28000 yıl kapasiteli NANO-DIAMOND PİLLER mi geliyor?

28000 yıl boyunca çalışabilen bir kalp pili yapılabilir mi? Şimdilik o kadar uzun süre yaşama ihtimalimiz yok, peki 90 yıl boyunca hiç şarj etmeden çalışabilecek bir elektrikli otomobil olabilir mi? Olsa da bizim almaya gücümüz yetmez, peki ya cep telefonunuzun şarjı 9 yıl boyunca yetebilsin ister miydiniz?

İnanması çok zor, adeta sürreel gibi gözüken bu enerji senaryolarının hepsini gerçekleştirebileceğini iddia eden bir şirket ortaya çıktı geçtiğimiz hafta. Hatta Kaliforniya’da kurulan NDB adlı bu startup, kendileriyle yapılan bir röportajda böylesine güçlü bir pilin ilk PoC’ini bitirdiklerini, pandemi nedeniyle kapanan laboratuvarları açılınca 6 ila 9 ay içerisinde ticari bir prototipi üreteceklerini de açıkladılar. 

Böyle bir şey mümkün olabilir mi? Teorik olarak evet. Peki nasıl? Nükleer atıkların ve elmasların yardımıyla. 

• O elmaslarla ne yapmayı düşünüyorsun?

• Çok güzel bir soru. Ve çok yakında tüm dünyanın dilinde olacak soru.

Evet “ölümsüz elmaslar” artık sadece “diamonds are forever” gibi James Bond filmlerine konu olmakla kalmayıp, neredeyse ölümsüz bir enerji kaynağına ulaşmakta da işimize yarayabilir. Bununla ilgili teorik çalışmalar o James Bond filminin çekildiği 70’li yıllardan bile önce başlamış. 

Nükleer reaktörlerin hızla çoğaldığı yıllarda… Bu tesislerde yakıt olarak uranyum kullanılır. Uranyum yakıtı, bazı reaktörlerde grafit bloklardan yapılmış bir çekirdeğin içinde saklanır. Meşhur Çernobil ve Fukushima kazalarında bunları çokca duyduk. Normalde bu grafit çekirdek, kontrol edilebilir bir zincir reaksiyonu sağlayarak nükleer füzyon sürecine yardımcı olur. Dolayısıyla sabit bir ısı elde edilir ve onunla bu su ısıtılıp buhara dönüştürülür, o buhar da türbinleri çevirip elektrik enerjisi üretir. Kısaca nükleer reaktörlerde nasıl elektrik enerjisi üretildiğini öğrenmiş olduk. Görece kolay bir sistem öyle değil mi? Peki neden bu iş aynı zamanda çok tehlikeli ve çevreye zararlı olabiliyor? Çünkü asıl problem reaktörler kapatılınca başlıyor. Çevreye onbinlerce yıl boyunca zarar verebilme potansiyeline sahip nükleer atıkların güvenli bir şekilde depolanması gerekiyor. Bu da oldukça pahalı bir iş. Sadece Avrupa, Amerika ve Kanada’daki atıkların yönetimi için bile yılda 100 milyar dolardan fazla harcama yapılıyor. Bunların yerin 1 km kadar altında depolanması ve hiçbir canlıya zarar vermemesi için de sürekli gözetim altında bulundurulması gerekiyor.

Peki ya bu atıkları gömmek yerine onları kullanarak enerji üretebilseydik? Reaktörlerin çekirdeğinde grafit bloklar kullanılıyor demiştim ya. Grafit aslında bir çeşit karbon. Çok yaygın ve stabil bir element. Kullandığımız kurşun kalemlerin ucundaki madde bile içine kil katılarak sertleştirilmiş bir grafit. Tabiki nükleer atıktan kurşun kalem üretmek pek mantıklı ve güvenli değil. Çünkü bu karbonun bir kısmı nükleer enerji üretimi işlemi sırasında onun radyoaktif bir izotopu olan Karbon-14’e dönüşüyor. Hani şu jeolojik örneklerin yaşı hesaplanırken kullanılan meşhur “radyokarbon tarihleme yöntemi” var ya. Onun da temelinde bulunan Karbon-14. Çünkü biliyoruz ki 5730 yıl geçtiğinde bu maddenin radyoaktifliği yarı yarıya azalmış oluyor. Hımmm… Binlerce yıl boyunca enerji verebilme konusuna biraz daha yaklaşmış olduk mu? Olduk. Başlangıçta biraz karmaşık gibi gözükebilir ama benimle kalın, anladığınızda “vay be ben neden düşünemedim ki?” diyeceksiniz.

En azından Bristol Üniversitesi’ndeki araştırmacılar böyle demiş ve bizdeki Göbeklitepe’nin yaşını hesaplamak için bile kullanılan bu Karbon-14’ün beta çözünmesinden enerji üretmenin teorik bir yolunu bulmuşlar. 

Bu teori şöyle: Nükleer atıkları oluşturan grafit çubukları ısıtırsak onun dış katmanlarındaki radyoaktif karbonu gaza dönüştürüp toplayabiliriz. Üstelik geri kalan madde artık çok daha az zararlı bir atık haline gelir. Gaz formunda toplanan radyoaktif Karbon-14 düşük basınç ve yükseltilmiş sıcaklıkta neye dönüşür biliyor musunuz? Karbonun bir başka formuna. Elmasa. İnsan yapımı bu çok küçük elmasların tuhaf bir özelliği de var. Eğer radyoaktif bir alana yerleştirilirse küçük bir elektrik akımı üretebiliyor. Böylece nükleer enerjili elmas bir pilimiz olmuş oluyor. Peki bunu hemen kullanabiliyor muyuz güvenli bir şekilde? Tabiki hayır. Radyoaktif bir alanın içinde elektrik akımı üretebilen bu minik elmasımızı başka bir katmanla daha kaplamalıyız ki güvenli olabilsin. 

Başka bir katman! Ne olabilir? İpucu verelim arkadaşlara James Bond…

• Doğadaki en sert madde. Camı keser. Evliliği akla getirir.

Evet, elmas. Doğadaki en sert madde yine elmas olduğu için bunun üstünü de radyoaktif olmayan bir başka elmasla kaplamak gerekiyor. Böylece tüm tehlikeyi absorbe eden bir pil yapmış oluyoruz. Dışarı en fazla bir muz kadar radyasyon yaydığı için elle tutulabilen, hareketli bir parçası olmadığı için bakım gerektirmeyen, son derece verimli ve çok uzun ömürlü bir pil. Eğer 2020’de böyle bir pili üretebilseydik Karbon-14’ün özelliği nedeniyle 5730 yıl sonra yani M.S. 7750 yılında kapasitesinin sadece yarısı boşalmış olurdu.

Evet ama bu son cümlemdeki altı çizilmesi gereken en önemli kelime “üretebilseydik.” Teoriler kağıt üstünde çok güzel durur ama önemli olan onları pratiğe geçirmektir öyle değil mi? Bunu pratiğe geçirebildiğini söyleyen şirketin iddiaları hakkında konuşmadan önce bu videonun sponsoru Cambly hakkında birkaç şey söylemek istiyorum. Çünkü onlar da İngilizce’yi sadece teorik olarak değil pratik olarak da öğrenmenizi sağlayan bir sisteme sahip. Cambly, İngilizcenizi geliştirmek için, ana dili İngilizce eğitmenlerden bire bir online ders alabildiğiniz bir uygulama. Akıcı İngilizce konuşmak, İngilizce mülakatlara-sınavlara hazırlanmak, yurt dışı planlarınızı gerçekleştirmek veya kariyerinizde ilerlemek için bu uygulamayı kullanabilirsiniz. 

Bugünkü videoyu hazırlamak için 1972’de ve 2016’da yazılmış iki bilimsel makaleyi, geçen hafta yapılan bir röportajı ve buna bağlı olarak kaleme alınan bir dergi araştırmasını okudum ve yine geçen ay Japonya’da gerçekleştirilen bir konferansta yapılan konuşmayı dinledim. Sizin de tahmin edebileceğiniz gibi kullandığım tüm bu kaynaklar İngilizce’ydi. Dolayısıyla İngilizce öğrenmenin kendinize yapabileceğiniz en büyük yatırımlardan biri olduğunu rahatlıkla söyleyebilirim. O yüzden hiç ertelemeden, Cambly’nin uygulamasını indirin, istediğiniz gün ve saatlerde derslerinizi düzenleyin ve uygulamanın abonelik seçeneklerini de inceleyerek denemelerinizi yapın. Hoşnut kalırsanız %50 indirimi kullanmak için de açıklamadaki sınırlı sayıdaki indirim kodunu kullanabilirsiniz.

—-

Nerede kalmıştık? “Üretebilseydik” kısmında…

Sonuçta elmas içinde elmastan söz ediyoruz. Tabiki doğadan çıkarılması düşünülmüyor, sentetik olarak laboratuvar ortamında üretilmesi öngörülüyor. Yine de oldukça ilginç bir malzeme bu. Son derece dayanıklı. Peki nerede, nasıl kullanılabilir?

• Büyük miktarda elmas, ışık kırılmasında uzman biri tarafından kullanıldı. 

• İlk lazer ışını bir elmastan üretilmişti…

Bu James Bond filminden alıntı yapıp duruyorum ve konuyla sadece elmaslar seviyesinde bir ilişkisi var ama ilginç bir şekilde senaryo gereği onu kullanma biçimleri bugünkü uygulama alanlarıyla da örtüşüyor. Çünkü bu kadar uzun ömürlü bir pil nerede işimize yarar biliyor musunuz? En başta uzayda. Uydularda ve uzay araçlarında. Aslına bakarsanız şu anda zaten uzay araçlarının çoğunda nükleer enerji kullanılıyor. Örneğin Voyager 1 insanlar tarafından bugüne kadar Dünyadan en uzağa gönderilmiş araç. 1977’de gönderilen bu uzay aracı 42 yıldan daha uzun bir süredir yolculuğuna devam ediyor. Nereden buluyor bu enerjiyi? Üstündeki “radioisotope thermoelectric generator”lerinden. Kısaca RTG’den. 30 Ağustos 2020 itibariyle bunların içinde yakıt olarak kullanılan plutonium-238’in kapasitesi %71.2’ye düştü. RTG yerine bugün sözünü ettiğimiz radyoaktif elmas pilleri ve onun içindeki Karbon-14 izotopu kullanılabilseydi kapasitesi daha %99’a bile düşmezdi. 

Fakat bilimsel olarak bir kavramın mümkün görünmesi, onun hemen üretilebilmesini, ölçeklendirilebilmesini sağlamıyor. İşin teorik çerçevesini çizen Bristol Üniversitesi’deki profesör Tom Scott, Ağustos 2020 itibariyle laboratuvar ortamında dünyanın ilk izotopik olarak saf Karbon-13 elmasını üretebildiklerini ama yeterli güvenlik önlemi alamadıkları için Karbon-14 henüz elmasını üretemediklerini söylüyor. 

Ancak geçen hafta ABD’de kurulmuş bir şirket tam olarak bu yöntemle PoC yaptıklarını iddia etti. Bunu özellikle İngilizce ve kısaltma şeklinde ifade ediyorum çünkü girişimcilik dünyasında tam da böyle kullanılıyor. Bu videoda anlattığım teorinin pratik bir potansiyele sahip olduğunu doğrulamak amacıyla yapılan gösterim demek bu. İşte bu gösterimde girişimciler bunun sadece kalp pili ya da uydu gibi nispeten daha düşük enerji ihtiyaçları dışında cep telefonu ve hatta elektrikli arabalarda bile kullanılabileceğini söyledi. Kurucu ekiple yapılan röportajda şirketin COO’su Sheikh Mohammed Irfan elektrikli araçlar için üretecekleri pilin günümüzdeki araçlarda kullanılandan binlerce dolar daha ucuz olacağını ve 100 yıla yakın bir süre kullanılabileceğini iddia etti. 

Ve tam bu noktada beni kaybetmeye başladı. Çünkü yaptığım araştırmada bugüne kadar üretilebilen elmas pillerinin prototiplerinde hep çok küçük miktarlarda enerji üretilebildiğini gördüm. Üstelik bu bilgiler bile çok da güvenilir olmayan kaynaklardan geliyor. Araştırmalarına güvenebileceğimiz bilim insanları çok daha temkinli açıklamalar yaparken daha önce bu konularda hemen hiç çalışma yapmamış bir grup girişimcinin sözlerine inanmakta güçlük çekiyorum. 

Hele söz konusu olan alan enerji ve piller olunca daha önce sık sık gündeme gelen cold fusion (soğuk füzyon) ve sonsuz döngülü devridaim makineleri gibi hep sözde kalan ama pratikte gerçekleştirilemeyen başka fikirler de aklıma geliyor ve bu konudaki inancım iyice azalıyor. Düşünsenize geçenlerde canlı olarak aktardığım Neuralink demosunda insan kafatasına yerleştirilen bir implantla beyindeki elektrik sinyalleri gerçek zamanlı olarak yakalanabildi ama bu sinyalleri temizleyip cep telefonuna aktarabilen çipin pilini her gün şarj etmek zorunda olacağımızı da öğrendik. Bir tarafta yapay zekayla simbiyotik bir ilişkiye girmeye hazırlanan insan beyni var, diğer tarafta her gün şarj edilmeye muhtaç elektronik cihazlar. Sanki teknolojide iki ayrı dönemi aynı anda yaşıyor gibiyiz. Pil performansı, elektronik ve bilgisayarlardan çok daha yavaş gelişti. Batarya teknolojisinde iyileştirmeler sürekli yapılıyor ama grafikten de görebildiğiniz gibi işlemci, sabit disk ya da hafıza gibi diğer elektronik komponentlere nispeten çok daha yavaş bir gelişme bu. 

22 Eylül 2020’de elektrikli araçlar üreten bir şirket “pil günü” adında bir etkinlik düzenleyecek ve muhtemelen 1 milyon mil kapasiteli pil üretme hedefine ulaştıklarını açıklayacak. Etkinlik davetinde kullandıkları görselden yola çıkarak bunu “silicon nanowires” teknolojisiyle gerçekleştirdiklerini öngörebiliriz. 2007 yılında Stanford Üniversitesi’ndeki araştırmacılar tarafından bulunan bu yöntem Amprius gibi bazı şirketler tarafından uygulanmaya başlandı bile. 

Bugün anlattığım konuda da benzeri bir ilerleme senaryosunu görüyoruz. 2016’da üniversitede yapılan bir araştırma ve 2020’de buna dayalı olarak kurulan bir girişim.  Kimya ve malzeme bilimi konusunda gelişmeler devam ettikçe buna benzer denemelerin sayısı da artacaktır. Ve eğer bir gün binlerce yıl boyunca bu cihazlara enerji verebilecek kadar güçlü bir pil, ticari olarak erişilebilir bir maliyetle ve seri olarak üretilebilirse, işte o zaman kelimenin tam manasıyla elmas değerinde bir icat yapılmış olur. Ve elmaslar gerçekten de ölümsüzdür.