Önceki blog yazılarında endüstriyel medeniyetin fosil enerji sistemi üzerine inşa edildiğinden, fosil yakıtların sınırlılığın endüstriyel medeniyet için temel problem olduğundan ve nükleer enerjinin neden bir çözüm olmadığından bahsetmiştik. Bununla birlikte, fosil yakıtlardan başka enerji kaynaklarına geçiş zaruridir. Mevcut dünya nüfusunun ihtiyaçları göz önüne alındığında sanayi devrimi öncesindeki temel enerji kaynağı olan biyokütleye dönüş imkansız ve arzu edilir olmadığı için medeniyetin önündeki tek çıkış yolu güneş ve rüzgar gibi yenilenebilir enerji kaynaklarıdır. Burada nükleer enerji konusunda olduğu gibi yenilenebilir enerjinin, fosil yakıtların yerine geçmesinin olası olmadığını iddia etmeyeceğiz. Burada ele alacağımız konu yenilenebilir enerji sisteminin güncel küresel enerji tüketiminin tamamını ve daha fazlasını insanlığa sunabileceği ve dolayısıyla fosil yakıtlar sonrası da ekonomik büyümeye sorunsuz şekilde devam edilebileceği iddiasıdır.
Öncelikle yenilenebilir enerji kaynaklarının potansiyelini değerlendirmekle başlayabiliriz. Güneşten dünyaya gelen enerji binlerce terawatt mertebesinde olmasına rağmen elbette her yeri güneş panelleri ile donatmak mümkün olmadığı için bu enerjinin sadece çok küçük bir kısmı kullanılabilir. Coğrafi kısıtlamaları ve güneş enerjisinin elektriğe dönüşümünden kaynaklı kısıtlamaları dikkate aldıktan sonra teknik potansiyel hesaplanır. Aşağıdaki tabloda çeşitli yenilenebilir enerji kaynaklarının teknik potansiyeli görülebilir (Jacobson ve Delucchi, 2011). Esasen önemli olan üç tanesidir: rüzgar, güneş ve hidroelektrik. Günümüzde küresel birincil enerji tüketimi yaklaşık 20 terawatttır (TW). Enerji tüketimi ekonomik büyüme nedeniyle her yıl artmaya devam etmektedir ve artışın büyük bir kısmı fosil yakıtlardan gelmektedir. Hidroelektrik 1.6 TW ile bunun çok altında kalmaktadır ve bu potansiyelin büyük bir kısmı günümüzde kullanılmaktadır. Rüzgar için tahmin edilen 40-85 TW, ve güneş için 340 TW’tır.
Basit coğrafi ve teknik kısıtlamalara ek olarak yenilenebilir enerji sisteminin işletilmesinden kaynaklı kısıtlamalar (örneğin elektriğin depolanması ya da dönüştürülmesi için gerekli harcamalar), yenilenebilir enerji sistemlerinin üretiminde kullanılan minerallerin ve arazinin farklı kullanımlarından kaynaklı kısıtlamalar, ve yenilenebilir enerji sistemlerinin çevresel etkilerinden kaynaklı kısıtlamalar söz konusudur. Bu tür kısıtlamaların da dikkate alınmasıyla ekonomik/sürdürülebilir potansiyel hesaplanır. (de Castro ve ark., 2013) tarafından yapılan bir çalışma bu türden kısıtlamaları da dikkate almasının ve ayrıca güneş enerjisi teknolojileri için daha düşük güç yoğunluğu (birim alan başına üretilen güç) tahminleri nedeniyle yenilenebilir enerjinin çok daha düşük bir potansiyele sahip olduğunu hesaplamaktadır. Aşağıdaki tabloda bu çalışmanın ve literatürdeki diğer bazı çalışmaların ulaştıkları sonuçlar listelenmiştir. Fark edilebileceği gibi çalışmalar arasında kayda değer değişkenlik mevcuttur; Jacobson ve Delucchi’nin 340 TW’lık tahminine karşın de Castro ve ark. güneş enerjisinin potansiyelini 2-4 TW olarak tahmin etmektedir.
Diğer yenilenebilir enerji kaynaklarına ilişkin yapılan teknik potansiyel tahminlerini aşağıdaki tabloda görebilirsiniz (Moriarty ve Honnery, 2012a). Değerler exajoule cinsinden verilmiş ve güncel küresel birincil enerji tüketimi yaklaşık 600 EJ’dür. Rüzgar enerjisi için üst sınırın buna yakın olduğu görülebilir. Genel olarak hidroelektrik hariç bütün yenilenebilir enerji kaynakları için yapılan potansiyel tahminlerinde büyük bir değişkenlik söz konusudur.
Güncel küresel elektrik üretimi yaklaşık 3.2 TW’tır. En düşük teknik potansiyel tahminleriyle bile bunun tamamının yenilenebilir enerji kaynaklarından karşılanması mümkün görünmektedir. Fakat elektriğin toplam enerji tüketimi içerisindeki payı yaklaşık %20’dir. Elektrifikasyon sorunuyla birlikte yenilenebilir enerjinin sürekli artan enerji tüketiminin tamamını karşılaması ilk bakışta göründüğünden daha zordur.
Bu yazıda ele alacağımız ikinci itiraz enerji yatırımının enerji getirisi (EROEI ya da EROI) konseptiyle ilgilidir. EROI en yaygın kullanılan net enerji analizidir ve şu şekilde tanımlanmaktadır: topluma kazandırılan enerji/bu enerjiyi elde etmek için gerekli enerji. Pay ve payda aynı olduğu için EROI bir birime sahip değildir ve örneğin 10:1 gibi bir oran şeklinde ifade edilir. Bunun anlamı belirli bir enerji elde etme biçimi 1 joule enerji yatırımı için 10 joule enerji üretmektedir. EROI oranının yüksek olması arzu edilen durumdur.
EROI’nın önemini anlamak için yüksek-EROI ve düşüş-EROI toplumu karşılaştıran aşağıdaki görsele göz atabiliriz. İki toplumda eşit miktarda enerji üretmektedir, net enerjiyi eşit verimlilikte dönüştürmektedir ve zaruri ihtiyaçları için eşit miktarda enerji kullanmaktadır. Fakat düşük-EROI toplum üretilen enerjinin çok daha büyük bir kısmını bu enerjiyi üretmek için geri yatırmaktadır. Bu yüzden düşüş-EROI toplum zaruri olmayan mal ve hizmetlerin üretimi ve tüketimi için çok daha az enerjiye sahiptir. Bu, düşük EROI toplum için daha düşük maddi refah standartları ve ekonomik büyüme oranları anlamına gelmektedir. Düşük-EROI toplumun bunu telafi etmesinin bir yolu enerji üretimini arttırmaktır.
Net enerji ve EROI arasındaki ilişki lineer değildir. Örneğin 50 EROI’da enerji üretiminin %98’i topluma net enerji olarak kazandırılır, 20 EROI’da %95’i. Net enerji, EROI yaklaşık 5-7 oranından itibaren çok daha hızlı bir şekilde düşmeye başlar. Bu durum “net enerji uçurumu” olarak adlandırılmaktadır.
EROI analizi farklı enerji kaynaklarını karşılaştırmak için işe yarardır fakat yenilenebilir enerji kaynaklarının teknik potansiyel tahminlerinde olduğu gibi çoğu zaman belirli bir enerji kaynağını savunmak ya da yermek amacıyla kullanılır. Bu yüzden literatürdeki meta-analizlere bakmakla yetineceğiz.
Çeşitli enerji kaynaklarının EROI oranları üzerine (Hall ve ark., 2014) tarafından yapılan bir meta-analize göre termal yakıt olarak kullanılan fosil yakıtlar için EROI oranları yenilenebilir enerji kaynaklarına kıyasla daha yüksektir. Petrol ve doğalgaz için ortalama 20:1 ve kömür için 46:1. Fosil yakıtlar aynı zamanda elektrik üretiminde de kullanılabilmektedir ve bu alanda yenilenebilir enerji kaynakları fosil yakıtlara kıyasla biraz daha avantajlı görünmektedir. Rüzgar gücü için EROI oranı ortalama 18:1 ve güneş enerjisi için 10:1. (Kubiszewski ve ark., 2010) tarafından yapılan başka bir meta-analiz de rüzgar enerjisi için benzer bir oran hesaplamaktadır. Bunun sebeplerinden biri yenilenebilir enerji kaynaklarının doğrudan yüksek kaliteli bir enerji taşıyıcısı olan elektrik üretimi yapmalarıdır.
Fosil yakıtlarla ilgili temel problemlerden biri tükenme nedeniyle zaman içerisinde EROI oranlarının düşme eğiliminde olmasıdır. Buna karşın yenilenebilir enerji sistemleri teknoloji olduğu için zaman içerisinde geliştirilebilir. Fakat yenilenebilir enerjiyle ilgili problem sadece elektrik üretilebilmesi ve bu elektriğin değişken olmasıdır. Bu değişkenlikle başa çıkılması ekstra enerji maliyeti anlamına gelmektedir. Buna ek olarak, yenilenebilir enerji sistemlerinin yüksek EROI fosil yakıtlara bağımlı olması durumu karmaşıklaştıran başka bir faktördür çünkü EROI analizlerinde bunu layıkıyla yansıtmak kolay değildir.
Yenilenebilir enerjiyle ilgili bu problemler henüz kendini göstermemektedir çünkü elektrik üretimi içerisinde yenilenebilir enerjinin payı çoğu ülkede oldukça düşüktür. Dolayısıyla bu problemlerin gelecekte yenilenebilir enerji sistemlerinin EROI oranlarını nasıl etkileyeceğini sadece modelleyebiliriz. Söz konusu problemleri analize dahil ederek %100 yenilenebilir enerjiye geçişin elektrik sisteminin EROI oranını nasıl etkileyeceğini modelleyen güncel bir çalışma sistemin EROI oranının 2060’ a kadar 12:1’den 5:1’e düşeceğini hesaplamaktadır (Capellán-Pérez ve ark., 2019).
Ne yazık ki yenilenebilir enerjinin sınırlarıyla ilgili yapılan çalışmaların objektiflik problemi nedeniyle şuan için kesin bir sonuca varmak mümkün değildir. Teorik olarak getirilen eleştirilerin doğru olduğunu biliyoruz fakat bunların gelecekte ne boyutta problem çıkaracağını tahmin etmek zor. Bununla birlikte, bu konuda optimist olan uzmanların bile çoğu yenilenebilir enerji üretiminin mevcut maddi tüketim seviyelerini karşılayacak derecede arttırılmasının imkansız olduğunu düşünmektedir. Aslına bakılırsa bunun arzu edildiği de söylenemez. Sonuç olarak, fosil yakıt zirvesiyle birlikte yenilenebilir enerji kaynaklarının dezavantajlı karakteristikleri gelecekte insanlığa daha düşük bir enerji tüketimi dışında başka bir seçenek bırakmayacaktır (Floyd ve ark., 2020; Moriarty ve Honnery, 2012a).
Referanslar
Capellán-Pérez I., de Castro C., and González, L. J. M. 2019. ‘Dynamic energy return on energy investment (EROI) and material requirements in scenarios of global transition to renewable energies. Energy Strategy Rev., vol. 26.
de Castro, C., Mediavilla, M., Miguel, L.J., Frechoso, F., 2013. Global solar electric potential: a review of their technical and sustainable limits. Renew. Sustain. Energy Rev. 28, 824–835.
Floyd, J.; Alexander, S.; Lenzen, M.; Moriarty, P.; Palmer, G.; Chandra-Shekeran, S.; Foran, B.; Keyßer, L. 2020. Energy descent as a post-carbon transition scenario: How ‘knowledge humility’ reshapes energy futures for post-normal times. Futures. 122, 1025652.
Jacobson, M.Z., Delucchi, M.A., 2011. Providing all global energy with wind, water and solar power, part 1: technologies, energy resources, quantities and areas of infrastructure, and materials. Energy Policy 39, 1154–1169.
Kubiszewski, I., Cleveland, C. & Endres, P. 2010. Meta-analysis of net energy return for wind power systems. Renew. Energy 36, 218–225.
Moriarty, P., Honnery, D., 2012a. What is the global potential for renewable energy? Renew. Sustain. Energy Rev 16, 244–252.
Moriarty, P. & Honnery, D. 2012b. Preparing for a low-energy future. Futures, 44, 883–892.
Aslında güneş ve rüzgar enerjisinin EROI değerinin hesaplanmasının bu enerjiler ile çalışan iş makinelerinin çıkardığı madenlerin, bu enerjiler ile çalışan tesislerde işlenmesi, bu enerjiler ile çalışan araçlar ile rüzgar ve güneş santrallerinin kurulması ile harcanan enerji dikkate alınarak yapılması gerekir. Yani sürecin her noktasında yenilenebilir enerjilerin kullanıldığı bir dünyada EROI değeri ne olacak? Şu anda yenilenebilir enerjiler fosil yakıtlar ile var edilen enerjiler. Kendi başlarına var olabilirler mi belli değil.