Her yeni teknolojinin dönüp dolaşıp takıldığı pil ömrü ve performansı sıkıntılarının tarihin tozlu sayfalarına atılmasına az kaldı. Sakarya Üniversitesi’nin AB’nin desteğiyle yürüttü projede lityum sülfür bazlı pil teknolojisinde mevcut pillerin ömrünü 20 yıl ve dayanıklılığını 10 kat arttırmak mümkün.
Mustafa Orhun Çetin
Elektrikli otomobil üreticisi Tesla’nın patronu Elon Musk, şubat ayında bir tweet’inde “Nikel, lityum-iyon hücre üretimini ölçeklendirmek için (üretimi artırırken maliyeti düşürmek) en büyük endişemizdir” demişti. Dünyanın en büyük elektrikli otomobil üreticisi Tesla’nın patronunun endişesi boşuna değil. Nikel fiyatlarındaki oynaklık büyük üreticilerin uzun vadeli plan yapmalarının önündeki en büyük engellerden biri. Her ne kadar pandemi nedeniyle emtia fiyatları bir süredir uykuda olsa da, aşılamaların artmasıyla birlikte fiyatların yukarı doğru çıkmaya başladığı görülüyor. Evet, pandemi bitmedi ama dijital yeni dünyaya enerji sağlayan en önemli parça olan bataryaların hammaddesinin fiyatının artması elbette sürpriz değil.
Bataryalar artık hayatımızın çok önemli bir parçası. Çok değil on yıl önce kadar yaşanan bir devrimle karbon bazlı pillerden, lityum-iyon pillere geçiş yaşandı. Böylece bugün cep telefonundan elektrikli arabalara, dronelardan küçük ev aletlerine kadar pek çok teknolojik alet günlük yaşamımızın vazgeçilmezi oldu.
Ancak hem teknoloji hem de talepler durmuyor… Bugün kullandığımız bataryalar hayal edilen projeler için yetmiyor. İşte tam bu noktada filmlerde izlediğimiz ve türlü aksiyonlara neden olan bilim insanları devreye giriyor. Evet, gerçek hayatta bu bilim insanları tüm insanlığın kaderini değiştirecek işlere imza atıyorlar.
Bugün Sakarya’da sessiz sedasız yürütülen bir çalışma geleceğin yapı taşlarından biri olan batarya teknolojisini kökten değiştirecek. Sakarya Üniversitesi Araştırma Geliştirme ve Uygulama Merkezi (SARGEM) çatısı altında bulunan Lityum-İyon Pil Araştırma ve Uygulama Laboratuvarı’nda (LİPGUM), lityum-iyon, metal-hava, lityum-hava ve lityum-sülfür üzerine bir proje yürütüyor. Oluşturdukları uluslararası konsorsiyum ile AB Horizon 2020 programından da toplam 980 bin euro destek kazanmışlar. Konsorsiyumun uluslararası koordinatörlüğünü ise Dr. Mahmud Tokur yürütüyor. Mahmud Tokur aynı zamanda AB’den destek alan en genç koordinatör olma özelliğini taşıyor.
Dr. Tokur ve ekibinin üzerinde çalıştığı lityum-sülfür pil teknolojisi 2030’da kullanılmaya başlanacak ve lityum-iyon pilleri tarihin tozlu sayfalarına kaldıracak kadar iddialı. Musk’ın tweet’indeki endişeler proje tamamlandığında ortadan kalkacak. Üstelik ‘yeşil’ kabul edilmeyen yani doğa dostu olmayan lityum-iyon pillerin yerine lityum-sülfür pillerin çevreye zararı neredeyse sıfır.
AB’DEN FON DESTEĞİ
Biraz detaya girelim… Lityum-iyon pillere alternatif olarak ise geliştirilen yeni ‘lityum-sülfür’ piller, yüksek enerji yoğunluğu ve maliyet avantajı ile geleceğin teknolojisi olarak değerlendiriliyor. Avrupa Birliği de ‘Green Deal ve Clean Energy’ projeleri çerçevesinde bu alandaki yatırımları destekliyor. Horizon 2020 programı ile ‘Avrupa Batarya İttifakı’ adı altında toplam 114 milyon euroluk bir fon desteği açıklayan Birlik, 2020’de ulaşım ve enerjide kullanılacak pilleri de kapsayan 132 milyon euroluk yeni bir fon desteği çağrısında daha bulundu. Dr. Tokur’un projesi bu kapsamda hibe aldı.
İTHALATA BAĞIMLI
Tokur’a göre pil teknolojilerinin geliştirilmesinin en önemli gereksinimlerinden birisi de hammaddenin yetersiz olması. Pil üretiminde lityum, nikel, manganez ve kobalt oksit bileşiği yaygın olarak kullanılıyor. Bu ürünlerin büyük bir çoğunluğu da Çin’den geliyor. Ülkemizdeki nikel-kobalt madenleri ise pil üretiminde kullanılabilmesi için yurt dışında işlem gördükten sonra tekrar ithal ediliyor. Mevcut lityum-iyon pillerdeki katot malzemesi olarak kullanılan ‘metal oksitin’ kapasitesi de oldukça sınırlı. Sülfüre ise ulaşım daha kolay. Doğada yoğun olarak yer alıyor ve maliyet açısından daha uygun. En önemlisi; lityum iyon pillere kıyasla enerji yoğunluğu daha yüksek.
İLK ÜRETİM 2025’DE
Bundan sonraki aşama ise bu çalışmaların ticarileşmesi. Projenin konsorsiyumunda yer alan Finlandiyalı Pulsedeon ve Norveçli Morrow Batteries firmaları da bu alanda oldukça iddialı. Bu projeye başladıklarında ismi Graphene Batteries olan firma, 500 milyon dolara yakın yatırım alarak büyümüş ve adı Morrow Batteries olmuş. Lityum sülfür pil üzerine dünyada ‘Gigafactory’ seviyesinde tesis kuracağı konusunda anons yapan tek firma da onlar… Tokur’un verdiği bilgilere göre, proje 2023’te tamamlanacak. Fizibilite çalışmalarının ardından ise 2024’ün sonunda lityum-sülfür pil üretim tesisinin tamamlanması planlanıyor. Yani SARGEM bünyesinde yürütülen çalışmalardan istenilen sonuçlar elde edilirse, lityum-iyon pillere oranla 1,5 kat daha fazla enerji elde edilecek lityum-sülfür piller için ticarileşme 2025’ten itibaren başlayacak gibi görünüyor. Tokur’a göre böylece 2030’dan itibaren lityum-iyon piller, yavaş yavaş tarihe karışacak.
2050’NİN TEKNOLOJİSİ
Lityum Sülfür piller hem hafiflik hem de enerji yoğunluğu bakımından önemli bir alternatif ancak sürdürülebilir enerji alanında yürütülen başka çalışmalar da var. Bunlardan bir diğeri ise lityum-hava piller… Havadaki oksijenin katot malzemesi olarak kullanıldığı lityum hava pillerin şimdilik önündeki en büyük engel çevrim sayısı, yani yeniden doldurulup kullanılabilirliği. Teknoloji geliştirildikçe roketler gibi çevrim sayısının önemli olmadığı alanlarda rahatlıkla kullanılabilecek. 2000’lerin başında lityum hava piller ile ilgili ilk çalışmalar yapılmaya başlanmış. SARGEM de bu alanda çalışmalar yürütüyor. AB’den elektrikli araçlar alanında alınan 4 milyon euro’luk destek ile gerçekleştirilen projenin henüz ticari bir uygulaması yok. Üretildiğinde ise daha çok ev gibi yerleşik yerlerde kullanılması planlanıyor. Tokur, bunun nedenini, “Bu teknolojide ilave akış sistemlerine ihtiyaç doğabiliyor. Mobil cihazlarda henüz uygulanabilir olmasa da ağırlığın çok önemli olmadığı noktalarda oldukça avantajlı” şeklinde açıklıyor.
400 MİLYAR DOLARA ULAŞACAK
Dünya batarya pazarının 2025’e kadar 300 milyar dolara ulaşacağı tahmin ediliyor. Aspilsan’ın ev sahipliğinde düzenlenen 5’inci Pil Teknolojileri Çalıştayı’nda verilen bilgilere göre ise batarya pazarı her yıl ortalama 40 milyar dolar civarında büyüyor. 2030’da ise 400 milyar dolara ulaşacağı öngörülüyor. Ülkemizde ise durum biraz daha farklı. Henüz üretici konumda olmayan Türkiye’de, pil teknolojileri alanındaki Ar-Ge çalışmalarına ayrılan bütçeye ulaşmak da zor. Şu an 1 milyar dolar civarlarında olan pil pazarının ise 10 milyar dolara çıkacağı tahmin ediliyor. Tokur, bu alanda ticarileşmek isteyen bir kurumun, 50 milyon dolarlık bir yatırıma ihtiyacı olduğunu dile getiriyor.
NESSTEC İŞ BİRLİĞİNE AÇIK
Mahmut Tokur, SARGEM bünyesindeki araştırma çalışmalarının yanı sıra üç ortak ile birlikte TÜBİTAK’dan destek alarak NESSTEC (New Energy Storage System & Surface Technologies) adlı start-up’ı kurdu. Teknokent bünyesinde faaliyet gösteren NESSTEC şirketinin ortaklarından Doç. Dr. Tuğrul Çetinkaya, hedeflerinin SARGEM’de elde ettikleri deneyim ile birlikte Türkiye için katma değer oluşturacak teknolojiyi üretmek olduğunu aktarıyor. 2025-2035 yılları arasında ticari olarak kullanılacak olan pil teknolojilerindeki enerji yoğunluğunu iki kat artırmaya yönelik çalışmalar yapan ekip, bu amaçla kurdukları şirketle nano yapılı malzemeleri, yenilikçi bir şekilde, yerli bilgi ve birikimle üretmeyi planlıyor. Yenilenebilir enerji kaynaklarının ve elektrikli araçların batarya teknolojilerinin gelişimine destek vererek öncelikli olarak gördükleri bu alanda katkı sağlamak istediklerini belirten Çetinkaya, “Akademik ve sanayi odaklı ortaklılara ve yatırımcılarla yapılacak iş birliklerine açığız” diyor.
Nisan 2021’de Inbusiness dergisinde yayınlanmıştır. Dergi kapsamında yayınlanan diğer içerikler için bu linki ziyaret edebilirsiniz.
