Dünyamız her geçen gün teknolojinin ilerlemesiyle beraber hem politik hem de kaynaksal olarak bir enerji krizine doğru sürükleniyor. Örneğin yapay zeka firmalarının bu teknolojiyi destekleyecek altyapı ve veri depolama çalışmaları yüksek enerjiye gereksinim duyuyor. Peki giderek artan bu enerji ihtiyacı nereden karşılanacak?
Berkut Kerem Bozkurt
Yapraklardan enerji elde etmek, doğadaki biyolojik süreçlerden ilham alan yenilikçi bir yaklaşımdır. Bitkiler, fotosentez sayesinde güneş ışığını kimyasal enerjiye dönüştürür ve bu süreç bilim insanlarına ilham kaynağı olmuştur. Dünyamız her geçen gün teknolojinin ilerlemesiyle beraber hem politik hem de kaynaksal olarak bir enerji krizine doğru sürükleniyor. Örneğin yapay zeka firmalarının bu teknolojiyi destekleyecek altyapı ve veri depolama çalışmaları yüksek enerjiye gereksinim duyuyor. Forbes’taki bir habere göre “GPT-4, 50 gigawatt-saatten fazla, yani Kaliforniya’nın bir yılda ürettiği elektriğin yaklaşık %0,02’sini ve önceki yineleme olan GPT-3’ü eğitmek için gereken miktarın 50 katını gerektirdi.”
Nature dergisindeki bir haberde “Uluslararası Enerji Ajansı’na (IEA) göre, 2022 yılında veri merkezleri 1,65 milyar gigajul elektrik tüketti -küresel talebin yaklaşık %2’si. Yani yapay zekanın yaygınlaşması elektrik kullanımını giderek artıracaktır. Ajans, 2026 yılına kadar veri merkezlerinin enerji tüketiminin %35 ila %128 arasında artacağını öngörmektedir- bu miktarlar, alt tahminlerde İsveç’in veya üst tahminlerde Almanya’nın yıllık enerji tüketiminin eklenmesine eşdeğerdir.” şeklinde başka örneklerde bulabiliriz. Sonuç olarak politik sebepler dışında bizi enerji krizine götürebilecek başka alanlar da mevcut. Bu tür krizlerle karşılaşmamak için farklı enerji kaynakları bulabilmemiz önem arz ediyor.
Ajans, 2026 yılına kadar veri merkezlerinin enerji tüketiminin %35 ila %128 arasında artacağını öngörmektedir.
Fotosentezden İlham Almak
Jillian Dempsey’e göre COP26 ‘dan (Kasım 2021 Glasgow’da düzenlenen Birleşmiş Milletler İklim Değişikliği Konferansı) çıkan en ufuk açıcı açıklama, bir dizi ülkenin henüz mevcut olmayan teknolojilere dayanarak küresel sıcaklık artışını 2 santigrat derecenin altında sınırlamaya yardımcı olma sözü vermesiydi. “Bence bilim insanları olarak biz de bu noktada devreye giriyoruz.” diyor Dempsey. Dempsey, iklim değişikliğinin azaltılmasını mümkün kılmak için bu teknoloji boşluğunu doldurma konusunda biraz sorumluluk hissettiğini söylüyor.
Dempsey, rüzgar, hidroelektrik, jeotermal ya da biyokütle gibi yenilenebilir enerji kaynakları düşünüldüğünde bile bunların toplamının gezegenin enerji ihtiyacını karşılamaya yaklaşamayacağını söylüyor.
Ancak Dempsey, rüzgar, hidroelektrik, jeotermal ya da biyokütle gibi yenilenebilir enerji kaynakları düşünüldüğünde bile bunların toplamının gezegenin enerji ihtiyacını karşılamaya yaklaşamayacağını söylüyor. Eğer uygun şekilde kullanılabilir ve depolanabilirse muhtemelen yeterli olabilecek tek kaynak güneştir. Fotovoltaik teknolojinin verimliliği büyük ölçüde artmış ve maliyeti düşmüş olsa da güneş enerjisinden depolanan enerjiye dönüşüm oranı hala düşüktür. “Benim için son derece cazip olan bir strateji, güneş enerjisini kimyasal bir yakıt şeklinde depolamaktır ki bu da doğanın yeşil yapraklardaki fotosentez sürecinde tam olarak yaptığı şeydir.” diyor Dempsey. O ve meslektaşları, suyu hidrojen ve oksijene ayırmak için güneş enerjisini kullanan ve daha sonra daha karmaşık yakıtlar yapmak için karbondioksitten karbon gibi diğer yaygın molekülleri çeken daha basit bir yapay fotosentez biçimini araştırıyorlar. Dempsey, “Bir bardak suyu alıp güneş ışığına tutarsak, kendiliğinden oksijen ve hidrojene ayrılmaz ve iyi ki de ayrılmaz. Bu bölünmeyi sağlamak için yüksek bir enerji bariyeri var.” Dempsey ve meslektaşları bu reaksiyonları kolaylaştırmak için kimyasal katalizörler geliştiriyor.
Dempsey ve meslektaşlarının güneş enerjisinden yakıt üretmek için benimsedikleri yaklaşım, bir katalizörü güneş fotonlarını yakalayabilen bir yarı iletkenle entegre etmektir. Şu anda üzerinde çalıştıkları katalizör renyum bazlı, ancak sonunda demir gibi daha yaygın elementlere dayalı katalizörler geliştirmeyi umuyorlar. Güneş fotonları, havada bulunan küçük molekülleri kolayca depolanabilen daha karmaşık bir yakıta dönüştürmek için yegane enerji kaynağı olacaktır.
Güneş fotonları, havada bulunan küçük molekülleri kolayca depolanabilen daha karmaşık bir yakıta dönüştürmek için yegane enerji kaynağı olacaktır.
Dempsey, “Bu küçük moleküller karbondioksiti çözeltiden alacak, katalizöre yapıştıracak, elektronları pompalayacak ve karbondioksiti metanol gibi bir şeye indirgememize veya belki de nitrojeni başka bir yakıt olabilecek amonyağa indirgememize olanak tanıyan hidrojen iyonunu getirecek” dedi. Dempsey’in grubunun üzerinde çalıştığı ilk adım, halihazırda geliştirdikleri katalizörleri almak ve işlevlerine zarar vermeden bir yarı iletkene nasıl bağlayacaklarını bulmaktı ki bu basit bir süreç değildi. Dempsey’in ekibi katalizörlerinin ucuna bir karbon grubu eklemek, ardından reaktif olduğundan emin olmak için bir silikon yüzeyi aşındırmak ve yeni reaksiyonları önlemek için aşırı soğutmak zorunda kaldı. Katalizörlerini üstüne ekliyorlar ve katalizörün ucunun silikon yüzeyine bağlanmasını sağlamak için akustik kavitasyon adı verilen ve bağları aktive edebilen bir basınç değişimi yaratan bir ses cihazı olan bir sonikatör kullanıyorlar. Daha fazla yüzey bağlanmasının gerçekleşmediğinden emin olmak için farklı bir reaksiyonla takip ediyorlar. Ekip, bu karmaşık süreç boyunca moleküler katalizörün bozulmadan kaldığını doğrulayabildi.
Dempsey’in ekibinin üretilen tüm gazları ölçtüğü bir güneş simülatörü ile bu hibrit fotoelektrotun ön testleri, silikondan geçen yükler ile karbondioksitin yaklaşık yüzde 69 verimlilikle karbon monoksite indirgenmesi arasında doğrudan bir bağlantı olduğunu gösterdi. Dempsey, “Elbette bu ürün henüz hedeflediğimiz sıvı yakıt değil, ancak bu kademeli teknolojilerden birine entegre edeceğimiz ilk adım” diyor.
Dempsey, uzun vadede, belki de 10 ila 15 yıl içinde, bu teknolojinin daha gelişmiş bir biçiminin atmosferdeki karbondioksiti daha karmaşık karbon bazlı yakıtlara dönüştürmek için kullanılabileceğini öngörüyor.
Dempsey, uzun vadede, belki de 10 ila 15 yıl içinde, bu teknolojinin daha gelişmiş bir biçiminin atmosferdeki karbondioksiti daha karmaşık karbon bazlı yakıtlara dönüştürmek için kullanılabileceğini öngörüyor. Bir molekül ne kadar çok bağ içerirse, her bir bağında potansiyel olarak o kadar çok enerji depolayabilir. “Bence metanol düşünmek için gerçekten inanılmaz bir hedef çünkü sıvı bir yakıt. Daha da ileri gidebilir ve iki farklı karbondioksit molekülünden karbon atomlarını bir araya getirerek etanol veya bütanol gibi bir şey, hatta enerji yoğunluğunu artıran daha uzun zincirli hidrokarbonlar yapmayı düşünebiliriz.” diyor.
Kaynakça
https://www.americanscientist.org/blog/from-the-staff/building-artificial-leaves-for-renewable-energy-storage
https://www.forbes.com/sites/arielcohen/2024/05/23/ai-is-pushing-the-world-towards-an-energy-crisis/
https://www.nature.com/articles/d41586-024-03408-z
