışma, ekibi yine de heyecanlandırmıştır. Takım lideri Isaac F. Silvera, “Bu, fizik ilminin en büyük başarılarından biridir” demektedir ancak ortada kesin bir netice yoktur. Ayrıca deneyde sarf edilen enerji, deney sonucunda elde edilen enerjiden çok fazladır.

Benzer bir deney üzerinde çalışan Fransız araştırmacılarsa “Nature” dergisine yaptıkları açıklamalarda metalik hidrojenin gözlemlendiğini ifade etmiyorlar. “Metal hidrojene doğru muhtemel bir dönüşüm” açıklaması ise mevcuttur. 2017 Şubat’ının ortalarında yapılan deneyde metal hidrojen elde ettiğini açıklayan Harvard ekibi, deney sonucu elde edilen numunenin kaybolduğunu bildirmiştir. Çalışmalarına 45 yıldır devam eden ekibin başkanı F. Silvera, “Metalik hidrojen numunesi ortadan kayboldu. Oda basıncında herhangi bir yerde olabilir ya da gaz hâline dönüşmüş olması da ihtimâl. Bilmiyoruz!” demektedir. Hâdise, Harvardlı takımın deneyi paketleyip ileriki testler için Argonne Ulusal Laboratuvarına yollamak için hazırladığı sırada meydana çıkmıştır.

Kullanılabilir füzyon enerjisini elde etmek için günümüzde mümkün olmasa da istikbâlde bu enerjiden faydalanılacağı kesin gibidir. Füzyon teknolojisiyle çalışan motorların icadını bir düşününüz; zararlı artık bırakmayan fabrikaların çoğalması, uçan otomobillerin günlük hayata dâhil olması ne muhteşem bir manzaradır! Dolmuş uçaklarla birkaç saatlik yolculukla Ay’a gidebilmek, oradan Arz’ın harikulâde güzelliğini seyredebilmek ve aynı gün içinde geri dönebilmek imkânına sahip olabilmek… Hidrojen füzyon motorlarıyla donanımlı uzay araçlarıyla Güneş Sistemi’nin uzak gezegenlerine birkaç haftalık süre içinde erişebilir olmak…

Şimdilik füzyon enerjisine sahip olmasak da petrol yerine sıvı hidrojeni kullanıyor olmamız az şey değildir. Birkaç litre suyla bir evin ihtiyacını günlerce karşılıyor olabileceğiz. Hem de temiz bir hava, yaşanabilir bir çevre içinde… Ayrıca tükettiğimiz enerjinin yerine yenisini nereden temin edeceğimiz endişesini taşımadan… Allah-u Teâlâ’nın biz kullarına bahşettiği kaynak, akarsular, göller ve okyanuslar önümüzde hazır durmaktadır.

“O hâlde Rabbinizin hangi nimetlerini yalan sayabilirsiniz?” (Rahmân Sûresi) 

(Devam edecek…)