Jeotermale giden adımlar

Aktif bir yanardağın kalderasına kenarından bakan herkes, orada saklı bir enerjinin varlığını hisseder. Her defasında sadece bir anlığına bile olsa bu enerjiyi hissederiz. Endonezya’daki Tambora Dağı 1815’te patladığında, 1883 yılında patlayan ondan çok daha meşhur Krakatau patlamasından (Krakatoa)[1] on kat daha güçlüydü ve dünyayı yutacak kadar büyük bir sülfat bulutu ortaya çıkarmıştı. Sıcaklıkları düşürdü ve hava düzenini o kadar bozdu ki geniş çapta bitki kaybı yaşandı ve kıtlık baş gösterdi[2].

Daha yakın bir tarihte, 1980’de ABD’deki St. Helens Yanardağı patladığında 1945’te Hiroshima’ya[3] atılan atom bombasının 1.600 katına eş değer 24 megaton termal enerji açığa çıkardı.

Dünyanın kendi içinde depolanan ısıdan elde edilen jeotermal enerji, gezegenimizin sahip olduğu muazzam enerji depolarından yararlanmak için eşsiz bir fırsat sunuyor. ABD Enerji Bakanlığı (DOE), sadece ABD’nin tüm dünyanın enerji ihtiyaçlarını karşılamak için yeterli olan beş teravatlık inanılmaz bir ısı kaynağına sahip olduğunu tahmin ediyor[4].

Diğer yenilenebilir enerji kaynaklarının aksine jeotermal enerji hem elektrik hem de ısının yanı sıra katma değerli mineral çıkarma potansiyeli de sunuyor. Bir elektrik kaynağı olarak jeotermal enerji; yüksek tesis verimliliği, düşük sera gazı emisyonları ve küçük bir ekolojik ayak izi ile güvenilir üretim sağlar. Uygun şekilde yönetildiğinde, ölçeklenebilir ve düşük işletme maliyetlerine sahip uzun ömürlü ve sürdürülebilir bir enerji kaynağı haline gelir. Doğrudan ısı sağlayarak ısıtma ve soğutma amacıyla verimliliği artırır ve elektrik tüketimini azaltır.

Bu doğal avantajlarına rağmen jeotermal enerjinin gelişimi, kolay erişilebilir kaynaklara sahip bölgelerde bile ilerlemesini engelleyen zorluklarla karşı karşıyadır.

Jeotermal projeler genellikle daha uzun zaman gerektiren proje geliştirme süreçleriyle karşılaşır, ciddi miktarda ön sermaye harcamaları gerektirir ve ilk keşif aşamalarında yüksek riskle karşı karşıyadır[5]. Diğer engellerin başında finansman sorunları, politika ve düzenleyici çerçeveler, kurumsal ve teknik uzmanlık ve teknolojik ilerleme ihtiyacı gelmektedir. Bu zorluklar hem elektrik üretimini hem de ısıtma uygulamalarını etkileyerek jeotermal enerjinin bugüne kadarki tam potansiyelini gerçekleştirmesini engellemiştir.

Öte yandan hem yenilikçi teknoloji hem de daha yaratıcı finansman programları sayesinde durum hızla değişiyor.

Örnek olarak Japonya’yı ele alalım[6]. Fukushima’daki 2011 nükleer kazasından sonra, Hükümet bir sübvansiyon ve şebekeye elektrik satışı tarifesi programı aracılığıyla yenilenebilir enerji için yenilenmiş bir destek programı başlattı. Proje geliştiricilerine tercihli fiyatlar ve uzun vadeli sözleşmeler sunan şebekeye elektrik satışı tarifesi programları, jeotermal kaynaklardan ulusal şebekeye elektrik tedarikini teşvik ediyor. Bu, 45 jeotermal tesiste her biri 2 MWe (megavat elektrik) seviyesine kadar elektrik üreten 60’tan fazla jeotermal tesisin inşasını beraberinde getirmiştir. Bu küçük jeotermal elektrik santrallerini diğer projeler için bir model haline getiren şey; daha düşük risk profilleri ile yatırım gereksinimleri olması ve kapsamlı bir araştırmaya gerek kalmadan çalışmaya başlayabilmeleridir.

Jeotermal enerji nasıl çalışır?

Jeotermal enerji, yer kabuğunda depolanan ısıyı kullanır. Toprağa delik açarak yüzeye çıkarılan sıvılardaki ısıdan elde edilir. Yüzeye çıkan sıvıdaki enerji alınır ve elektriğe dönüştürülür veya doğrudan ısı olarak kullanılır.

Jeotermal enerji, hidrotermal sistemlerin en yaygın olarak geliştirildiği çeşitli derinlik ve sıcaklıklarda bulunabilir. Bu sistemler, geçirgen kayaların derinlerinde dolaşan suyu, ısı iletkeni olarak kullanır.

Jeotermal enerji, üç bantta kategorize edilen sıcaklığına bağlı olarak farklı kullanım olasılıklarına sahiptir: Yüksek (150 °C’nin üzerinde), orta (90-150 °C) ve düşük (90 °C’nin altında).

Yüksek sıcaklık kaynakları, elektrik üretimi için idealdir; orta sıcaklık kaynakları ise yerden ısıtma, endüstriyel süreçler ve tarımsal gıda uygulamaları için kullanılır. Düşük sıcaklık kaynakları, binalarda ve spa ve yüzme havuzları gibi termal uygulamalarda doğrudan ısıtma amacıyla kullanılır[7].

Jeotermal elektrik

Jeotermal enerjinin elektriğe dönüştürülmesinde kullanılan birincil enerji santrali teknolojileri kuru buhar, flaş buhar ve ikili döngüdür[8]. Kuru buhar tesisleri, buharı doğrudan jeotermal rezervuardan çıkarır ve daha sonra elektrik üretmek için bir jeneratörle birlikte bir buhar türbinine yönlendirilir. Egzoz buharı, verimliliği optimize etmek için bir kondansatöre boşaltılır. Daha küçük ünitelerde, geri basınç tesisleri egzoz buharını doğrudan atmosfere salarak daha basit ve daha uygun maliyetli bir çözüm sağlar.

İki fazlı jeotermal sıvıları kullanan flaş buhar teknolojisi, dünya çapında mevcut jeotermal tesislerde en yaygın kullanılan yöntemdir. Bu işlem, buhar bileşenini sıvı bileşenden ayırarak flaş buharlaşma yoluyla jeotermal sıvının daha düşük bir basınçta buharlaştırılmasını içerir. Buhar, elektrik üretmek için jeneratöre bağlı bir türbin üzerinden kabartılır. Buhar egzozu bir kondansatöre boşaltılır veya atmosfere salınır. Ayrılan sıvı bileşenin daha fazla flaş buhara dönüşmesi ile ekstra elektrik üretilebilir.

İkili döngü tesisleri ısıyı jeotermal sıvıdan daha düşük kaynama noktasına sahip ikincil bir çalışma sıvısına aktarır ve kapalı döngü sistemi üzerinden elektrik üretir. İkili tesisler daha düşük sıcaklıklarda çalışabilir ve 70-80 °C’ye kadar düşük jeotermal kaynaklardan elektrik üretebilme avantajına sahiptir.

10 MWe’den daha az elektrik üreten modüler üniteler olan kuyu başı jeneratörleri, jeotermal bir tesisin geliştirme aşamasında erken gelir elde etmek için cazip bir çözüm sunar. Mevcut kuyulardan yararlanarak yatırım geri dönüş süresini kısaltır ve daha büyük ölçekli elektrik santrallerine göre daha kısa boru hatları ve daha kısa kurulum süreleri gibi avantajlara sahiptir.

Gelişmekte olan ülkeler için muazzam bir fırsat

Gelişmekte olan ülkeler de dahil 80’in üzerinde ülke halihazırda önemli jeotermal enerji üreticileridir. 2022 yılında Endonezya, 2.356 MW ile dünyanın en büyük ikinci üreticisi oldu ve ardından Filipinler (1.935 MW), Türkiye (1.682 MW), Meksika (963 MW) ve Kenya (944 MW) sıralamada yerini aldı[9]. Bu ülkelerden bazıları şimdi daha fazla yatırım çekmek ve jeotermal enerjinin genişleme hızını artırmak için finansal çerçevelerini yeniden yapılandırıyor.

Gelişmekte olan bu ekonomiler jeotermal enerjinin potansiyelinin farkına varmış ve enerji karışımlarındaki paylarını artırmak için iddialı hedefler benimsemişlerdir. Elektrik üretimi için büyük ölçüde kömüre bağımlı olan Endonezya, 2025 yılına kadar enerjisinin %23’ünü yenilenebilir kaynaklardan üretmeyi hedefliyor. Bu hedefi desteklemek için Hükümet, devlete ait bir jeotermal geliştiricisi olan Pertamina Geothermal Energy’ye (PGE) önemli bir sermaye harcaması ödeneği ayırmıştır. PGE, 2023 yılında 250 milyon ABD doları alması ve bu fonun 2027 yılına kadar 1,6 milyar ABD dolarına ulaşması bekleniyor. Bu yatırım, PGE’nin jeotermal kapasitesini yaklaşık 700 MW’tan 1.300 MW’a çıkarmasını sağlayacak[10].

Endonezya, yatırım çekmek için yabancı şirketlerle aktif olarak ortaklıklar kurmaya çalışıyor. Örneğin Mitsubishi Power, Japonya’nın Uluslararası İş Birliği Ajansı’nın desteğiyle Lumut Balai Unit 2 istasyonunda 55 MW’lık bir santral inşa etmek için PGE ile ortaklık kurdu.

PGE ve İtalyan Exergy, jeotermalin ülkede ortak çalışmalarla nasıl geliştirilebileceğini incelemek için bir mutabakat bildirgesi imzaladı[11]. İtalya, dünyanın sekizinci büyük jeotermal üreticisidir.

Bunun yanı sıra Endonezya, PGE’nin ilk halka arzında hisse satın alarak, ilk jeotermal yatırımını gerçekleştiren Masdar gibi BAE şirketleriyle de ortaklıklar kuruyor.

Filipinler ayrıca, 2040 yılına kadar enerji karmasının %50’sini oluşturan yenilenebilir enerji hedefine ulaşmaya çalışırken jeotermal enerjiden de yararlanmayı amaçlıyor[12]. Ülke bu dönemde jeotermal kapasitesini %75 artırmayı planlıyor ve şu anda sektörün gelişimini desteklemek için politikalar oluşturuyor. Örneğin, yerel bir holding olan SM Investments’ın sahibi olduğu Filipin Jeotermal Üretim Şirketi, 250-400 MW kapasite ekleyecek beş yeni jeotermal proje geliştirme planını duyurdu. Hükümet, yabancı yatırımı çekmek için yerel mülkiyet gerekliliğini kaldırmış ve yabancı şirketlerin bu varlıkların %100 mülkiyetini elinde tutmasına olanak tanımıştır.

Kenya sadece Afrika’nın ilk jeotermal enerji santralini kurmakla kalmadı aynı zamanda 2020-2021 yılları arasında elektriğinin %48’ini jeotermal kaynaklardan üretti. Yani bir bakıma yola devam diyorlar. Ülke, iddialı yeşil proje hedefleri belirledi ve 944 MW olan mevcut jeotermal kapasitesini 2030 yılına kadar 1.600 MW ve 2037 yılına kadar 10.000 MW’a çıkararak 10’a katlamayı hedefliyor[13].

Endonezya gibi bu ülke de yabancı yatırımcı ve know-how istiyor. Mart 2023’te İtalya-Kenya Jeotermal İş ve Yatırım Forumu’na ev sahipliği yaparak Avustralyalı yenilenebilir enerji şirketi Fortescue Future Industries ve bağımsız enerji üreticisi Globeleq ile yeşil enerji ve üretime yatırım yapmak üzere anlaşmalar imzaladı. Bu planlar, Naivasha’da jeotermal kaynakların güç sağlayacağı 300 MW’lık bir yeşil enerji ve gübre tesisini içermektedir[14].

Mali sorunların üstesinden gelme

Bu girişimler son derece cesaret verici olsa da maliyet sorunu, bugüne kadar jeotermal enerjinin gelişimini engelleyen temel faktörlerden biri olarak karşımıza çıkar. Kendiniz finansman sağlayamıyorsanız bu sürece uzun vadeli olarak katılmak isteyen yatırımcıları çekecek ve onlara güvence verecek finansal yapıları oluşturmanız gerekir. Jeotermal projelerin, emeklilik fonu gibi geleneksel bir yatırım kuruluşunun portföyüne makul bir şekilde girebilecek bir varlık sınıfı haline gelmesi gerekir.

Bu, diğerlerinin yanı sıra dünya genelindeki jeotermal üreticiler arasında bilgi paylaşımı ve koordinasyonu başlatmak için Global Jeotermal İttifak adı verilen bir platform oluşturan Uluslararası Yenilenebilir Enerji Ajansı (IRENA) tarafından tanınmaktadır.

En son raporu olan Jeotermal pazar ve teknoloji değerlendirmesi[15], jeotermal projelerin önemli ön sermaye gerektirdiğini ve farklı bir yatırım profili ortaya koyan doğal riskler içerdiğini belirtmektedir. Geliştirme aşamasında finansman sağlamak istendiğinde, 15 ila 25 yıl arasında değişen uzun vadeli enerji satın alma anlaşmaları (PPA) yapmak alışılagelmiş bir durumdur.

Bu durumu iyileştirmek için Hükümet düzeyinde kullanılabilecek önlemlerin, jeotermal enerjiyi diğer kaynaklar ve doğrudan sübvansiyonlarla birlikte daha rekabetçi hale getirecek vergi indirimlerinin ve muafiyetlerinin, ekipman sermaye harcamalarının yanı sıra işletme giderlerini de kapsaması gerekir. Japonya’nın gösterdiği gibi tarife garantileri (FiT), jeotermal proje geliştiricilerine tercihli fiyatlar ve uzun vadeli sözleşmeler sunarak jeotermal ve diğer enerji kaynakları arasındaki maliyet farkını kapatmanın bir başka yoludur.

Özellikle jeotermal projelerin depremleri tetiklediği nadir durumlar var olduğu için risk yönetimi bir diğer önemli faktördür. Örneğin, 2017 yılında Güney Kore’deki bir tesis 5,5 büyüklüğünde bir depremi harekete geçirdi[16]. Bu nedenle, keşif sondajı ve kuyu verimliliğinin azalması sırasındaki yüzey altı riskleri de dahil olmak üzere jeotermal projelerle ilgili belirsizlikleri ve riskleri ele alan risk azaltma, garanti ve sigorta programlarına ihtiyaç vardır. Jeotermal projelerin karbon emisyonlarını düşürmeye yaptığı katkı, karbon kredileri satarak karbon pazarı aracılığıyla bir gelir kaynağı yaratabilir.

Teknolojik gelişmeler

Jeotermal gücün sınırlamalarından biri, Pasifik Okyanusu’nu çevreleyen “Ateş Halkası”[17] adı verilen plakalar gibi tektonik plakaların yakınındaki volkanik bölgeler veya alanların yanı sıra dünyanın çekirdeğindeki mevcut çatlakların yüzeye yakın noktalarda buhar oluşmasına izin verdiği Akdeniz ve Doğu Afrika fay hatları ile sınırlı olmasıdır.

Benzer hususlar, şimdiye kadar en güçlü jeotermal enerji kaynaklarından biri olan geliştirilmiş jeotermal sistemlerin (EGS) sınırlı bir şekilde geliştirilmesine neden olmuştur. EGS, çevredeki kayanın düşük geçirgenliği nedeniyle genellikle ekonomik olarak uygulanabilir olmayan daha derinlerde saklı jeotermal kaynakları kullanır. EGS’de derin kayaları kırmak için yüksek hızlardaki sıvılar yere enjekte edilir (“hidrolik kırma” olarak bilinir), suyun erişilebilir derinliklere ve tortulara ulaşması için yollar oluşturarak geçirgenlik sınırlarını aşar. Artı tarafı, altında ısı olan her yüzeyde EGS’nin jeotermal enerjiyle güç üretebilecek olmasıdır. Eksi tarafıysa maliyetli olmasıdır.

Tüm bunlar, bir ABD jeotermal girişimi olan Quaise Energy[18] tarafından geliştirilen sondaj teknolojisi ile değişmek üzere olabilir. Quaise Energy’nin sistemi, tipik olarak nükleer füzyon araştırmalarında kullanılan mevcut jirotron teknolojisini yeniden kullanarak, 400 °C’yi (752 °F) aşan sıcaklıklara sahip süper derin jeotermal enerji kaynaklarından faydalanarak yüzeyin 19,3 km altına kadar delmeyi mümkün kılar. Bu çığır açan teknoloji, hidrolik kırma ihtiyacını ortadan kaldırarak diğer jeotermal sistemlerle ilişkili deprem potansiyelini ortadan kaldırır. Dahası, Quaise’nin sondaj tekniğinin hızlı ve verimli olması bekleniyor ve mevcut 1 MW jirotronları kullanarak 100 gün içinde sondaj deliklerini tamamlamayı hedefliyor.

Quaise Energy, sondaj teknolojisinin geliştirilmesi için iddialı hedefler belirliyor. Bu sistemi 2024 yılına kadar sahada tanıtmayı, ardından 2026 yılında buhar ekstraksiyonunu ve 2028 yılına kadar da ticarileştirmeyi planlamaktadır. Megavat saat başına 20 ABD doları ile 40 ABD doları arasında bir elektrik maliyeti (LCOE) elde etmeyi amaçlamaktadır. Bu, jeotermal enerjiyi en rekabetçi rüzgar ve güneş enerjisi fiyatlarıyla doğrudan rekabete sokarak ekonomik olarak uygulanabilir ve çevre dostu bir enerji seçeneği haline getirecektir. Quaise Technology’nin yaklaşımı, daha derine inme ve daha yüksek sıcaklıktaki jeotermal kaynaklara erişme kabiliyeti sayesinde, tektonik etkinlikleri ne olursa olsun, jeotermal gücü tüm dünya için erişilebilir kılabilir.

Fosil yakıt teknolojisinin geleceği

Jeotermal enerjinin bir başka avantajı da fosil yakıt endüstrisinin hem altyapısını hem de yeraltı keşif deneyimini “yeniden kullanabilmesidir”. Örneğin Quaise Energy, kömürle çalışan kullanım dışı kalmış elektrik santrallerini kapasitelerinden ve şebeke bağlantılarından yararlanarak jeotermal baz yük merkezlerine dönüştürmeyi planlıyor. Kullanım dışı kalmış hidrokarbon alanlarının yeniden kullanılması, jeotermal enerji üretimi için bir başka yoldur. Örneğin Hindistan’ın Cairn Oil & Gas şirketi, Rajasthan tesislerinde jeotermal enerji üretmek için Baker Hughes ile bir anlaşma imzaladı[19].

Pillerden daha iyi

Araştırmalar, EGS teknolojisinin güneş ve rüzgar kaynaklarından gelen fazla enerjiyi lityum iyon pillerden daha etkili bir şekilde depolama potansiyeline sahip olduğunu göstermektedir[20]. Örneğin, Princeton Üniversitesi ve ileri jeotermal geliştirici Fervo Energy arasındaki bir iş birliği, gelişmiş jeotermal rezervuarların fazla enerjiyi, sıcak su veya buhar şeklinde depolayabildiğini göstermiştir. Depolanan bu ısı daha sonra yenilenebilir kaynaklar mevcut olmadığı zamanlarda elektrik üretmek için kullanılabilir. Jeotermal rezervuarların depolama kapasitesi, inşaat sırasında ekstra maliyete neden olmadığı için ek bir fayda sağlar. Bu atılım, yeni nesil jeotermal tesislerin geleneksel baz yüklü işletme modelinden ayrılmasını ve rüzgar ve güneş enerjisi sağlayıcıları için önemli bir değer sağlamasını ve böylece üç yenilenebilir teknolojinin de desteklenmesini sağlayabilir.

Hem finansman hem de teknolojideki gelişmelere bakıldığında jeotermal enerjinin geleceğinin güçlü olacağı açıktır. Her ne kadar zorluklarla karşı karşıya olsa da gelişimindeki ivme ve yatırımlar giderek artıyor ve bu da ilerleme kaydedildiğini gösteriyor.

2021 itibarıyla, küresel jeotermal enerji üretimi 16 gigavata (GW) ulaştı. Bu, dünyanın en büyük hidroelektrik tesisi olan ve 22,5 GW’a kadar üretebilen Three Gorges Dam’ın etkileyici kapasitesi ile karşılaştırıldığında mütevazı görünebilir, ancak jeotermal enerjinin yalnızca gerçekleştirilmekte olan muazzam bir el değmemiş potansiyele sahip olduğuna inanıyorum.

Devam eden çabalar ve yatırımlarla, jeotermal enerji etki alanını genişletme ve küresel enerji karışımına önemli ölçüde katkıda bulunma fırsatına sahiptir. Hala çözülmesi gereken zorluklara karşın dünya çapındaki projelerin sürekli büyümesi, jeotermal enerjinin güvenilir ve yenilenebilir enerji kaynağı olarak faydalarının giderek daha fazla takdir edildiğini göstermektedir. Jeotermal enerji, Dünya’nın doğal ısısından yararlanarak gezegenimiz için sürdürülebilir ve düşük karbonlu bir geleceğe ulaşmada hayati bir rol oynayabilir.

[1]   Tambora patlaması, 1450 km uzaklıktaki Krakatau patlamasından on kat daha güçlü olmasına rağmen kısmen o dönemde haberlerin yavaş yayılmasından dolayı daha az bilinir. 1883 yılında gerçekleşen Krakatau patlaması haberlerin hızla yayılmasını sağlayan telgrafın icadından sonra meydana gelmişti.

[2]   https://experts.illinois.edu/en/publications/itamborai-ithe-eruption-that-changed-the-worldi#:~:text=When%20Indonesia’s%20Mount%20Tambora%20erupted,for%20more%20than%20three%20years

[3]   https://pubs.usgs.gov/fs/2000/fs036-00/

[4]   https://www.energy.gov/articles/doe-launches-new-energy-earthshot-slash-cost-geothermal-power

[5] https://www.irena.org/Publications/2023/Feb/Global-geothermal-market-and-technology-assessment

[6] https://www.irena.org/Publications/2023/Feb/Global-geothermal-market-and-technology-assessment, sayfa 32

[7] https://www.irena.org/Publications/2023/Feb/Global-geothermal-market-and-technology-assessment, sayfa 14

[8] https://www.irena.org/Publications/2023/Feb/Global-geothermal-market-and-technology-assessment, sayfa 16

[9] https://oxfordbusinessgroup.com/articles-interviews/how-tech-can-unlock-geothermal-energy-in-emerging-markets/

[10] https://oxfordbusinessgroup.com/articles-interviews/how-tech-can-unlock-geothermal-energy-in-emerging-markets/

[11] https://oxfordbusinessgroup.com/articles-interviews/how-tech-can-unlock-geothermal-energy-in-emerging-markets/

[12] https://oxfordbusinessgroup.com/articles-interviews/how-tech-can-unlock-geothermal-energy-in-emerging-markets/

[13] https://oxfordbusinessgroup.com/articles-interviews/how-tech-can-unlock-geothermal-energy-in-emerging-markets/

[14] https://oxfordbusinessgroup.com/articles-interviews/how-tech-can-unlock-geothermal-energy-in-emerging-markets/

[15] https://www.irena.org/Publications/2023/Feb/Global-geothermal-market-and-technology-assessment

[16] https://www.rff.org/publications/explainers/geothermal-energy-101/

[17] https://education.nationalgeographic.org/resource/plate-tectonics-ring-fire/

[18] https://www.energymonitor.ai/tech/geothermal-can-provide-half-the-worlds-energy-quaise-energy-ceo/

[19] https://oxfordbusinessgroup.com/articles-interviews/how-tech-can-unlock-geothermal-energy-in-emerging-markets/

[20] https://www.weforum.org/agenda/2022/11/geothermal-renewable-energy-storage/