Bundan tam 40 yıl önce, Terminatör filminin bu sahnelerini izleyip hepimiz merak ettik: Nasıl olur da gelecekten gelen bir robotun, görevi sırasında pili hiç bitmez? Düşünsenize… Bir zaman makinesi yapıyorsunuz ve dinozorları görmek için heyecanla geçmişe doğru yolculuk ediyorsunuz. Gezdiniz gördünüz geri döneceksiniz. Ama o da ne? E aletin şarjı bitmiş! Tamam şarj etmek için bir prize takmamız lazım. Ama bir dakika… Nereye takıcaz? 🙂
Tabii böylesine gelişmiş bir teknoloji, beraberinde diğerlerini de getiriyor. İşte şimdi size böyle bir teknolojiden bahsedeceğim. Çinli Betavolt şirketi, sadece pul büyüklüğünde olan ama 50 yıl boyunca aralıksız çalışabilen bir pil geliştirdiklerini duyurdu. Evet şaka değil. 50 yıl boyunca hiç şarj etmeden. Üstelik bu sadece 1.5 santimetreye 1.5 santimetre boyutunda ve sadece yarım santimetre kalınlıkta. Küçücük, şu kadar.
Düşünsenize telefonları her gün şarja takıyoruz. Yetmiyor bir de şimdi saati var, bluetooth kulaklığı var, osu var busu var… Sürekli bir şeyleri şarj ediyoruz! Ortalık kablo doluyor. Bunları şarj etme gibi bir zorunluluğun hayatımızdan çıktığını düşünün. Daha da önemlisi kalp pilleri gibi medikal cihazlar aslında. Bunların belirli aralıklarla yenilenmesi gerektiği için tekrar tekrar ameliyat olmak gerekiyor. Bunun bir daha asla gerekmediğini düşünün. İşte Betavolt, bu hayalin peşinde.
Nerde kalmıştık. Hah… Betavolt’un hedeflerinden bahsediyordum. Ama önce adının hakkını veren bu Betavolt’un neden bu kadar özel olduğunu konuşalım. Bunlar bildiğimiz lityum-iyon piller gibi kimyasal temelli çalışmıyorlar. Bu piller nükleer… Evet cebinizdeki ufak bir nükleer santral gibi. Ama tam olarak da öyle değil!
Bildiğimiz nükleer santraller çoğunlukla Uranyum gibi radyoaktif bir elementten faydalanıyor. Bir nükleer reaktörün işlemesi için temelde üç basamak var: Yakıt, yavaşlatıcı ve kontrol çubuğu. Aslında nükleer reaktör, çok gelişmiş fizik kullanan bir buharlı elektrik üreteci. Çünkü nükleer fisyon aracılığıyla elde edilen ısıyla buhar elde ediyor ve bu buharla da türbinleri döndürerek elektrik üretiyor. Fakat işin nükleer kısmı bizi ilgilendiren kısım. Bu sürecin kontrollü bir süreçte işlemesi için, Uranyum işlenerek önce böyle pelletlere dönüştürülüyor. Bu pelletler de bir araya gelerek bir yakıt çubuğu oluşturuyor. Sonra bu yakıt çubukları da bir araya getirilerek öbekler oluşturuluyor. Nihayetinde bu öbekler de bir reaktörün çekirdeğinde bir araya getiriliyor.
Çekirdekteki radyoaktif element fisyon geçirerek daha küçük atomlara parçalandığında birkaç tane nötron ve bir miktar enerji açığa çıkarıyor. Fisyonun gerçekleşmesi için de nötronların enerjisinin belirli bir termal enerji düzeyinde olması gerekiyor. Fakat oluşan bu nötronlar çok daha yüksek enerjiye sahipler. Bu noktada yavaşlatıcı ortam, yani moderator devreye giriyor ve nötronları termal enerji seviyesine yavaşlatıyor. Böylelikle nötronlar fisyon yapabilir hale gelerek zincir reaksiyonu başlatıyor. Aynı zamanda bu kontrol çubukları da benzer bir göreve sahip. Bunlar aslında bir bariyer görevi görüyor. Yukarı aşağıya hareket ederek reaksiyonun hızını ayarlamayı mümkün kılıyor.
Kontrollü zincir reaksiyon sağlandığında da en sonunda çekirdeğin parçalanması sonucu açığa çıkan enerji suyu ısıtarak buhara dönüştürüyor. Ve bu buhar da türbinleri döndürerek elektrik enerjisi üretiyor. Uranyumun bozunumundan geriye kalan ise yine uzun yıllar boyunca bozunmaya devam eden radyoaktif atıklar oluyor. Bunlar çevreye binlerce yıl boyunca zarar verebileceğinden, yerin kilometrelerce altında, gözetim altında tutulan yerlerde saklanıyor. İşte nükleer enerjinin de en büyük problemi, ne yazık ki bu tehlikeli atık problemi.
Tabii tüm bunları, alıp bir pul boyutuna sıkıştırmamız mümkün görünmüyor 🙂 Üstelik bir de atık sorunu var. Yani hiçbirimiz telefonumuzun ya da kalp pilimizin vücudumuza radyasyon sızdırmasını istemeyiz. Peki ya bu tehlikeyi ortadan kaldıracak bir çözümümüz olsaydı?
İşte Betavolt’un yaptığı şey de tam olarak bu. Hatta sırrı adında saklı diyebiliriz. Betavolt’un geliştirdiği bu pil, beta radyasyonundan faydalanarak voltaj, yani elektrik üretiyor. Beta… Volt… Uranyum yerine, Nikel-63’ü enerji kaynağı olarak kullanıyor. Ortaya yüksek enerjide nötronlar çıkarmak yerine, elektronlar çıkarıyor. Bunların madde içerisinde katedebileceği yol, yani penetrasyonu çok daha az. Koca bir su havuzuyla yavaşlatmak gerekmiyor.
Nikel-63, bozunuma uğradığında beta radyasyonu ya da diğer adıyla bir beta parçacığı yayınlıyor. Böyle beta parçacığı gibi fiyakalı bir isim verildiğine aldanmayın, dediğim gibi bildiğimiz elektron bu aslında. Fakat yeterince enerjik bir elektron. Tek-kristalli elmastan özel olarak geliştirdikleri bir yarıiletken, yalnızca 2 mikrometre kalınlığındaki Nikel-63’ü bir tost gibi kapatıyor. Böylelikle Nikel-63’ten yayınlanan bu beta radyasyonu, yani elektronlar, bu yarıiletken tarafından yakalanıp elektrik enerjisine dönüştürülüyor. Böylelikle dışarıya da hiçbir radyasyon sızmamış oluyor.
Yani nükleer reaktörlerdeki gibi bir zincir reaksiyona ihtiyaç duymuyor. Kontrol edilmesine de hiç gerek yok. Kendi başına çalışıyor. Ayrıca kimyasal piller gibi tekrar şarj etmemiz de gerekmiyor. 50 yıllık ömrü boyunca düzenli olarak enerji üretmeye devam ediyor. Üstelik enerji yoğunluğu, günümüzde kullandığımız benzer boyutlardaki lityum iyon pillere kıyasla 10 kat daha fazla. Şu anda sadece 100 microwatt güce sahip ve 3 Volt elektrik verebiliyor. Fakat modüler tasarımı nedeniyle bunlardan birçoğunu bir araya getirip, daha büyük uygulamalarda kullanmak mümkün. Ayrıca Betavolt, 2025’e kadar 1 Wattlık bir ürün de hedeflediklerini duyurdu.
Fakat belki de en ve en önemlisi… Nükleer reaktörlerdeki gibi kullanıldıktan sonra bir atık üretmemesi. Nikel-63, beta bozunumu geçirdikten sonra bakırın zararsız bir formuna dönüşüyor. Elbette bu ufak piller, nükleer reaktörlerin yerini almayacak. Fakat nükleer enerjiyi hem daha etkili hem de daha temiz bir şekilde kullanabilmemiz açısından bu önemli bir adım.
Nükleer enerjiyi uzun yıllardır uzay araçlarında da kullanıyoruz. Şu anda Dünya’dan en uzağa gönderilmiş uzay aracı olan Voyager-1, 1977’den beri çalışıyor. Güneş’ten bu kadar uzaktayken bu enerji nereden geliyor? RTG, yani radioisotope thermoelectric generators. Yani nükleer batarya 🙂 Voyager-1’in serüveninin 2025’e, RTG artık yeterince enerji sağlamayacak düzeye gelene kadar devam etmesi hedefleniyordu. Fakat 2023 Aralık ayında NASA, aracın bilimsel veri gönderiminin kesildiğini duyurdu. Görevine devam edip edemeyeceği şu anda meçhul.
Peki Betavolt’un geliştirdiği pillerle neler yapılabilir? Bir kere ufak olmaları en büyük avantaj. Haliyle aklımıza hemen gündelik hayatta kullanılan telefon, kulaklık, hatta kalp pili gibi sağlık cihazları gelse de bu teknolojiyi kovalamanın arkasında başka hedefler de var. Birçok ülke uzun zamandır böyle bir teknolojinin peşinde. 2022’de Avustralya’lı PhosEnergy şirketine, Savunma Bakanlığı için ultra-uzun ömürlü piller geliştirilmesi amacıyla 2.4 milyon dolar ödenek verilmişti. Neden mi? Bir düşünün bakalım son zamanlarda askeri teknolojilerde popüler olan ne var?
Onu demiyorum canım! 🙂 Bizlerin bile kullandığı batarya ile çalışan bir aygıt var, hatta çok güzel manzaralar çekiyoruz. Dronlar… Eğer daha önce drone kullandıysanız biliyorsunuzdur, bataryaları çok çabuk biter. Özellikle hava soğuksa… Ortalama 15 dakika kadardır, sonra yedek bataryayı takarsınız. Dolayısıyla gidebilecekleri menzil de kısıtlıdır. Oysa Betavolt kimyasal bir süreçle çalışmadığı için çok soğukta bile normal bir şekilde çalışmaya devam edebiliyor. Eğer sürekli olarak bir alanı taramak, oradan veriler toplamak, hareketlilik var mı diye kontrol etmek istiyorsanız, dronları kullanmak pek makul değil. Pekiii… Ya dronlar hiç yere inmeden, yıllarca gökyüzünde kalabilseydi nasıl olurdu? Sanırım artık neden bu teknolojinin bu kadar öncelik kazandığını anlatmama gerek yok.
Böyle atılımların Çin’den geliyor olması da ortamda bir soğuk savaş esintisi yaratıyor. Tabii öte yandan, bu tür haberlerin bir de artık algı boyutu var. Bu haber henüz çok daha yeni, dolayısıyla bunun ne kadar iyi bir şekilde pratiğe dökülebileceğini henüz bilmiyoruz. Bazen bu tür haberler, bir göz korkutma aracı da olabiliyor…
Geleceği öngörmek çok zor. Değil 50 yıl öncesini, 20 yıl önce böyle telefonlarımız olacak deseydik kaç kişi inanırdı… Haliyle 10 yıl sonra telefonları bir daha şarj etmeyeceğiz derseniz… Neden olmasın ki derim. Çünkü bir şeyden çok eminim. O da enerji konusunda atılımların her zaman önemli olacağı. Böyle bir şey bugün yapılamasa bile, yarın bir gün bir benzeri muhakkak yapılacak.
Meşhur Kardashev ölçeğini hatırlayalım. Evrendeki bir medeniyetin seviyesini, o medeniyetin kullandığı enerji miktarıyla tanımlıyordu bu ölçek. Bu ölçeğe göre Tip I uygarlıklar bizim gibi kendi gezegenlerindeki enerjiyi hasat edebilen uygarlıklar olarak sınıflandırılıyor. Su kaynaklarına barajlar kurarak bunlardan enerji elde eden, kömür çıkarıp buharlı makineler geliştiren… Tip II uygarlıklar, kendi yıldızlarının enerjisini doğrudan kullanabilen uygarlıklar. Örneğin daha önce de ayrıca anlattığım, yıldızın etrafına inşa edilen şu devasa Dyson küreleri aracılığıyla enerji hasat edebilen uygarlıklar. Tip III uygarlık ise bütün galaksideki enerji kaynaklarını kullanabilen uygarlıklar. Yani bizim gezegen üzerinin farklı yerlerine açtığımız madenlerimiz gibi, onların yıldızları, karadelikleri bu iş için kullanması.
Enerji açısından Kardashev ölçeğinde Tip I uygarlık 10^16 Watt’lık bir enerjiye karşılık geliyor. Bunu 1 birim kabul edecek olursak, Tip II bir uygarlık bundan 10 milyar kat daha fazla enerji hasat edebiliyor olmalı. Yani 10^26 Watt. Tip III bir uygarlık ise ondan da 100 milyar kat fazla, yani 10^37 Watt enerji hasat edebiliyor olmalı. Böyle bir uygarlıkla şu anda aramızda 10^21 kat bir fark var demek bu. Bu enerji seviyesine nasıl ulaşacağız?
İşte tam olarak bu yüzden enerji her zaman sıcak bir konu olacak. Bundan 100 sene 1000 sene sonra yaşayan insanlar da daha etkili ve güvenli enerji üretmenin yollarını düşünecekler. Daha küçük piller geliştirmeye çalışacaklar. Daha uzun ömürlü, bitmek bilmeyen piller. Çünkü enerji, evrenin çok temel bir özelliği. Ve ne kadar çok enerji, o kadar çok güç demek. Tabii doğru kullanıldığında…