Elektrik dediğimiz şey aslında atomun içindeki elektronların veya protonların bir atomdan diğerine doğru kesintisiz biçimde yol alması.

Elektriği bir makine yardımıyla üretmenin yolu da basit aslında. Bunun için mekanik enerjiyi kullanıyoruz; hareketi bir mıknatıs ve bakır bobin sayesinde elektriğe çeviriyoruz.

Bir kez elektriği ürettik mi onun sürekli hareket halinde olması gerekiyor. Yani elektriği elektrik olarak bir kenarda biriktirmek mümkün değil. En azından biz bunun yolunu bulamadık henüz.

Ama elektriği gerektiğinde harcamak için biriktirmek neredeyse elektriği kullanmaya başladığımız ilk günden beri büyük bir ihtiyaç. Hele şimdi, elektrik üretmek için kullandığımız mekanik enerjinin kaynağını buhar sağlayan termik santrallardan rüzgar santrallarına çevirmek istediğimiz bu dönemde elektriği biriktirmek çok daha önemli.

Hepimiz lise ders kitaplarından hatırlıyoruz, ilk olarak bir İtalyan, Volta icat etti “pil”i. Neydi buradaki icat? Elektrik enerjisini kimyasal yöntemle bir yere topluyordu Volta’nın “pil”i ve sonra aynı kimyasal işlemin tersiyle de yeniden geriye elektrik alıyordu.

Voltanın ilk piline göre çok daha verimli pillerimiz var artık, ama Volta’nın zamanına göre pil kapasitesi ihtiyacımız da çok artmış durumda. Hele atmosfere hiç karbondioksit salmadan elektrik üreteceksek (ki mecburuz) devasa pillere olan ihtiyacımız daha da büyüyecek.

Dünyada bir sürü deneme var. Bütün bu denemelerde de İngilizce deyimiyle bir “trade-off” var. Çünkü enerjiyi üretirken de, biriktirirken de, biriktirdiğimiz halinden alıp yeniden kullanırken de ister istemez (termo dinamik kanunları gereği) enerji kaybediyoruz. İşte buradaki trade-off da bu: Ne kadarını kaybetmeye razıyız enerjinin? Ne kadarını kaybettiğimizde bizim için hala “verimli” olmaya devam eder?

Bir deneme tuzla, bildiğiniz sofra tuzuyla yapıldı; bu yöntemle çalışan santrallar var. Mesela güneş ışığını devasa bir tarlada aynalar yardımıyla aynı noktaya yöneltiyorlar. O noktada kocaman bir küre var; kürenin içi de tuz dolu. Güneşin toplanmış ısısı sayesinde o kürenin içindeki tuz eriyor ve sıvı hale geçiyor. O sıvı tuz borularla suyu kaynatmakta kullanılıyor, ortaya çıkan buhar türbini çeviriyor ve elektrik üretiliyor.

Burada tuzun tercih edilmesinin sebebi ısıyı üzerinde daha fazla tutması. Malum yine termodinamik kanunu var: Ortamda ısı sıcaktan soğuğa doğru akar ve sonunda sistemin temas eden elemanlarının ısısı eşitlenir. Uzun lafın kısası, bıraktığınızda her sıcak şey soğur, oda ısısına geri döner. Burada önemli olan o soğumanın, yani oda sıcaklığına geri dönmenin süresi. Ne kadar uzunsa o kadar iyi.

Bu sıvı tuz sistemleri verimi arttırdığı için artık bazı yeni nükleer santral tasarımlarında da kullanılıyor. Ama tuz öyle çok ucuz bir şey değil; kaldı ki onu eritmek için gerekli ısı miktarı da çok fazla. Yani kullanım alanı ısıyı doğrudan üreten güneş aynaları ve nükleer santrallarla sınırlı.

Isıyı ikincil ürün olarak, mesela kömür veya doğal gaz yakarak üreten veya doğrudan elektrikten ısı çıkaran yerlerde enerji depolamak amacıyla tuz kullanmak çok verimli değil. Ama enerjiyi depolama ihtiyacımız da var.

İşte başlangıçtaki fotoğrafını gördüğünüz “pil” burada devreye giriyor. O silindirik silonun için kum dolu. Bildiğiniz uyduruk kum. İnşaatçıların bile kullanmaya tenezzül etmediği düşük kaliteli kum.

Finlandiyalı dört genç mühendis bu yöntemi 2016 yılında kendi master tezleri için araştırma yaparken bulmuş. Fotoğrafta gördüğünüz yedi metre yüksekliğindeki siloyu kumla doldurmuş, o kumu da 600 derece santigrada kadar ısıtmışlar. Kum bu ısıyı oldukça uzun süre içinde tutuyor, çok yavaş ısı transferi yapıyor. Sonra kumun içinde dolaşan “ısı boruları” sayesinde buradaki ısıyı suya aktararak istedikleri yere transfer edebiliyorlar. Yani bir pil yapmışlar. İsterseniz bu pille elektrik üretebilirsiniz, isterseniz “ısı pili” olarak kullanıp evleri ısıtabilirsiniz. Seçim size kalmış.

Burada en büyük avantaj pil yapmanın maliyetinin son derece düşük ve o pilin dayanıklılığının sonsuza yakın olması. Diğer başka piller gibi zamanla ısı (veya elektrik) biriktirme kapasitesini zamanla kaybetmiyor kum, çok defa ısıtılıp soğutulduğunda en fazla kum tanecikleri arasındaki boşluk azalıyor, o zaman ya üstten pile kum döküp tamamlayacaksınız ya da kumu boşaltıp şöyle bir havalandırıp yeniden dolduracaksınız, o kadar. Pilin hareket eden yegane parçası basit bir fan, bozulursa değiştirmesi çok kolay ve ucuz.

Finlandiya’nın başkenti Helsinki’nin 270 kilometre kuzey batısındaki Vatajankoski adlı enerji santralında kurulan bu dünyanın ilk ticari kum pili Vatajankoski’nin rüzgar ve güneşten elde ettiği elektrikle “dolduruluyor” ve tamamen dolduğunda 8MWh termal enerji depoluyor. Bunu elektriğe geri çevirmek istediğinizde 200kW elektrik veriyor, ayrıca civardaki 100 evle bir yüzme havuzunu ısıtıyor.

Tabii bu kum pili, mesela lityum pillere göre çok daha az enerji saklayabiliyor ama üretim maliyetleri karşılaştırıldığında kum pillerinin çok ciddi bir avantajı var; aynı miktarda enerji depolayacak bir lityum pilinden 10 kat daha ucuza mal oluyor. Tek büyük sorun, depoladığı ısıyı elektriğe çevirirken verimliliğinin yüzde 30 civarında olması. Eğer verimlilik de yüzde 75-80’lere gelebilirse o zaman gerçek bir devrim yaşayacak dünya.

Dünyanın dört bir yanında ciddi bir enerji ve enerji depolama inovasyonu çabası var.