Elektrikli otomobiller ve pillerin gücü - I

Elektrikli otomobiller petrolde dışa bağımlı ülkeler için de önem taşımaktadır.

Moore Yasası’na[1] uygun gelişmeyen teknolojilerin başında pil teknolojisi gelmektedir. Pil teknolojisini güdüleyen en önemli etmen fosil yakıtları kullanan motoru araçlardan kaynaklanan sera gazı etkisini azaltmaktır. ABD’de taşımacılık sektörü. Motorlu taşıtlar ABD’deki karbon monoksit kirliliğinin %75’ine,  sera gazı emisyonunun %27’sine neden olmaktadır. Dünyadaki otomobillerin %30’una sahip ABD, otomobillerden kaynaklanan emisyonun da %50’sine neden olmaktadır.

Pille ilgili bilimsel ve endüstriyel çalışmalara bakıldığında bu alana önemli kaynakların ayrıldığı, çalışmalarda sürüş mesafesini, kullanım süresini, enerji çıktısını (Wh/kg) arttırmaya ağırlığı, dolum süresini ve maliyeti ($/kWh) azaltmaya odaklanıldığı ve bazı sonuçların alınmakta olduğu görülmektedir. Araştırmalar Lityum-iyon (Li-iyon) piller özelinde ve pili oluşturan anot (silikon kullanma), katot (nano kafes yapılar) ve elektrolit (katı hal) üzerinde yoğunlaşmaktadır.
Böylece pillerde kısa süre içinde %80-110 kapasite artışı,  %40-45 maliyet düşüşü öngörülmektedir. Yakın zaman önce Toyota, Nissan ve Honda’nın da aralarına elektronik konusunda uzman şirketleri de alarak oluşturdukları Libtek isimli konsorsiyum ise Japonya Ekonomi, Ticaret ve Sanayi Bakanlığı’ndan aldıkları 14 milyon dolar destekle katı hal pilleri[2] için yeni bir Ar-Ge programı başlattıklarını duyurdu.

Malzeme bilimi ve nanoteknolojinin de katkısı ile geliştirilen Li-iyon piller cep telefonlarında, dizüstü ve tablet bilgisayarlarda el aletlerinde, hibrit (HEVs), “plug-in” hibrit (PHEVs) ve elektrikli otomobillerde (EVs) kullanılmaktadır. Ancak 1880’de İtalyan fizikçi Alessandro Volta tarafından bulunan ve yapısı hemen hiç değişmeyen (anot, katot ve elektrolitten oluşan bir sistemde kimyasal enerjinin elektrik enerjisine dönüştürülmesi) pilin elektrikli otomobillerde içten patlamalı motorun yerini bütünüyle alabilmesi için çözülmesi gereken birçok problemin olduğu da bir gerçek. Üstelik bu sorunlar yalnızca teknolojikte değil.

Elektrikli araba üretiminde iddialı bütün firmalar şu sıralarda yolsuzlukların ve rüşvetin kol gezdiği Kongo Demokratik Cumhuriyeti’nde (KDC) üst düzey yöneticilerin kapılarını aşındırmaktadırlar.  Li-iyon piller için gereken temel madenler kobalt, lityum, manganez ve nikeldir.  En önemlisi ise %60’ı Kongo KDC’de çıkartılan kobalttır (beşte birinin çocuk işçilerce ve resmi olmayan madenlerden çıkartılmaktadır). Çin’i de göz ardı etmemek gerekiyor. KDC’deki en büyük on kobalt üreticisinden yedisi Çinli. Kobalt Çin’deki rafinerilerde işlenerek örneğin Panasonic firması tarafından pil üretiminde kullanılıyor. Tipik bir otomobil pili için gerekli olan 16 kg kobaltın fiyatı 600 $’ın altında iken (Mart 2016) 16 ay içinde 1,700 $’a (Eylül 2017) ulaşmış olup artmaya devam etmektedir.  Halen trafikte olan bir milyar otomobilin bugün Tesla Model X ile değiştirilmesi olanaklı olsaydı dünya kobalt rezervlerinin iki katı kadar – 14 milyon ton – kobalta gerek olurdu. Daha gerçekçi bir senaryoda 2030 yılına kadar 30 milyon elektrikli otomobilin kullanılması durumunda bugünkünün üç katı kobalt gerekecektir. Bu durumda ister istemez otomobilciler yeni kaynaklar için jeologlar ve madenciler işlendirmeye başladılar! Bazıları ise ilkel madencilikle elle üretim yapanlarla anlaşmanın peşinde.

Madenlerin kısıtlı oluşu Az bulunur madenlerin kullanılmış pillerden geri kazanımı alanında araştırmaları öne çıkartmaktadır. Bugün için yıllık 6.000 ton olan geri kazanımın 2026 yılına kadar 30.00 tona çıkması öngörülmektedir. Ancak bunun kıtlığa ne kadar çözüm olacağı kuşkuludur. 2000’li yılların başında benzer bir durum katalitik konvertörde kullanılan paladyum madeninde yaşandı. İki yıl içinde talep üç katına çıkıverdi.

Artan talep nedeniyle bir başka araştırma alanı daha az kobalt kullanmak oldu. Şimdilik eşit miktarlarda nikel, manganez ve kobalt kullanılan pillerde (NMC 111) 2025 yılına kadar baskın bileşimin %80 nikel ve %10 kobalt ve manganez olması hedeflenmektedir.

Karayolu taşımacılığının elektriğe dayandırılması yüz yılı aşkın sürede oluşmuş bir altyapının önemli ölçüde değişmesini ve ulaşım sistemi ile enerji sitemi arasında yeni arayüzlerin oluşmasını gerekli kılmaktadır. Yeni sistemin oluşması enerji sistemi, otomobil üreticileri, elektronik ve yazılım firmaları arasında yeni işbirliklerini gerektirmektedir.  Bu durumu otomobil endüstrisinin çok ötesinde bir paradigma değişikliği olarak tanımlamak olanaklıdır. EV’lerin karşısında yalnızca otomobil endüstrisi değil sistemin kanı sayılan petrolü üreten bir endüstri de vardır. Kendileri için “tahrip edici” bir tehdit oluşturan EV’ler karşısında hâlâ içten patlamalı motorları geliştirerek direnen ve rafineri proseslerini iyileştirerek direnecek olan petrol endüstrisi vardır.

EV’lerin yaygınlaşması özellikle büyük şehirlerde hava kirliliğinin azaltılmasında etkin bir araç gibi görünse de pillerinin şarjı için gereken elektriğin üretimi yine fosil kaynakları olacak ise bu etkinin bütünde çok sınırlı olacağı açıktır.

Bilimsel çalışmalar ve endüstriyel uygulamalar sonunda EV’lerin geleneksel otomobil sektörünü ve onun etrafında oluşan dev ekonomiyi orta erimde tahrip edeceği açıktır. Emir komuta ile “yerli milli” otomobili geliştirir görünen babayiğitlerimizin de bu gelişmeler karşısında umarım ekonomik ve teknolojik güçlü senaryolar içeren stratejileri vardır.  Piller elden şasi bizden diyorsanız pek umut yok gibi görünüyor.

---

[1] Intel'in kurucularından Gordon Moore 1965’te yayımladığı makalesinde her 18 ayda bir, bir öncekinin iki katı güçlü bir işlemci satın alınabileceğini ve bunun en az 10 yıl devam edeceğini ön görmüştü.

[2] Katı hal pil teknolojisi, Bu tür piller içerdikleri katı elektrolitler sayesinde lityum-iyon pillerine göre daha hafif oluyor ve çok daha fazla enerji üretebiliyorlar.