Küresel olarak iklimin değişimine neden olan kaynaklarının yok edilerek, etkilerinin indirgenmeye çalışılmasıyla yapılan bir nevi mücadeleye küresel iklim değişikliği ile mücadele denebilir.
Küresel iklim değişikliği ile mücadele denildiğinde akla ilk gelen Kyoto Protokolü veya Sözleşmesi olmalıdır. Kyoto Protokolü, 1990′lı yıllarda başlayan dünya genelindeki çevresel bilincin artması ve iklim değişiminin farkına varılmasıyla ülkeler arası hükümetlerin belli periyotlarla toplanması sonucunda oluşturulmuş bir sözleşmedir, adeta insanlığın doğaya karşı verdiği sözler topluluğudur. Amaç, ülkelerin küresel iklim değişikliğinde etkin rol oynayan karbondioksit salınımının 1990 ile 2010 yılları arasındaki artışının engellenmesi en azından 2010 yılında bu protokolü imzalayan ülkelerin karbondioksit salınımlarının 1990 yılı seviyelerinde olmasını sağlamak. Ancak 1997 yılında imzalanıp 2005 yılında yürürlüğe giren bu protokolün bazı ülkelerin (ABD, Avustralya gibi) yükümlülükleri yerlerine getirmemeleri sebebiyle anlamsızlaşmasına yol açmıştır.
Sonuçları itibari ile Kyoto Protokolü’nün uygulamada yetersiz kaldığını söyleyebiliriz öte yandan gerek hükümetler gerek de sivil toplum örgütleri yoluyla küresel iklim değişikliğine karşı bilgilendirme kampanyaları yapılırken bilim insanları da dünyanın dört bir yanından bir araya gelerek konferanslarda çözümler üretmek için çalışıyorlar. Tüm bu çabaların ötesinde son 15-20 yıl içerisinde kendisinden bahsettirmeye başlayan nanoteknoloji alanı gelecekte küresel iklim değişikliği ile mücadelede yardımcı olma konusunda bir umut taşıyor.
İklim Değişikliğine Nanoteknoloji Çözümleri
2008 yılında Birleşmiş Milletler Üniversitesi İleri Çalışmalar Enstitüsü tarafından hazırlanan bir rapor Polanya’daki Birleşmiş Milletler İklim Değişikliği konferansında sunuldu. Bu raporda iklim değişikliğine karşı çözüm önerileri arasında nanoteknoloji başlığı da bulunmakta idi ve nanoteknolojinin küresel iklim değişikliğine yönelik başlatılan çalışmaların ivme kazanması noktasında yeni bir umut da oluşturdu. Nanoteknoloji gibi bu raporda yer alan yenilikçi çözümler sera gazı etkisi yapan gazların emisyonunun indirgenmesi ve yeni temiz, yenilenebilir enerji kaynaklarının geliştirilmesi çerçevesinde ele alındı. Ancak bu tür çözümlerün ticarileştirilmesi yani bu teknolojilerin etkin olarak üretilmesinde henüz yeterli olmadığı açık. Ne var ki nanoteknoloji yeni gelişmekte olan bir teknoloji olarak gelecekte iklim değişikline karşı mücadelede insanoğlu için en önemli yardımcı araçlarından biri olacağı konusunda bilim insanları nanoteknolojideki son gelişmelere paralel olarak hemfikir olma yolunda.
Nanoteknoloji aslında küresel iklim değişikliğine doğrudan göze çarpıcı bir şekilde etkisi olmayacak ancak hidrojen verimliliği, enerji depolanması, güneş enerjisi teknolojisi, yeni nesil yakıt hücrelerinin üretilmesi gibi büyük teknolojilerin içinde yer almasıyla sera gazı emisyonlarının azalması ve fosil yakıt kaynaklı enerji tüketiminin azalması ile enerji verimliliğinin artırılması yönündeki katkılarıyla küresel iklim değişikliğine karşı olan mücadelede etkin olacağı düşünülmektedir.
Birleşmiş Milletler’in hazırladığı bu raporda, verimli çalışan hidrojen enerjili araçların geliştirilmesi, daha ucuz ve daha verimli fotovoltaik veya güneş enerjisi teknolojisi ve süperkapasitörler ile yeni nesil bataryaların geliştirilmesi şeklinde üç ana kategoride nanoteknolojinin çok önemli rol oynayacağı belirtiliyor.
Nanoteknoloji ve Hidrojen Verimliliği
Nanoteknoloji bir yakıt kaynağı olarak hidrojenin kullanılması, depolanması ve üretiminde kritik rol oynar. Hidrojen büyük bir enerji kaynağı olan geleneksel hidrokarbonların yerine geçme potansiyeline sahip. Bu hidrokarbonlara örnek olarak ham petrol, taş kömürü verilebilir. Ki bu hidrokarbonlar insanoğlunun enerji tüketimindeki kullandığı en büyük enerji kaynaklarıdır. Fosil yakıtlar olarak da bilinirler.
Nanoteknoloji, hidrojen yakıt hücrelerinin geliştirilmesinde dolayısıyla hidrojen verimliliğinin sağlanılmasında en önemli rolü oynar. Karbon nanotüpler, nanoboyutlarda çok önemli bir malzemedir. Elektriksel ve yapısal özellikleri açısından olağanüstü özellikler göstermesiyle gelecek elektroniği için çok önemli bir malzeme olarak yer tutacağı düşünülüyor. Bu malzeme hidrojen yakıt hücrelerinde mekanik kararlılığı sayesinde daha iyi hidrojen yakıt hücrelerinin yapılmasına olanak vermektedir. Ancak burada önemli bir noktayı da vurgulamak gerekir. Hidrojen aslında bir enerji kaynağı değildir fakat hidrojen bir enerji taşıyıcısıdır. Hidrojen, su, biyokütle ve fosil yakıtlarından elde edilmektedir. Yani bir hammaddesi vardır ve bu durumda onu ikincil enerji kaynakları sınıfına sokmaktadır. Bu noktada hidrojen enerjisi kullanımı sonucunda fosil yakıtlarında olduğu gibi sera etkisi oluşturan gaz emisyonu olmamaktadır.
Nanoteknolojide Güneş Enerjisi ve Fotovoltaikler
Işığın elektrik enerjisine çevrilmesi ile oluşan fotovoltaik enerjinin üretilmesi yarıiletkenler veya fotovoltaik güneş pillerinin kullanılması ile başarılır. Bu hücreler (güneş pilleri), genellikle nemden, ıslaklıktan koruyan su sızdırmayan modüller içerir. Nanoteknoloji, fotovoltaikler üzerine geniş bir aralıkta araştırma ve geliştirilmesi ile ilgilenir. Bu durumda nanoteknoloji, var olan silikon fotovoltaik panellerin verimliliğinin geliştirilmesinde önemli bir rolü vardır.
Silikon fotovoltaik paneller günümüzde en yaygın panel tipidir. Silikon fotovoltaik panellerin kristal, kristal olmayan veya amorf silikon fotovoltaik paneller gibi birkaç farklı türü vardır. Bu fotovoltaik panellerin her biri ışığın elektrik enerjisine çevirilmesindeki şartlarda onların verimlilikleri birbirlerine benzememektedir. Yani her birinin verimliliği farklıdır. Kristal silikon amorf silikondan daha verimli iken daha pahalıdır. Gereksinimlerin artışından dolayı yüksek kalite silikonun bulunabilirliği/kullanılabilirliği konusunda kaygılar da bulunmaktadır. Burdaki gereksinimlerden kasıt yüksek kalite silikon panellerin elde edilmesi için maliyete karşı elde edilen enerji verimliliği kıyaslaması, çok daha yüksek verimli güneş pillerinin istenilmesi gibi durumlar göz önüne alınabilir.
Nanoteknoloji bu kaygıları azaltmaya yönelik uygulama alanlarına sahip. Örnek olarak ülkemizde de yapılan çalışmalardan biri olan nanokristaller kullanarak güneş pillerinde verimliliğin artırılması çalışmaları verilebilir. Bilkent Üniversitesi’nde Aygıtlar ve Sensörler Demir Laboratuvarı’nın direktörü Doç. Dr. Hilmi Volkan Demir’in liderliğinde ve dünya çapında diğer bilim laboratuvarlarında güneş hücrelerinde nanokristaller kullanılarak güneş hücrelerinde verimliliğin artırılmasına yönelik yapılan çalışmaların erken verilerine göre daha önce elde edilen güneş hücresi verimliliklerinden yaklaşık iki kat verimlilik elde edildiği görülmüştü. Nanoteknoloji ile daha yüksek verimliliğin sağlanabileceği başka malzemelerle güneş hücresi üretimleri bile gelecekte sağlanılabilinir.
Nanoteknoloji ve Enerji Depolanması: Yeni Nesil Bataryalar
Yeni nesil bataryalar iklim değişikliğine karşı mücadelede elektrikli otomobiller ve diğer araçlar için kullanılması durumunda yeniden şarz olabilen daha iyi bataryalar ile etkin olabilecek. Yeniden şarz olabilen bataryaların yeni nesil bağlantısında araştırma ve geliştirme çalışmaların ana görüşünün merkezinde nanoteknoloji vardır. Japon otomobil üreticisi Nissan gibi birçok üretici fosil yakıtlarının rezervlerinin azalması ve dünyada giderek çevrecilik bilincinin genişlemesiyle beraber elektrikle çalışan otomobillerin üretilmesine yöneldiler. Bu noktada yeni nesil bataryaların geliştirilmesi de önemli bir yer tutar. Dolayısıyla otomobil üreticileri yeni nesil batarya üretimine de yöneldiler. Nissan geçtiğimiz yıl elektrikli araçlar için ince tabakalı lityum iyon bataryası geliştirdi. Nissan’a göre geleneksel araç bataryaları ile aynı büyüklükte olan bu bataryalar ikili kapasiteye sahip ve 1.5 kat daha güçlü. Böyle bir bataryanın 5 yıl içinde 100.000 kilometre boyunca kullanılabileceği öngörülüyor. Bu sonuç yeni nesil bataryaların gelişimi açısından oldukça önemli.
Nanoteknoloji araştırma ve geliştirme tekniklerinin kullanılarak daha yüksek güçlü ve daha yüksek kapasiteli batarya, negatif elektrod malzemesinin modifikasyonu ile elde edilir. Artan enerji yoğunluğu ve indirgenen elektrod direncinin nedeni nano seviyede elektrod tasarlanmasıdır. Bu teknolojinin önümüzdeki bu dönem içerisinde ticari olarak sunulması bekleniyor.
Sonuç olarak küresel iklim değişikliği insanoğlunun giderek daha fazla enerjiye ihtiyaç duymasından ötürü sera gazı salınımını artıran aşırı fosil yakıt kullanımı sonucunda tetiklendi ve günümüzde nanoteknoloji, yine enerji konusunda sunduğu kökten çözümler ile küresel iklim değişikliğine karşı mücadelede insanoğlu için en önemli araç olacak. Ne var ki küresel iklim değişikliği sürecinin neredeyse yüzyıllar sürmesi – sanayi devriminden bu yana süren bir süreç- nasıl durdurulabileceği konusunda kimse çözüm üretebilmiş değil. Yıllardır insanoğlunun doğaya yaptığı baskının bir anda ya da onlu yıllar içerisinde çözümlenebilmesi zor gözükürken nanoteknoloji gibi bilimin insanlara sunduğu alternatif yollar ile küresel iklim değişikliği sürecinin daha az zararla geçilmesi umut ediliyor.
Gökhan Atmaca, MSc – facebook.com/anadoluca | twitter.com/kuarkatmaca
Nanoölçek Aygıtlar ve Taşıyıcı İletimi Grubu
Kuark Moleküler NanoBilim Araştırma Grubu
Kaynaklar:
- http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=8642.php
- http://metamodern.com/2009/01/01/greenhouse-gases-and-advanced-nanotechnology/
- http://blogs.nature.com/climatefeedback/2007/05/nanoscale_solutions_to_climate.html
- http://www.ias.unu.edu/sub_page.aspx?catID=111&ddlID=738
- http://www.teknoloji.kuark.org/2009/08/04/yenilenebilir-enerji-kaynaklari-ve-turkiye/
- http://www.teknoloji.kuark.org/2009/05/01/kuresel-iklim-degisikligi-ile-mucadelede-yeni-donem/
