Füzyon reaktörleri, dünyanın giderek artan enerji ihtiyacının karşılanması için çevreci ve etkili bir seçenek sunuyor. Ancak füzyon teknolojisi halen geliştirme aşamasında. Başta Amerika olmak üzere birçok ülke, fosil yakıtlara bağımlılıktan kurtulmak için füzyon araştırma projelerine ciddi miktarlarda yatırım yapıyor.
ABD’de Princeton Üniversitesi’nde araştırmalarını sürdüren Türk bilimadamı Yrd. Doç. Dr. Egemen Kölemen, gelecekte dünyanın tüm enerji ihtiyacının füzyon enerjisinden karşılanmasını beklediklerini söyledi. Boğaziçi Üniversitesi’nden mezun olduktan sonra doktora için geldiği ABD’de bilimsel çalışmalarını sürdüren Kölemen, maddenin dördüncü hali kabul edilen plazma ve füzyon enerjisinin geleceğini VOA Türkçe’ye değerlendirdi.
Plazma nedir?
Plazmanın, maddenin katı, sıvı ve gazdan sonra 4. hali olarak değerlendirildiğini anlatan Kölemen, füzyon enerjisinin oluşumunu şöyle açıklıyor:
“Plazma dediğimiz maddenin dördüncü hali. Katı bir şeyi aldığımız zaman bunu ısıtırsak bu katı malzeme sıvıya dönüşüyor. Mesela buz aldık ısıttık, su oluyor. Daha da ısıtırsak su buhara dönüşüyor yani gaz oluyor. Bu üçüncü maddenin formu. Bu gazı da alıp çok fazla enerji verirsek içine, ısıtırsak yani güneşteki gibi, bu sefer atomlar elektron ve iyon olarak ayrışıyor ve biz buna plazma diyoruz. Yani bu böyle çok enerjik bir maddenin hali.
Bu füzyonun olması için çok fazla enerji koymamız gerekiyor bu sisteme tabi o zaman da plazma oluşuyor. Biz ‘bu plazmayı nasıl çok yüksek sıcaklığa getiririz ki bu plazma birbirleriyle çarpışıp füzyon enerjisi oluşsun’ onun üzerine çalışıyoruz. Bunu da manyetik güçlerle yapıyoruz. Tabi güneşte bu yerçekiminden dolayı, güneş çok büyük bir yıldız olduğu için bu yerçekimi gücü çok fazla, bu plazmanın güneşte kapalı kalmasını, uzun süre orada kalmasını sağlıyor. Yeryüzünde tabi biz güneş kadar büyük bir şeyi yapamayız. Bunu ufaltmamız için elimizde manyetik güçler var. Bu manyetik güçlerle bunu nasıl tutarız onun üzerine çalışıyoruz. Şimdi bu plazma sıcaklıkları milyonlarca derece sıcaklığa ulaşıyor. Bu sıcak olunca tabi kutunun içinde kalmaktan çıkıp dışarıya geçmeye çalışıyorlar. Biz bunu işte değişik kontrol yöntemleriyle o kutunun içinde tutmaya çalışıyoruz.”
“Reaktörü çalıştırdığımızda güneş sisteminin en sıcak noktasıydı”
Egemen Kölemen, plazma ve füzyon enerjisi çalışmalarını hem Princeton Üniversitesi bünyesinde hem de ABD Enerji Bakanlığı tarafından fonlanan Princeton Plazma Fizik Laboratuvarı’nda (PPPL) eşzamanlı sürdürüyor:
“Bu laboratuvar Enerji Bakanlığı’nın laboratuvarı. Enerji Bakanlığı’nın Amerika’da federal olarak onun üzerinde laboratuvarı var. Bu onlardan bir tanesi. Bu laboratuvar sadece ‘füzyondan nasıl enerji elde ederiz?’ onun üzerine yoğunlaşıyor. Burada bir füzyon reaktörümüz var. Şu anda yapımı devam eden. Eskiden çalışıyordu şimdi bunu güncelliyoruz. Bu tabi çok büyük bir yatırım, yani yüz milyonlarca dolar değerinde. Biz bu reaktörde ‘nasıl bu plazmayı kontrol ederiz, nasıl onu, istediğimiz enerjiyi uzun süreliğine elde ederiz?’ onun üzerine çalışıyoruz.
Biz burada reaktörü çalıştırdığımız zaman, bundan önceki füzyon reaktörümüzde güneşten çok çok daha yüksek sıcaklığa ulaştık bu reaktör içinde. Yani güneş sisteminin en sıcak noktasıydı bu reaktör çalıştığı sırada. Tabi bu saniyeler sürdü o zaman ama şimdi bu ITER’de o saniyelik yaptığımız işleri dakikalar hatta saatler süreliğine yapmaya çalışıyoruz. Sonra da elektrik santrali kurduğumuzda da bunu yıllar boyunca çalıştırmaya çalışıyoruz.”
Fransa’daki uluslararası reaktör (ITER) yapımına da katkı veriyor
Kölemen’in füzyon çalışmalarına katkı sunduğu diğer bir kurum ise, Fransa’daki kısa adı ITER olan Uluslararası Termonükleer Deneysel Reaktör.
Kölemen, birçok milletten binlerce bilim insanının mesai harcadığı projenin amacını şöyle açıklıyor:
“Bu çalışmaların tabi sonucunda bir füzyon enerji reaktörü yani füzyondan elektrik elde etmek esas amacımız.
Bunun için de şu anda ortaklaşa olarak Amerika, Avrupa Birliği, Rusya, Çin, Kore, Hindistan ve Japonya ortaklaşa olarak dünyanın en büyük araştırma projesini şu anda yapıyor. Bu yaklaşık olarak 30 milyar dolar civarında bir proje. Fransa’da bir füzyon reaktörü yapılıyor. Bu reaktör 500 megavat enerji üretecek. 50 megavat enerji koyup 500 megavat enerji elde edeceğiz yani koyduğunun 10 misli enerji elde edecek. Ve bu 500 megavat bilmeyenler için büyük çaplı bir elektrik santralinin enerjisine eşit. Bu reaktörde eğer bunu becerebilirsek ondan sonraki adımımız da füzyondan elektrik üretecek santrallerin yapımına başlanması artık. Biz de burada bir yandan kendi reaktörümüzde araştırma yapıyoruz bir yandan bu Fransa’daki ITER dediğimiz ortaklaşa, enternasyonel fisyon reaktörünü nasıl çalıştırırız, nasıl bunun performansını yükseltiriz onun üzerine araştırma yapıyoruz. Ben zaten ITER’e de gidip geliyorum oraya. Orada ITER’in kontrol sistemlerinin analizini yapıyoruz. Nelerin doğru, nelerin yanlış, nelerin daha iyi yapılması gerekiyor onun adımlarını atıyoruz. Senede birkaç defa oraya gidiyorum ben de.”
Fisyon ve füzyon arasında ne fark var?
Peki uranyum gibi ağır metallerin kullanıldığı ve atomların parçalanmasıyla çalışan nükleer fisyon reaktörleri ile hidrojen atomlarını birleştirme prensibine dayalı füzyon reaktörleri arasında ne fark var?
Egemen Kölemen en önemli farkın güvenlik olduğunu anlatıyor:
“Şimdi burada çok büyük bir fark var zaten hidrojen dediğiniz suyun içerisindeki hidrojen. Yani bunun için gidip uranyum bulmaya gerek yok. Fisyon enerjisi elde etmek için bu uranyumun belli bir yoğunlaştırılması gerekiyor içerisinde. Bu yoğunlaştırma sürecine çok devam ederseniz atom bombası yapma düzeyine geliyorsunuz. Onun için fisyon enerjisi elde etmek için kullandığınız tekniklerle atom bombası yapmak için kullandığınız teknikler birbirlerine çok yakın olduğu için burada problemler oluşuyor. ‘Acaba bu enerji için mi yapılıyor yoksa bomba yapmak için mi yapılıyor’ gibi bazı problemler var. Bizde böyle bir şey yok. Biz zaten suyun içindeki hidrojeni kullanıyoruz.
İkinci olarak da bildiğiniz gibi Çernobil’de ya da Japonya’da Fukuşima’da patlamalar oldu bu fisyon reaktörlerinin. Bizde böyle bir şey olması mümkün değil füzyon reaksiyonunda çünkü zaten bizim kullandığımız materyaller dediğim gibi işte öyle reaktif şeyler değil.”
Dünyanın tüm enerji ihtiyacının füzyondan karşılanması hedefleniyor
Kölemen, füzyon enerjisinden ekonomik elektrik enerjisi üretmek için halen uzun yıllar çalışma yapılması gerektiğini ancak sonucunda dünyanın tüm enerji ihtiyacının bu yolla karşılanmasının planlandığını söylüyor:
“Şimdi bu çok zor bir reaksiyon. Bunu daha hala ekonomik olarak yapamadık. Şimdi bu füzyon yapılmaya yapılıyor, yani bu füzyon reaksiyonunu yapabilirsiniz ama bunu ekonomik olarak sonuçta elektrik üreteceksiniz sonuçta belli bir fiyata ulaşması lazım. Bizim esas amacımız füzyonu yapmaktan çok bunu nasıl ekonomik olarak, fiyatını uygun olarak yaparız onun üzerine çalışıyoruz. Onun için de mühendislik çok önemli çünkü ben 10 milyarlarca dolar harcayıp bir füzyon reaktörü yaparım ama elektrik o kadar pahalı olur ki kimse de almaz onun için bir manası olmaz. Onun için şu aralar bunun fiziğini anlamaktan çok bunu nasıl ekonomik şekilde mühendisliğini yaparız onun üzerine araştırma yapıyoruz.
Şimdi bu ITER reaktörü Fransa’da bu 10 yıl içerisinde çalışmaya başlayacak. İşte bu çalıştıktan sonra bundan, dediğim gibi, 500 megavatlık, koyduğumuzun 10 misli enerji almayı göstermemiz gerekiyor. Bunu gösterdiğimiz zaman artık füzyonun enerji üretebileceğini, net enerji üretebileceğini kanıtlamış oluyoruz. Sonraki adım bundan nasıl elektrik santrali yaparız? Yani düşünürseniz yaklaşık olarak diyelim 2030 civarında bu ITER’in enerji üretmesini becerebilirsek 2030-35 civarında ondan sonra da reaktörler yapılacak. 2050’de ilk elektriği üretmeyi inşallah düşünüyoruz. Normal bir şekilde giderse 2050’de ilk füzyon elektrik santrallerinin kurulmasını planlıyoruz.
İleride bizim beklentimiz füzyon enerjisinin, bu tabi 10 yıl içinde değil ama bir yüzyıl içerisinde bütün enerjisinin dünyada biz füzyondan geleceğini tahmin ediyoruz. Çünkü zaten evrene baktığımızda da evrendeki bütün enerji şu anda füzyon enerjisinden geliyor. Bütün yıldızlar bu yıldızların enerjisi füzyon enerjisinden geliyor. Zaten bütün evreni birbirinde tutan şu anda füzyon enerjisi.
Fosil yakıtlar biliyorsunuz karbondioksit oluşturduğu için şu anda fosil yakıtlardan vazgeçmemiz gerekiyor. O gidecek. Yenilenebilir kaynaklarda da güneş gündüz oluyor akşam olmuyor, rüzgar esiyor esmiyor gibi bir durum var. Ve bunları da tabi her yere koyamıyorsunuz. Güneşi güneşli yere, rüzgar enerjisini rüzgarlı yere koymanız gerekiyor. Bunun da böyle dezavantajları var. Onun için biz ileride bütün enerjinin füzyon olacağını düşünüyoruz. Tabi bu 10 sene-20 sene içerisinde olacak bir şey değil ama daha uzun sürede, tarihte yazdıklarında inşallah ‘neden eskiden füzyon kullanmıyorlardı’ diyecekler inşallah.”
“ABD’de çalışmak çok avantajlı”
Egemen Kölemen, bir bilim adamı ve özellikle de mühendis olarak ABD’de çalışmanın kendisine çok avantaj sağladığını vurguluyor:
“Amerika’da çalışmak tabi bilim adamları için ya da mühendisler için genel olarak çok avantajlı. Türkiye’de daha çok bilimsel araştırmalar, bunları gerçeğe dönüştürme opsiyonu çok fazla olmuyor. Buradaki Amerikan sisteminde bu işler biraz daha hem maddi hem de diğer yönlerden dolayı bu araştırmaları gerçeğe dönüştürme ihtimali daha yüksek oluyor. Onun için kısa süreliğine de olsa bütün herkesin Amerika’ya ya da yurt dışına gelmesinde ve bilimsel araştırmalar yapmasında çok büyük faydalar olduğunu görüyorum. Zaten buraya baktığımızda da bütün bu enternasyonel füzyon komitesine baktığımızda çoğu zaten Amerika’da yetişmiş ya da yetişmemişse bile burada vakit geçirmiş sonra memleketlerine dönüp orada bilime kendilerini adamış insanlar olduklarını görüyoruz.
Burada tabi herkes sizin bilimsel olarak neler yaptığınıza ne kadar iyi sonuçlar aldığınıza bakıyor. Genel olarak Türk olmanız ya da başka bir yerden olmanız benim için hiç problem olmadı. Amerika’da bu konularda çok rahatlar. Onun için başka memleketlere göre burada araştırma yapmak daha rahat.”
Yrd. Doç. Dr. Kölemen, Princeton Üniversitesi’nde füzyon enerjisi çalışmalarının yanı sıra doğalgazı sıvıya dönüştürme projesini de yürütüyor. Bu projedeki hedef ise petrol sondajı yapılan bölgelerde kendiliğinden çıkan doğalgazı kullanıma sunabilmek.
