Yıldırım enerjisinin kullanılabilirliğine değinmeden önce yıldırımın nasıl oluştuğuna bir bakalım.

Yıldırımın oluşumu, fırtına bulutları (kümülonimbüs) içinde meydana gelen elektrik yüklerinin ayrılması ile başlar. Öncelikle fırtına bulutlarında yükselen sıcak hava ve alçalan soğuk hava akımları, su damlacıkları, buz kristalleri ve dolu taneleri arasında çarpışmalara neden olur. Bu çarpışmalar bulut içinde yüklerin ayrılmasına sebep olur; negatif yükler bulutun alt kısmında, pozitif yükler ise üst kısmında toplanır.



Elektrik yüklerinin ayrılması sonucunda bulut içinde güçlü bir elektrik alan oluşur. Elektrik alan belirli bir eşik değeri aştığında havanın yalıtkanlığı kırılır. Bu noktada, elektrik alanın etkisiyle hava iyonize olmaya başlar ve iyonize hava kanalları oluşur. İyonize hava kanalları, elektrik boşalmasını gerçekleştirmek için gerekli yolu sağlar. Bu kanallar, atmosferdeki negatif yüklerin buluttan yere doğru hareket etmesine imkân tanır. Negatif iyonize hava kanalları, bulut içinde veya bulut ile yer arasında ilerler ve yıldırımın boşalmasını başlatır. Bulut ile yer arasındaki elektriksel fark yeterince büyük olduğunda, bir negatif iyonize hava kanalı bulutun alt kısmından yere doğru hareket etmeye başlar. Yerin yüzeyinde ise pozitif yükler toplanır ve bunlar pozitif iyonize hava kanallarını oluşturur. Negatif iyonize hava kanallarının yere doğru hareket ettiği sırada, yükselen pozitif karşıt bir boşalma ile birleşir ve ana yıldırım çakmasını meydana getirir. Bu elektriksel boşalma, iyonize hava kanallarından geçerek büyük bir enerji akışı yaratır ve atmosferdeki elektrik yüklerinin dengelenmesini sağlar.

Atmosferdeki elektrik yüklerinin dengelenmesi çok hızlı gerçekleşen ve çok güçlü bir doğa olayıdır. Çevremizdeki araçlara, ağaçlara ve binalara düştüğünde bıraktığı hasar oldukça büyüktür. Bu hasarlardan korunmak adına binalara, cami minareleri gibi yüksek yapılara paratonerler yerleştirilerek yıldırımın oraya çarpması ve direkt olarak toprağa iletilmesi sağlanmaktadır. Peki buna benzer bir yapının enerjiyi toprağa iletmek yerine depolayarak daha sonra kullanılabilir bir hale getirmesi mümkün mü?

Yıldırım enerjisi, yüksek voltaj ve akım içeren ani elektrik deşarjlarıdır. Her ne kadar teoride yüksek bir enerji taşıyor olsa da pratikte bu enerjiyi kullanılabilir hale getirmek çeşitli zorluklar içermektedir.

Bu zorluklara değinecek olursak öncelikle yıldırım çarpması sonucunda ortaya çıkan enerji yaklaşık olarak 5 milyar joule büyüklüğündedir. Aslında enerjinin büyük oluşu insanların bundan faydalanma talebini anlamlı kılmaktadır fakat bu enerji saniyeler içerisinde açığa çıkmaktadır.

Yıldırımların voltajı milyonlarca volt, akımı ise on binlerce amperdir. Bu denli yüksek enerji yoğunluğunu çok kısa süreler içerisinde yakalayıp depolayacak sistemlerin tasarımı ve inşası oldukça zordur. Aynı zamanda yıldırımın yüksek enerjisi ve ani oluşundan dolayı enerjinin depolanmasında sıkıntılarla karşılaşılması kaçınılmazdır. Kapasitörler ve bataryalar gibi günümüzde yaygın olarak kullanılan depolama sistemlerinin mevcut enerji depolama kapasitesi bu denli yüksek enerjiler için yetersiz kalacaktır.

Bunlara ek olarak teorideki yıldırım enerjisini yakalama ve depolama fikrinde kullanılacak sistemler ani güç dalgalanmaları sebebiyle ciddi hasarlar alacaktır ve verimli bir kullanım sunmayacaktır. Bu zorlukların yanında süreklilik de başlı başına bir sorundur. Yıldırım rastgele oluşan öngörülemez bir doğa olayıdır. Dünyada her saniyede ortalama 100 yıldırım oluşumu mevcuttur. Fakat nerede ve ne sıklıkta olacağını ön görmek şu anki teknolojiyle mümkün değildir. Bu durum da sürekli ve güvenilir bir enerji kaynağı olmadığının göstergesidir.



 

Böylesine büyük bir enerji kaynağını kullanma fikri tahmin edersiniz ki yeni değildir. Geçmişte bu konuda çeşitli girişimler ve patentler ortaya atılmıştır. Bu kapsamda 2014 yılında alınan US20140042987A1 numaralı patent, yıldırım enerjisini yakalayıp depolamayı amaçlayan bir sistemi tanımlamaktadır.



Sitem: yıldırım çubuğu (paratoner), iletken kablolar, enerji depolama ünitesi ve voltaj düzenleyiciler gibi bileşenleri içerir. Yıldırım çubukları, yüksek binaların üzerine veya açık alanlara yerleştirilir bu sayede yıldırım çubuğu aracılığıyla yıldırım yakalanır ve yönlendirilir. Çubuğa düşen yıldırımın elektriği yüksek gerilime dayanıklı iletken kablolar vasıtasıyla enerji depolama sistemine yönlendirilir. Bu aşamada aşırı akım koruma sistemleri devreye girerek sistemin zarar görmesini engeller. Yıldırımın taşıdığı ani ve büyük enerji, geçici olarak özel bataryalarda tutulur. Ancak yıldırımın voltajı milyonlarca volt değerinde olduğu için bu enerjiyi kontrollü bir şekilde indirgemek gerekir. Bu noktada voltaj düzenleyici sistemler devreye girer. Voltaj düzenleyici sistemler, yüksek voltajı daha düşük, kullanılabilir bir seviyeye getirir.

Transformatörler ve özel devre elemanları kullanılarak elektrik enerjisi şebekeye veya depolama ünitelerine yönlendirilir. Eğer sistem başarılı bir şekilde çalışırsa depolanan enerji elektrik şebekesine aktarılır veya güç sistemlerinde yedek enerji kaynağı olarak kullanılır.

Yukarıda da bahsedildiği gibi bu sistem enerji üretimi açısından büyük bir potansiyele sahip gibi görünse de pratikte uygulanması oldukça zordur.

Eğer bir gün yıldırım enerjisini güvenli ve verimli bir şekilde yakalayıp depolayabilen teknolojiler geliştirilirse, bu durum enerji sektöründe çığır açacak değişikliklere yol açabilir. Yenilenebilir bir enerji kaynağı olarak yıldırım enerjisi, fosil yakıtlara olan bağımlılığı azaltabilir ve enerji üretiminde çeşitliliği artırabilir. Ancak bu hedefe ulaşmak için her şeyden önce mevcut engellerin aşılması ve güvenlik sorunlarının çözülmesi gerekmektedir.




Kaynakça

► Rakov & Uman, 2003, s.111
► Marshall & Stolzenburg, 2001, s. 1169
► Rakov, 2016; Williams, 2001
► https://patents.google.com/patent/US20140042987A1/en
► https://www.elektrikport.com/universite/yildirim-enerjisi-kullanilabilir-mi/4306#ad-image-0
► https://www.ispartahaber.com.tr/turkiye/yildirim-enerjisi-ile-calisan-elektrik-santrali-81086h.html