Biyonik Yaprak Enerji Üretiyor

Bayram Topyüz / BTÜ İnşaat Müh. Öğrenci

Makaleyi sesli dinlemek için tıklayınız.

UZAYDA YAŞAMAK HİÇ BU KADAR YAKIN OLMAMIŞTI

Tüm dünya enerji için çözüm aramakta. Neden mi? Çünkü fosil yakıtlar tükenmenin eşiğinde aynı zamanda dünyamızı. Yani bizleri bitirmek üzere. Peki, bize farklı bir yenilenebilir enerji kaynağı olduğu söylense, ‘biyonik yaprak’…

Bahse konu bu enerji doğadan karbondioksiti (CO₂) alıp oksijene (O) çevirip, maliyetsiz ve en temiz şekilde enerji elde etmektedir. Bu söylediğim sizlere tanıdık gelebilir çünkü yapay bir fotosentezden bahsediyoruz. Gelelim bunun nasıl gerçekleştiğine?

Fotosentez bir bitkinin yaşamsal döngüsünü sağlamasının yanında Dünya için de hayati önem taşımaktadır. Fotosentez; ışık yoluyla alınan elektromanyetik dalga enerjisinin kimyasal potansiyel enerjiye dönüştürülme sürecidir. Görünür bölge dalga boylu (380-750 nm) ışığın enerjisi ile bu süreçte su ve karbondioksitten glikoz molekülleri (vb. şekerler) üretilir ve oksijen bir yan ürün olarak ortama verilir.

Karanlık evre reaksiyonları, fotosentezde ışığa ihtiyaç duymadığı halde ışıklı devre reaksiyonlarının ürünlerine ihtiyaç duyan kimyasal reaksiyonlardır. Bu reaksiyonda karbondioksite ihtiyaç duyulur, karbondioksit glikoza (şekere) dönüştürülür.

Fotosentezin karanlık evresi sonucu meyve oluşmaktadır. Biyonik yaprak bu oluşumu engellemek için karanlık evre geçirmemektedir.

Bu sayede meyve oluşumu olmadığı için enerji kaybı olmamakta ve böylece çıkan enerji daha yüksek değerlere ulaşabilmektedir. Bahsettiğimiz bu mini enerji santralinin kurulumu basit olup kullanımı bakımından da geniş alanları kapsamaktadır.

BİYONİK YAPRAK NEDEN ÖNEMLİ?

Dünyayı, dünyanın ötesine taşıyabilecek temiz bir enerjinin aracıdır biyonik yaprak. Bahsedilen bu sistem doğal bir makine gibi çalışmaktadır. Biyonik yaprak, güneşten (fotonlardan) fotosentez yoluyla üç şey üretmektedir: Oksijen, hidrojen ve elektron. Kısaca, hayatın yapıtaşlarıdır. Harvard Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, biyonik yaprağın elektrik üretiminin ötesinde farklı uygulamalarda da yer alabileceğine düşünmektedirler. Bu amaçla, gübre üretimine odaklandılar. Nocera, “Yakıtlar sadece ilk adımdı” diyor. “Bu noktaya gelindiğinde, yenilenebilir bir kimyasal sentez platformuna sahip olabileceğimizi gösterdik, şimdi ise bakteri türlerinin azotu atmosfere salması yoluyla gübre üretimi gerçekleştiriyoruz¹⁴.”

Biyonik yaprak ile farklı alanlarda faydalar sağlanabilir:

• Oksijen, uzay otelleri ile uzay istasyonlarında, Mars vb. projelerde kullanılabilir. Böylece Mars vb. gezegenlere oksijen tankları taşımak zorunda kalınmayacaktır.
• Hidrojen ise lityum-iyon pillerinin alternatifi olan hidrojen yakıtlarında yani hidrojenle çalışan alternatif enerjili araçlarda kullanılacaktır. Hidrojen, çevreci bir yakıt olduğu için çevreyi kirletmeyecek ve küresel ısınmanın artmasını önleyip, dengede kalmasını sağlayacaktır.
• Gübre, genellikle hayvansal atıklar olarak bilinse de nitrit bakteriler tarafından canlıların ayrıştırılması sonucunda da oluşur. Bakterilerden gübre üretimi aynı zamanda azot döngüsüne de yardımcı olacaktır.
• Elektronlar ise tüm bu reaksiyonların anahtarı ayrıca elektrik enerjisini taşıyan yapıdır.

YAPAY YAPRAK NERDEN ÇIKTI ?

Harvard Üniversitesi Patterson Rockwood Enerji Profesörü Daniel Nocera ile Harvard Tıp Fakültesi Elliott T. ve Onie H. Adams, Biyokimya ve Sistem Biyolojisi Profesörü Pamela Silver, suyu oksijen ve hidrojen moleküllerine ayırarak sıvı yakıt üretmek için güneş enerjisi ve hidrojen yiyen bakterileri kullanan bir sistem oluşturmuştur^1,3. Daniel Nocera oluşturulan bu sistem hakkında;

“Bu gerçek bir yapay fotosentez sistemi” ve “Daha önce insanlar suyu ayrıştırma için yapay fotosentez kullanıyorlardı, ancak bu gerçek bir A’dan Z’ye fotosentez sistemidir ve doğadaki fotosentez verimliliğinin üstünde değerlere ulaşılmıştır..” 

sözlerini dile getirmektedir^1,2,3. “İcat ettiğimiz şey yapay bir yaprak. Sadece güneş ışığı ile suyu moleküllerine ayırarak bir taraftan hidrojen, diğer taraftan oksijen elde ediyoruz.”⁴.

Harvard Üniversitesi Wyss Enstitüsü’nün kurucu ortağı olan Prof. Silver ise, “Biyolojinin güzelliği dünyanın en büyük kimyacısı olması, biyoloji kolayca yapamayacağımız kimyayı yapabilir”^1,3 demektedir. Biyolojiyi kimyada aracı olarak kullanan ilk araştırmacılar çalışma sistemlerinde bazı problemle karşılaşmıştır.

Bir dizi engelle karşılaşan Nocera, Silver ve diğerlerinin daha önceki çalışmaları üzerine kurulan bu yeni sistem “Biyonik yaprak 2.0” olarak adlandırılmaktadır. Temel olarak, hidrojen üretmek için kullandıkları katalizör (nikel-molibden-çinko alaşımı), bakterilerin DNA’sına saldıran ve yok eden reaktif oksijen türlerini de yaratınca, araştırmacılar bu problemden kaçmak için sistemi gereğinden daha fazla voltajlarda çalıştırdılar ve bu da verimliliği düşürdü¹.

Bir başka bilim insanı; College of Art öğrencisi olan Julian Melchiorri, yapay yaprak için doğal bitki hücrelerinden kloroplast aldı ve bitki hücrelerinin fotosentez yapmasını sağlayan bu organeller, ipek kumaşını oluşturan proteinlerin içine yerleştirdi¹ (Şekil 1).

Şekil 1. Dışarıdan kloroplast eklenmiş ipek proteininden üretilmiş biyonik (yapay) yaprak.

Melchiorri’nin geliştirdiği yapay yaprak, tıpkı doğal bitkiler gibi topraktan H₂O ve havadan CO₂ emerek çevreye O₂ vermektedir. Yapay yaprağın dokusu ise yerçekiminin az veya olmadığı ortamlarda da dayanıklı olabilmesi için ipek proteinlerinden faydalanılmaktadır. Tabi bu hazırlıklar gelecekteki uzayda yaşamın önünü açmak için yapılmaktadır. Çünkü uzayda yer çekiminin farklı olmasından dolayı canlı organizmaların dayanımı azdır. Örneğin Mars gezegeninde yer çekimi 3,7 m/sn² olduğundan bir bitki için tropizma (tropizma; bitkilerin çevresel değişikliklere uyum sağlama mekanizması) değerleri Mars’a uygun değildir. Bu dayanımı artırmak için ise bir kaç çözüm yolu bulunmuştur.

BİYONİK YAPRAK NASIL ÇALIŞIR?

California Teknoloji Enstitüsü’nden bir kimyager ve Yapay Fotosentez Ortak Merkezindeki baş araştırmacı Nathan Lewis’e göre, yapay fotosentez tam bir kopya niteliği taşımaktadır. Lewis, “Bitkiler, optimum enerji dönüştürme makineleri olmak için yanlış renktedir” dedi. “Güneş pilleri gibi siyah olmalı, yeşil değil.” Ayrıca, bitkilerin enerji dönüşümlerini, parlak ve güneşli bir günde mevcut ışık yoğunluğunun yalnızca yüzde 10’unda maksimuma çıkardığına dikkat çekiyor. Aldıkları güneş enerjisinin kalan yüzde 90’ı kullanılmıyor. Çünkü “bitkiler optimum enerji dönüşüm makineleri değildir”¹⁰. Lewis, doğal fotosentezi geliştirerek araştırmacıların en hızlı bitkilerden bile en az on kat daha verimli fotosentez yapan bir teknoloji yaratabileceklerini düşünüyor¹⁰.

Yapay fotosentez üzerine yapılan araştırmalar doğada milyarlarca yıldır mevcuttur ve bu yapay sistemde sadece birkaç bileşen gerektirmektedir. Işık emiciler, katalizörler ve hepsini bir arada tutan bir yapı. Bitkilerde ise bu sistem; klorofiller, enzimler ve bir hücre zarı tarafından sağlanmaktadır (Şekil 2). Yapay fotosentezde, güneş pilleri klorofilin yerini almakta, güneş ışığını emip, elektriğe dönüştürmektedir. Ancak suyu oksijene ve hidrojene ayrıştırmak için gerekli olan katalizörleri oluşturmak farklı bir zorluk oluşturmaktadır. Bunun için hala çalışmalar devam etmektedir.

Şekil 2. Biyonik yaprak zarının mikroskopla görüntüsü.

Harvard Üniversitesi’nden kimyager Daniel Nocera ve ekibi ile Harvard Üniversitesi Tıp Fakültesi’nden sentetik biyolog Pamela Silver ve ekibi, bir nevi canlı bir pil yapmak için bir araya geldiler. Biyoloji ve teknolojiyi harmanlayan yapısı nedeniyle pile biyonik yaprak diyorlar.

Ekibin ilk yapay fotosentez sistemi 2015’te çıktı. Litre su başına 216 mg alkollü yakıt üretiyordu. Ama sistemin suyu atomlarına ayıran kimyasını mümkün kılan nikel-molibden-çinko katalizörünün bakterileri zehirlemek gibi bir yan etkisi vardı. Bu negatif etkiyi elimine etmek üzere ekip daha iyi bir katalizör arayışına girdi. Bu katalizör canlı organizmalarla iyi geçinebilen ve suyu verimli bir şekilde atomlarına ayrıştırabilen nitelikteydi. Ekibin 2 Haziran’da Science dergisinde anlattığına göre, kobalt ve fosfor alaşımından oluşan bir katalizör bu özelliği yerine getirebilmekteydi⁹. Halihazırda bataryalardan devre kartlarına her şeyin içinde bulunan plastik ve metal parçalarının kaplamasında kullanılan bir karışım. Bu yeni katalizör, su, kobalt ve fosfat çözeltisine ek bir enerji girdisi ile oluşturulabilir. Sudaki fosfat, biyonik yaprağın arka yarısını tamamlayan gram-negatif toprak bakterisi olan Ralstonia eutropha (Şekil 3) gibi canlılar için alkol üretiminde gereklidir.

Şekil 3. Ralstonia eutropha bakterileri.

Bu çözelti aracılığıyla, fotovoltaik cihazla verilen yüksek voltajdaki elektrikle su atomlarına ayrılır. Voltaj değeri, kobaltı çözeltiden çökertmek ve kobalt fosfat katalizörü oluşturmak üzere gerekenden de fazladır. Bu da, biyonik yaprak çalışırken her zaman katalizörü indüklemeye yetecek elektron olduğu ve dolayısıyla bakterileri zehirleyecek ya da biyonik yaprağın su ayrıştırma işlemini sekteye uğratacak metal kalmadığı anlamına geliyor. “Katalizör, çalıştığı sürece tükenemez.” diyor ve yeni yapay yaprağın aralıksız 16 gün çalışabileceğini belirtiyor Nocera³.

Ayrıca, yeni kobalt katalizörü, suyu hidrojen ve oksijene ayrıştırırken bakteri DNA’sına ya da diğer hayati faaliyetlere zarar veren reaktif oksijen molekülleri oluşturmuyor. “Neden olduğunu henüz bilmiyorum, öğrenmek eğlenceli olacak.” diyor Nocera.

Biyonik Yaprak 2.0 olarak tanıtılan sistemde bir fotovoltaik güneş paneli vasıtasıyla üretilen elektrik, su moleküllerini parçalamaktadır. Açığa çıkan oksijen ve hidrojen molekülleri üzerine hidrojen oksitleyici bakteriler ilave edilmekte ve ortama da karbondioksit aktarılmaktadır³. Bu sistem (Şekil 4) hidrojen oksitleyen bakteriler tarafından, havadaki karbondioksidi kullanarak çeşitli reaksiyonlar sonucunda da “izopropanol” olarak bilinen sıvı alkol yakıtı üretilmektedir³.

Şekil 4. Biyonik yaprağın çalışma şekli.

Bu şekilde bakteriler 60 gram izopropanol elde etmek için 230.000 litre havadan 130 gram karbondioksit çekmektedirler³. Bu durumun küresel ısınmayı azaltması beklenmektedir. Üretilen alkolün de bileşenlerine ayrılmasıyla ortaya çıkan hidrojen molekülleri, ileride hidrojenle çalışan araçlarda kullanılabilecektir. Bu konu üzerine bilimsel çalışmalar hala devam etmektedir.

Uzay Çağına Girebilmek İçin Buradayım

Açıkçası uzay çağına girebilmek için uzaya seyahat edebilir olmak gerekir. Farklı gezegenlerde yaşayabilmek için oksijen, hidrojen, su vb. birçok materyale ihtiyaç vardır. Oksijen bağlayıcı bir gazdır. Uzay istasyonları veya Mars projelerinde betonarme yapılar yapılmamasının sebebi oksijen düzeyinin az olmasından kaynaklanmaktadır. Tabi başka nedenler de mevcuttur:

• Uzay aracı ile kütlece ağır betonarme yapılar taşınamaz,
• Yapım aşamasının uzun ve zorlu olması,
• Fırlatma maliyetinin yüksek olması (uzay aracının yükünün artması ile daha fazla yakıt gereksinimi olması).

Başta Mars projesi olmak üzere, tabi bu projelerin başında Elon Musk bulunuyor. Musk, Mars’ta kolonileşmenin yolunu şu şekilde söyledi. Musk, Mars’ta koloni kurmak için bin adet Starship (Yıldız Gemisi) uzay gemisi inşa etmek istiyor¹³.

Bu proje kapsamında SpaceX her üç günde bir yeniden kullanılabilir roket ve uzay aracı üretmesini planlıyor. Musk’ın her geminin yeniden kullanılabilir olmasını ve 41 ton ağırlığı taşıyabilmelerini istedi. Mars’ta kurulacak yapılar bir cam fanus şeklinde olacağı söyleniyor (Şekil 5).

Şekil 5. Elon Musk Mars şehri, 2050.

Ay üssü gibi yapılar da sağlamlığı artırmak adına çelik yerine betonarme yapılar kullanılması düşünülmektedir. Bunun için sürekli oksijen sağlayan bir ortam gerektiğinin farkında olan bilim insanları, bu sorunu çözebilmek adına araştırmalar yapmışlardır. Bunlardan biri de 2008 yılındaki projedir. Marshall Uzay Uçuş Merkezi’nden Alabama Üniversitesi Houssam Toutanji ve Richard Grugel tarafından geliştirilen silika (bağlayıcı madde) ile lunarcrete (ay toprağı) birleştirerek, bağlayıcı bir çözücü olarak ısıtılmış kükürt (monoklin) kullanılmıştır. Buharlaşması ve moleküler özellikleri (iyonsal katalizör) nedeniyle su kullanılmaktadır.

Benzer şekilde kükürtün de regolit (regolit; kayaları kaplayan toz, toprak, çakıl vb. materyallere verilen addır) ve çimento karışımını bağlamak için çalıştığını bulmuşlardır. Bu araştırma doğrultusunda; cam bir fanus içinde betonarme yapılar yapılabilir ancak arasındaki oksijeni nereden elde edilebileceği büyük bir soru işareti oluşturmaktadır. Konu hakkında araştırmalar yapan bilim insanlarının karşılarına biyonik yaprak bir alternatif olarak çıkmaktadır. Biyonik yaprak bu ihtiyaçları karşılayarak, uzay gemilerine bulunduğu dünya dışı gezegeni içerisinde hidrojen yakıt hücreleri aracılığıyla enerji sağlayabilecektir. Aynı zamanda uzay gemilerinde, Ay ve Mars üslerinde yaşamak için gerekli oksijeni sağlayabilecektir.

Biyonik yaprak hidrojen de üretebilmektedir. Bu noktada hidrojen üretimi çok önemlidir; çünkü petrol şirketleri piyasadaki egemenliklerini korumak amacıyla, yenilenebilir enerji türleri arasından hidrojen enerjisini ön plana çıkarmaktadırlar. Ancak bugünkü hidrojen üretim teknolojileri yüksek maliyete sahiptir. Çevreyi kirletmekte ve küresel ısınmaya yol açmaktadır. Bunun sebebi, hidrojen üretim tesislerinde kullanılan malzemelerin doğayı tahrip edip ve küresel ısınmayı artırımından dolayı, bu enerji kaynağının bugünlerde ki yeri tartışılıyor. Oysaki hidrojen enerjisini başka hammadde (biyokütle gibi) kullanılsa hem temiz hem de çevreye zarar vermemiş olunur. Gelecek kuşaklara temiz bir Dünya bırakabilmek için biyonik yaprak gibi yenilenebilir ve çevreci enerji sistemlerine geçilmesi gerekmektedir.

Hidrojen yakıt hücreleri, güneş panelleri ve elektrikli otomobillerin imalat aşamasında dahi çevreyi kirletmesi istenmiyorsa ağır sanayinin her aşamasında temiz enerji kullanılmalıdır. İşte; elektrik, hidrojen ve oksijen üretimini doğal fotosentezle yapan yapay yaprağın (biyonik yaprak) bu soruna çözüm olması beklenmektedir.

Grafikler Geleceği Söylüyor, Çare Biyonik Yaprak

Bu konunun Türkiye açısından değerlendirilmesinin yapılması gerekirse; 1950 yılında fosil yakıtların ülke içi toplam üretimdeki payı %2, tüketim içerisindeki payı ise %2,5 düzeyindeydi. 2020 Ocak ayında ise ülkemizde fosil yakıtlardan elde edilen enerji oranı 65,41 olmuştur. Yenilenebilir enerjiden elde edilen enerji ise 34,58 şeklinde olmuştur¹². 2016-2040 yılları arasına bakıldığında, yenilenebilir enerji kaynaklarının piyasada ki potansiyeli artacağı varsayılıyor.

2016 yılında Amerika Kıtası’ından rüzgar ve güneş enerjisinden elde edilen enerjiye oranla, 2040 yılında ciddi bir artış olacağı anlaşılıyor. 2016 verilerine göre Avrupa’da ise yenilenebilir enerji şekil 6’da verilen yerlere oranla daha fazla kullanıma sahiptir ve ayrıca 2040 yılı kullanımında ise zirve yapacağı öngörülmektedir. Ortadoğu’da ise neredeyse hiç kullanılmadığı 2040 yılında ise yenilenebilir enerji ile ilgili adımların atıldığı gözüküyor. Dünya genelinde ise yenilenebilir enerjide ciddi bir artışın olacağı öngörülüyor (Şekil 6)⁶.

Şekil 6. 2016-2040 yılları arası Dünya ve bazı kıtalar için güneş ve rüzgar enerji kapasiteleri.

Dünya genelinde 21. yüzyılda petrolün tükeneceği tahmin edilmektedir. Uzmanlar, bu durumun tüm dünya dengelerini bozacağını dile getirmektedir. Doğrudan 3 bin ürün, dolaylı olarak da 4 bin civarında hammaddesi olan ürünün etkileneceği düşünülmektedir. Bilinen rezervlerle; petrolün 50 yıl, doğalgazın 63-119 yıl, kömürün ise 119-176 yılda tükeneceği öngörülmektedir¹¹. Sonuç olarak yenilenebilir enerji kaynakları gibi alternatif kaynaklar bulunmadığı sürece, en fazla 200 sene sonra dünyanın petrol ve kömürün bulunmadığı eski çağlarına geri dönmesi tahmin edilmektedir. Bu sebepten dolayı yenilenebilir enerji kaynakları gibi alternatif enerji kaynaklarına önem gösterilmesi gerekmektedir. Bu doğrultuda “temiz çevre temiz yakıt” sloganı ile yola çıkan yenilenebilir enerji kaynağı biyonik yaprağın enerji ihtiyacının büyük bir kısmını karşılaması beklenmektedir.

Biyonik Yaprağın Maliyeti Ürettiği Enerjiyi Karşılayabilecek mi?

Biyonik yaprakta merak edilen bir diğer konuysa enerji elde ederken kayıp/kazanç oranı ne olacaktır (Şekil 7)? Bu soruya yanıt olarak da şu cevap ortaya çıkmaktadır:

Şekil 7. Biyonik yaprak kar-zarar ilişkisi.

“Yapay yaprak sisteminde ilk olarak reaksiyon için gerekli olan kaynakların maliyeti ve uygunluğu değerlendirildi ve bu teknoloji ile kullanıcılara güneş enerjisi kullanımında farklı bir metot daha sunulmuş oldu.” Daniel Nocera, yaptığı açıklamada bu teknolojinin gelişen dünyaya adapte olması için çalışmalarına devam ettiklerini vurguladı³.

Tabi bahsedilen bu enerji, halihazırda test aşamasında olup, konuyla ilgili araştırmalar da devam etmektedir. Bir bitki gibi olabilmesi için uzun zaman gerekmektedir; çünkü bir bitkinin kök gövde ve yaprakları mevcuttur. Biyonik yaprağın kendi kendine enerji üretebilmesi için kök ve gövdesi olması gerekmektedir. Arizona Eyalet Üniversitesi Biyoenerji ve Fotosentez Merkezi’nden Doç. Dr. Wim Vermaas, aksi takdirde yapay yaprakta seri üretime geçilemeyeceğini ifade etmektedir (Şekil 8). Bu durumda başka teknolojiler geliştirilmesi düşüncesini ortaya koymaktadır.

Şekil 8. Biyonik yaprak seri üretimi (temsili).

Başka bir çözüm de yapay yaprak teknolojisini kullanarak genetiği değiştirilmiş ağaçlar (sentetik biyoloji) veya biyonik bitkiler üretmektir. Bu sentetik bitkilere kısmen organik, kısmen de sentetik olması nedeniyle sentetik ağaçlar da denilmektedir. Tıpkı fidan ekip meyvesini aldığımız gibi bu ağaçlar sayesinde enerji ihtiyacımızı karşılamamız beklenmektedir.

Biyonik Yaprak Birçok Ülkeyi Cezbediyor

Birçok ülke yapay yaprakla ilgilenmektedir. Biyonik yaprağın cezbeden tarafı oldukça fazla bu da birçok kişi tarafından araştırma konusu olmasını sağlamaktadır. Bu araştırma ile ilgilenen ülkeler şöyledir: İngiltere, ABD, Hindistan, Çin (en ilgili ülke), Japonya, Kanada (Şekil 9)… Tabi diğer ülkeler de bu konuyu yakından takip etmektedir ancak adı geçen ülkeler gibi araştırma gerçekleştirememektedirler. Çünkü ciddi anlamda fon gerektirmektedir.

Şekil 9. Sırasıyla soldan sağa doğru; Daniel Nocera ve Pamela Silver (İngiltere), Yimin Wu (Çin), Florida Araştırma merkezi, Kanada Araştırma Merkezi, Hintli bir grup genç araştırmacılar, Japon bilim adamları.

Çin, bir araştırma merkezini bu konu için ayırmıştır. Waterloo Üniversitesi’nde mühendislik profesörü olarak görev yapan ve baş araştırmacılardan biri olan Yimin Wu, The Independent ile yaptığı bir röportajda “Bu teknoloji, yakıt üretme işlemlerindeki verimliliği %10 arttırdı. Bu, şu an bildiğimiz doğal fotosentezden daha yüksek verimlilik anlamına gelmektedir”³ açıklamalarını yapmaktadır. Bu konu için en büyük bütçe ayıran ülkelerden biri de Hindistandır. Hindistan’da bir grup genç yapay yaprağı üretmeyi başarmışlardır (Şekil 8).

Türkiye’de bu gelişmeleri yakından takip etmektedir. Ancak henüz bir araştırma gerçekleştirilememiştir.

Biyonik Yaprağın Kaderi Ne Olacak?

Biyonik yaprağın önemini, nasıl olduğunu, nasıl yapıldığını, tarihçesini, ileride nerelerde kullanabileceğini, ekonomik olup olmayacağından bahsettik. Peki, biyonik yaprağın gelecekte kullanımı ve faydaları aktarıldığı gibi mi olacak, ya da bazı araştırma örnekleri gibi heba olup çöpe mi atılacak? Yoksa bilim insanları bu önemli potansiyeli kullanarak özellikle Uzay Çağı’na geçişi hızlandırabilecekler mi?

Fotosentez gibi çalışan bir reaksiyonun insan için ne denli önemli olduğu vücudunun %60’ının su olmasından anlaşılmaktadır. İnsanlar uzayda hep bir yerde yaşam var mı diye bakarken suyu arıyorlar. Doğal olarak öncelikle bir yerde yaşam kurabilmek için suyu elde etmemiz veya kaynağının var olması gerekmektedir.

Biyonik yaprağın temel vaatlerinden biri, dünya çapında yoğun enerji talep edilen dönemlerde büyük miktarda enerji depolamak ve güç şebekelerini stabilize etmek ayrıca altyapıdan yoksun az gelişmiş ülkeler için de yenilenebilir enerji potansiyeli sağlamaktır. Andrew Yang (girişimci ve iş adamı) “Yapay fotosentez ile bu altyapıyı kurmaya gerek yok”, demiştir. “Eğer bu teknoloji bir ticarileşme noktasına gelebiliyorsa, bu karbon nötr ekonomiye sahip olmak için büyük altyapı ve nakliye zincirleri inşa etmek zorunda değilsiniz”⁵. Yapay fotosentez şuan enerji ihtiyacımızı karşılamıyor olsa bile gelecekte önemli bir enerji kaynağımız olabilir.

Uzmanlar iklim değişikliğini kontrol altına almak için yaklaşık 10 yılımız olduğunu tahmin ediyor. En kötü etkileri önlemek için temiz, yenilenebilir enerjiye hızlı bir geçiş gerektiriyor. Başka bir deyişle, bekleyemeyiz. Her geçen zaman bizim aleyhimize işliyor. Buzulların erimesi bunun en büyük kanıtı olarak görünüyor. Ancak uzun zamandır tüm keşif ve icatlara ilham veren doğa, bu bulmacaya bir çözüm bulabilir. Bu enerji ileride daha yeşil ve sürdürülebilirlik için bir çözüm olabilir.

Türkiye başta olmak üzere tüm gelişmekte olan ülkeler için enerji depolama sıkıntısını giderecek olan bu biyonik yaprak, beraberinde birkaç soru da getiriyor: Bu enerji için altyapı ne denli ve hangi teknolojileri içermeli, bütçe olarak kendisini amortiliyebilecek mi, yoksa başka enerji türleri gibi araştırma aşamasında mı kalacak? Tüm bu soruların cevabını önümüzdeki yıllar gösterecek.

Katkı Yapanlar: Sümeyye Yalındağ, Kadir Yolal, Yusuf Öngel, Mahmut Öğütcü ve Dr. Zekeriya Doğruyol.

KAYNAKÇA

1. 1. ↵ C. Liu, BC Colon, M. Ziesack, PA Silver, DG Nocera. Fotosentezi aşan CO₂ azaltma verimliliğine sahip su ayırma-biyosentetik sistemi. Science, 2016; 352 (6290)
   2. ↵ https://science.sciencemag.org/content/352/6290/1210
   3. ↵ https://www.sciencedaily.com/releases/2016/06/160602151837
   4. ↵ https://home.howstuffworks.com/home-improvement/construction/materials/lunarcrete 2.htm.
   5. ↵ https://www.digitaltrends.com/cool-tech/artificial-photosynthesis-to-fuel-the-future-store-energy/
   6. ↵ https://www.dunyaenerji.org.tr/2018-enerji-gorunumu-2040a-bakis/
   7. ↵ https://bilimgenc.tubitak.gov.tr/makale/biyonik-yapraklar
   8. ↵ https://popsci.com.tr/biyonik-yaprak-gunes-isigi-su-havadan-yakıt-üretiyor/
   9. ↵ https://bilimvegelecek.com.tr/index.php/2018/05/31/gun-isigini-sivi-yakıta-ceviren-biyonik-yaprak/
   10. ↵ https://climate.nasa.gov/news/961/artificial-photosynthesis-to-make-plants-green-with-envy/#:~:text=%E2%80%9CPlants%20are%20the%20wrong%20color,on%20a%20bright%2C%20sunny%20day
   11. ↵ https://onedio.com/haber/petrolun-tukenmesine-seneler-kaldi-peki-sonra-ne-olacak–436780
   12. ↵ Enerji Piyasası Düzenleme Kurumu, elektrik piyasası sektör raporu, Tablo-1.6, Ocak 2020 Döneminde Lisanslı Elektrik Üretiminin Kaynak Bazında Dağılımı Ve 2019 Yılı Ocak Ayı Değeriyle Karşılaştırılması (MWh-%)
   13. ↵ https://www.dijitalx.com/2019/11/12/elon-musk-marsta-ilk-koloniyi-kurmak-icin-1000-starship-gerekiyor/
   14. ↵ https://newatlas.com/bionic-leaf-fertilizer/48766/