Nükleer enerjinin hikâyesi, belki daha doğru bir ifadeyle insanoğlunun nükleer enerjiyle imtihanı demek lâzım, bilimin ve teknolojinin gelişiminde nadir görülen sayıda zafer ve trajediyi aynı potada eritiyor. Hikâyenin cazibesi belki de burada saklı: Atom çekirdeğini parçalamanın, parçalandığında ortaya çıkan parçacıklara hükmetmenin yollarını keşfeden insanoğlu, bu zaferler için öyle büyük bedeller ödüyor ki: Atom bombası, nükleer silahlar ve nükleer kazalar insanlığın kolektif hafızasında derin ve kapanması pek mümkün olmayan yaralar açıyor. Zafer ve trajedinin bu kadar iç içe örüldüğü hikâyeleri bilim ve mühendislik tarihinde bulmak kolay değildir.
Nükleer enerjinin bu trajik ama bir o kadar da ilham verici hikâyesine birkaç önemli fotoğraf üzerinden giriş yapabiliriz: Marie Curie’nin çalışmaları ve radyoaktivitenin keşfi, ya da James Chadwick’in nötronun varlığını doğrulaması, makul bir giriş yapmak için tarihe not düşülen önemli ve akademik açıdan da doğru gelişmeler olabilir.
Ama bence bu hikâyenin ihtiyacı olan giriş farklı: Çünkü nükleer kelimesi sadece bir enerji kaynağı değil, aynı zamanda insanlığın kolektif hafızasında açılan derin bir yara anlamı da taşıyor. Sadece teknik açıdan ele alındığında, alternatiflerine kıyasla bazı avantajlar sunabilen bu teknolojinin yaygınlaşmasını engelleyen şey, nükleer santrallerin kapatılması için hükümetlere yapılan baskının nedeni de, hala açık olan bu yaranın ta kendisi.
Amacım nükleer enerjiyi sadece bu travmalar üzerinden okuyup kötülemek değil. Nükleerin gerçek bir potansiyeli olduğu ve iklim krizinin yönetilmesinde rol oynayabileceği bence de temelsiz düşünceler değiller. Ancak bu potansiyelin toplum hassasiyetine karşı kürek çekerek ortaya çıkarılmasını bekleyemeyiz. Son yıllarda nükleer çevresinde yaşanan kargaşa da zaten bu gerilimden kaynaklanıyor. Bir yandan tepki gösteriyoruz ama diğer yandan yatırımların devam ettiğini görüyoruz. Aslında bu çelişkiyi normal karşılamak lazım: Toplumsal hafızamıza bu kadar korku ve endişe zerk etmiş, üstelik yaşanan felaketlerle de bu endişelerin altının boş olmadığını göstermiş bir teknolojinin sadece teknik verilerle meşruiyet kazanmasını beklemek naiflik olur.
Mühendishane’nin ikinci bülteni, bu hassasiyeti teknoloji ile çözebileceğine inanan bir girişimi ele alıyor: TerraPower. Medyada Bill Gates’in nükleer enerji şirketi olarak da bilinen bu girişimi Mühendishane’ye taşımak istememin nedeni sadece üzerinde çalıştığı konu değil. Bir önceki bültene konu olan Tesla’dan çok farklı, hatta neredeyse taban tabana zıt bir iş modelinin mümkün olabileceğini gösterdiği için, ilginç bir yazı ortaya çıkarma fırsatı sunabileceğini düşünüyorum.
O zaman başlayalım. Ama nükleer gibi hassas bir konuya adım atarken, ilk olarak iş modellerinden bahsetmek büyük bir hata olur. Çünkü nükleer tartışması gerçekten dikkatli yürünmesi gereken, dikenli bir yol. Öncelikle bu yola tepeden bir bakmamız ve haritayı kafamızda oturtmamız lâzım.
Gelin biz filmi biraz geriye saralım ve nükleer enerjinin keşfedildiği, bahsettiğim bu derin yaraların da ilk açıldığı günlere bir yolculuk yapalım.
Abone olun!
Mühendishane’nin ikinci bültenine hoş geldiniz. Ben Arda Çetin ve siz, hazırlığı sekiz ayı geçen bir bültene başlamak üzeresiniz.
Bültenlerde güncel teknolojilere ve bu teknolojileri gerçeğe dönüştüren şirketlere dair ayrıntılı ve derin analizler yapıyoruz. Her bültende yeni bir teknolojiyi ve yeni bir şirketi inceliyoruz.
Teknolojinin içinde mühendislikten çok daha fazlası olduğunu fark etmek adına zihin açıcı okumalar olmasını ümit ediyorum. Bültenler yayımlandığında bir bildirim almak isterseniz – maalesef bu çok sık olan bir şey değil, aşağıdaki kutuya e-posta adresinizi yazarak abonelik yaptırabilirsiniz. Bültenler hakkında ayrıntılı bilgi için tıklayın ➔
Einstein’ın mektubu
Belki başka biri nükleer enerjinin hikâyesine farklı bir yerden giriş yapmak isteyebilirdi. Ben bu hikâyeye 1939 senesinin Ekim ayında, dönemin ABD başkanı Franklin D. Roosevelt’in posta kutusuna düşen bir mektupla başlamak istiyorum. Çünkü teknik başarılar yanında, ölümle, trajedilerle ve travmalarla da özdeşleşen bir hikâyeye başlamakta olduğumuzun altını çizmek istiyorum. Albert Einstein imzasını taşıyan bu mektup, o dönemde uranyum ile elde edilen zincirleme fisyon tepkimeleri üzerine yapılan araştırmalar hakkında başkana bilgi veriyor ve bu zincirleme tepkimelerin çok büyük miktarda enerji üretebildiğini, bu sayede o güne kadar eşi görülmemiş boyutta yıkıcı güce sahip bombaların tasarlanabileceğini haber veriyordu. Mektup Albert Einstein’ın imzasıyla kapanırken, dönemin Alman hükümetinin de bu konuda aktif şekilde çalıştığını, o nedenle ABD’nin bu konuda faal olması gerektiğini vurguluyordu.
1939 senesinin Ağustos ayında yazılan bu mektuptan bir ay sonra, Hitler’in Polonya’yı işgal etmesiyle patlak veren İkinci Dünya Savaşına ABD henüz dâhil olmamıştı. Mektup Roosevelt’in eline aynı yılın Ekim ayında geçmiş, her ne kadar daha savaşın içinde yer almasalar da, kendi ifadesiyle “Nazilerin kendilerini patlatmasına fırsat vermemek için” bu konuda araştırmalara başlayacaklarını söylemişti.
Devamında gelen süreçte iki atom bombasına ve insanlık tarihinin en büyük dramlarından birine vesile olacak olan bu mektubu bazı kaynaklara göre Einstein, Macar asıllı fizikçi Leo Szilard’ın yardımıyla yazmıştı. Mektubun aslında Szilard tarafından kaleme alındığını ama başkanın dikkatini çekmesi için Einstein tarafından imzalandığını aktaran kaynaklar görmek de mümkün. Szilard 1933 senesinde nükleer zincirleme tepkime kavramını geliştirmeye başlamış ve hatta bir sonraki sene basit bir nükleer reaktör tasarımı için tarihteki ilk patent başvurusunu da yapmıştı. Ancak bugün sahip olduğumuz reaktörlerden farklı olarak Szilard nükleer fisyonu bir nötron kaynağı olarak düşünmemişti, çünkü bu süreç o dönemde henüz bilinmiyordu. 1939 senesinde yapılan ve Szilard ve Fermi’nin de katkıda bulunduğu çalışmalar fisyon sırasında ortaya yeni nötronların çıktığını ve zincirleme tepkimenin mümkün olabileceğini daha yeni ortaya koymuştu.
Einstein ve Szilard’ı bir araya getiren bu mektup değildi. Uzun süredir birbirlerini tanıyor ve birlikte çalışmalar da yapıyorlardı. Yazının girişinde bahsettiğim mektup her ne kadar Einstein’ın imzasını taşıyor olsa da, rivayete göre Szilard bilgi verene kadar Einstein’ın aklına böyle bir silah yapma düşüncesi gelmemişti. Yani atom bombasının ve ilk nükleer travmanın adı çoğu zaman Einstein ile anılsa da, fikrin esas mimarı Szilard’dı.
Mektubun kaleme alındığı 1939 senesinin Ağustos ayından altı sene sonra, bu sefer 1945 senesinin Ağustos ayında üç gün arayla Hiroşima ve Nagasaki’ye atılan iki bomba, insanlık ve savaş tarihinin en acımasız ve korkunç sahnelerini ortaya çıkarmış ve bu teknoloji gazete manşetlerinde ölümle özdeşleşir hale gelmişti.
TerraPower’ın kökleri
Şimdi filmi ileri sarıyor ve bu trajedinin yaklaşık 60 yıl sonrasına gidiyoruz.
Dünyanın en tanınan bilim insanıyla başlayan hikâyede bayrağı dünyanın en zengin isimlerinden biri devralıyor. Hikayenin bu kısmında başkahramanımız, Microsoft’taki görevini bıraktıktan sonra kurduğu vakıf ile küresel problemlerin çözümüne odaklanan Bill Gates.
Rivayete göre TerraPower düşüncesi ilk olarak 2007 senesinde, Bill Gates’in küresel kıtlık ve yoksulluğu nasıl çözebilecekleri üzerine Nathan Myhrvold ve Lowell Wood ile yaptığı bir beyin fırtınası sırasında ortaya çıkıyor. Nathan Myhrvold, Bill Gates ile daha önce çalışan, akademik çalışmaları yanında Microsoft’ta CTO olarak da görev yapmış bir isim. Lowell Wood ise özellikle astrofizik alanındaki çalışmalarıyla bilinen bir bilim insanı.
Benim merak ettiğim şey şu: Gerçekten küresel problemleri nasıl çözeriz diye başlayan bir beyin fırtınası mı nükleer enerjiyi işaret etti? Yoksa neyi bahane edip de nükleer enerjiye gireriz diye başlayan bir beyin fırtınası mı küresel problemleri işaret etti? O gün orada değilseniz net bir şey söylemeniz zor. Ama rivayet o ki bu fırtına bu üçlüyü bir şekilde küresel kıtlık ve yoksulluk gibi problemlere bir çözüm üretebilmek için temiz, ucuz ve güvenilir enerji ihtiyacının giderilmesi gerektiğine, bunun yolunun da nükleer enerjiden geçtiğine ikna etti.
Yoksulluktan çıkışın temel gereksinimi: Temiz, ucuz ve güvenilir enerji
Bir ülkenin yoksulluktan çıkabilmesi için ilk çözmesi gereken konulardan bir tanesi enerji. Elbette bu yeterli tek koşul değil, ancak enerji meselesini çözmeden bir ülkenin yoksulluktan kurtulabilmesi pek mümkün değil. Dünya üzerinde sadece petrol kaynaklarına sahip olduğu için zengin olan ülkelerin olduğunu biliyoruz. (Bir hatırlatma: zenginlik ≠ kalkınma.). Fakat bu üçlünün yaptığı çıkarımın zengin körfez ülkeleri gibi enerjinin satışı ile değil, üretim ve diğer kalkınma araçlarının tesis edilmesi ve faaliyete geçirilmesi ile elde edilecek bir zenginlik olduğunu da belirtelim.
TerraPower’ın hem nispeten yeni bir girişim olması, hem de maceraperest girişimcilerden ziyade milyarderlerin çevresinde şekillenen biraz kuru bir hikâyesi olması nedeniyle, bu girişime dair zengin bir kaynakçaya ulaşmakta ben zorlandım. O nedenle ulaşabildiğim sınırlı bilgileri farklı kaynaklarla doğrulama imkânı bulamadım. Bu az sayıdaki ve genellikle TerraPower ile ilişkili isimler tarafından yayımlanan kaynaklara göre bu üçlünün nükleer enerjide karar kılması hemen olmuyor. Farklı opsiyonları da değerlendiriyorlar. Bill Gates’in talebiyle nükleere ek olarak rüzgar, güneş, jeotermal ve gelgit (tidal) gibi farklı opsiyonların değerlendirildiği kapsamlı bir çalışma yapılıyor. Bu değerlendirme yapılırken göz önüne aldıkları birçok kriter var. Örneğin 1 GW güç elde etmek için gereken arazi büyüklüğü gibi faktörler de bu değerlendirmede dikkate alınıyor. Çalışmanın sonuçları hem büyük miktarda enerji sağlayıp, hem de karbon salımının önüne geçebilme açısından bahsi geçen hiçbir teknolojinin nükleer ile yarışamayacağını ortaya koyuyor. Nükleer enerjide karar kılan bu üçlü arasında Lowell Wood’un nükleer enerji geçmişinin sadece bir tesadüften ibaret olması bana biraz zor bir ihtimal olarak görünüyor.
Nükleer enerji temiz, ucuz ve güvenilir olabilir mi?
Nükleer araştırmaların ilk meyvesinin hafızalarda bıraktığı tat ne yazık ki çok acı olmuştu. Nükleer santrallerde yaşanan kazalar da henüz küllenmemiş bu acıları yeniden alevlendirmişti. Nükleer konusunu sadece enerji yoğunluğu ya da karbon emisyonu gibi sayısal değerler üzerinden okumak mümkün değil. Nükleer enerji ucuz, temiz ve güvenilir bir kaynak olma iddiasındaysa, mutlak surette toplum hassasiyetine de tatmin edici cevaplar sunmak zorunda.
Bu çerçevede odaklanılması gereken üç ana başlık var. Öncelikle bir kaza riskinin ortadan kaldırılması gerekiyor. Sonrasında nükleer atık sorununa temiz ve sürdürülebilir bir çözüm üretilmesi gerekiyor. Son olarak da bu enerji kaynağının nükleer silahlanma ile ilişkisinin tamamen kesilmesi gerekiyor.
TerraPower ekibi, bu üç kriteri de sağlayabilir düşüncesiyle “yürüyen dalga reaktörü” (travelling-wave reactor, TWR) adı verilen bir teknolojiye odaklanma kararı alıyor. Bu teknoloji kağıt üzerinde bu kriterleri karşılıyor demek zor olsa da, en azından bir çözüm üretebilir görünüyor: Detaylarına birazdan bakacağız.
Teknolojik gelişmelerden illa ki nükleer reaktörler de nasibini aldı. Bugün geliştirilen reaktörlerin geçmişteki reaktörlerden daha güvenli olduğu bir gerçek. Bu güvenlik sistemleri elbette daha da geliştirilebilir. Dördüncü nesil reaktör çalışmaları bunun mümkün olduğunu gösteriyor. TerraPower’ın tercih ettiği yürüyen dalga reaktörü (TWR) gibi teknolojilerin, nükleer silahlanmayı zorlaştıran bir etkisi de olabilir. Enerji üretimi ve nükleer yakıt zenginleştirme süreçlerinin bağı kesildiğinde, yani uranyum zenginleştirmek için geliştirilen teknoloji aynı zamanda enerji de üretip kendini amorti edemeyecek olduğunda, nükleer enerji yatırımları silahlanma açısından cazibesini yitirecektir Ama tam olarak engelleyici bir etken olamayacağını da bilmemiz gerekir.
Projenin arkasındaki yatırımcılar ve teşvikler
Terrapower ilk olarak reaktörler inşa ederek değil, bilgisayar modelleri ve simülasyonlar vasıtasıyla araştırmalara odaklanan bir proje olarak hayata geçirildi. Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarından katılan nükleer enerji araştırmacıları ve Microsoft’tan katılan paralel işlem uzmanlarından meydana gelen bir ekip, bir yandan reaktör tasarımı için modelleme çalışmaları yaparken, bir yandan da bu simülasyonları yapabilecek bilgisayar kümelerini (cluster) oluşturmaya başladılar. Terrapower hiçbir zaman santraller inşa eden ve işleten bir firma olmayı planlamadı. TerraPower’ın hedefi ilk günden itibaren fikri mülkiyet odaklı bir iş fikri üzerinden ilerlemek ve tasarımlarını lisanslayarak gelir elde etmek oldu. Bu yaklaşım risk sermayedarları açısından çok cazip olmasa da, projenin arkasında Bill Gates gibi bir isim olunca işin rengi değişiyor.
Ancak şunu da belirtmek lazım: Bu projenin arkasında sadece Bill Gates var gibi bir algı oluşması yanlış olur. Bill Gates’in adı, kurucusu olduğu ve yatırımcılar arasında yer alan Cascade Investment nedeniyle öne çıkıyor. Ama birazdan üzerinde duracağım yatırımcılara ek olarak projeyi fonlayan kuruluşlar arasında ABD Enerji Bakanlığı ve Los Alamos Ulusal Laboratuvarı da yer alıyor. Yani ciddi devlet desteği de alan bir girişim TerraPower. ABD Enerji Bakanlığı kuruluş aşamasında sağladığı fon dışında, 2020 senesinde, yedi yıl içinde çalışan bir reaktör geliştirmeleri için TerraPower’a 80 milyon dolarlık bir fon daha sağladı. Bu fon, ABD’nin Wyoming eyaletinde Natrium™ adıyla bilinen, 345 MWe gücünde ve eriyik tuz bazlı bir enerji depolama sistemi de olan bir tesis inşası için kullanılıyor.
Biraz da projenin arkasındaki mütevazi (!) yatırımcı grubundan bahsedelim. Bill Gates tarafından kurulan Cascade Investement’a ek olarak Charles River Ventures ve Khosla Ventures da yatırımcılar arasında yer alıyor. 2011 senesinde Hindistan menşeili Reliance Industries’ın de azınlık hissesi aracılığıyla yatırım yapması neticesinde, Mukesh Ambani de yönetim kurulunda kendine bir yer bulmuştu. 2022 senesinde ise Samsung’un arkasında olan SK Group’un 250 milyon dolarlık yatırımını da, yönetim kurulunu şekillendiren önemli yatırımlar arasında gösterebiliriz.
Fikri mülkiyet aslında yatırımcılar açısından pek cazip bir iş modeli değil. Nihayetinde bir fikir satıyorsunuz. Ama TerraPower örneği gösteriyor ki işin arkasında hem milyarder, hem de medyatik bir isim olunca böyle bir yatırımcı portföyünü ve devlet desteklerini bonus gibi toplayabiliyorsunuz. Fikri mülkiyet kolay bir iş modeli değil. Özellikle nükleer reaktör gibi geliştirme süresi yıllara yayılan bir teknoloji üzerinde çalışıyorsanız. Çünkü siz patentini aldığınız teknolojiyi geliştirip, onaylarını alıp, fikri ticarileştirene kadar patentin süresinin dolması gibi bir durumla karşı karşıya kalabiliyorsunuz. O nedenle fikri mülkiyete dayalı bir iş modelinde rekabetçiliğini koruyabilmek için sürekli inovasyonlar yapıp yeni patentlerle kendi korumaya aldığınız bir kurguyu oluşturmanız gerekiyor.
Dediğim gibi, kolay bir iş değil. Özellikle dinamik ve üniversitelerin de aktif araştırma yaptığı bir alanda çalışıyorsanız. TerraPower’ın bu rekabeti kontrol altına almak için seçtiği yol, işbirlikleri yapmak. Üstelik bunu insanı şaşırtan bir ustalıkla beceriyorlar: Üniversite ve araştırma kurumlarıyla fikri mülkiyet haklarını paylaşmadan, sadece hizmet alımına istinaden ödeme yapacakları işbirlikleri kurguluyorlar. Üniversiteler araştırmalar için fon alıyor, ancak fikri mülkiyet TerraPower’da kalıyor. Yönetmesi zor bir konu ama sonuçlara bakılırsa ustalıkla çözümlenmiş görünüyor.
Ölüm atomlarından barış atomlarına
İkinci Dünya Savaşı sürecinde yapılan çalışmaların tek çıktısı atom bombası olmadı. Nükleer enerji çalışmaları da, nispeten daha sessiz bir şekilde de olsa, bu süreçte kendi yolculuğunu sürdürdü. İlk atom bombasını üretmek için İtalyan fizikçi Enrico Fermi’nin yönetiminde başlatılan Manhattan Projesi kapsamında, Chicago Pile-1 (CP1) adında bir nükleer reaktör geliştirilmişti. Chicago Üniversitesi Metalurji Laboratuvarı (merak edenler için detayı burada) bünyesinde geliştirilen CP1, 2 Aralık 1942 saat 15:25’te nükleer kritiklik düzeyine erişmiş, yani zincirleme tepkimenin sürekliliğini sağlayan nötron üretme seviyesine ulaşmıştı. Birazdan bu zincirleme tepkimenin ayrıntıları üzerinde duracağız.
CP1’in başarısı, devamında gelen süreçte daha büyük bomba için gerekli plütonyumun üretilmesini sağlayan, Washington Hanford Site’da kurulan reaktörlerin inşa edilmesinin önünü açtı. Sonrası ise malum: 6 Ağustos 1945 sabahında Japon İmparatorluğunun Hiroşima kentine bırakılan “Little Boy” adlı bombada uranyum-235, 9 Ağustos 1945 tarihinde Nagazaki’ye atılan “Fat Man” adlı bombada ise plütonyum-239 kullanılmıştı.
Nükleer ile ilk temasımıza savaş vesile olmuş ve iki büyük trajedinin yaşanmasına neden olmuştu. Ama savaş sonrası yıllarda işin rengi biraz değişmişti: Nükleer enerji ucuz ve “sonsuz” bir enerji kaynağı olarak toplum tarafından iyimser bir çerçevede karşılanır hale evrilmeye başlamıştı. Nükleer reaktörler aracılığıyla ilk elektrik üretimi 20 Aralık 1951 senesinde ABD’nin İdaho eyaletinde yer alan Arco şehrinin 29 km güneybatısında çöle kurulan ve orijinal adı Chicago Pile-4 olan EBR-I (experimental breeder reactor) reaktöründe gerçekleşti. Argonne Ulusal Laboratuvarının ilk direktörü olarak da tanınan nükleer fizikçi Walter Zinn yönetiminde geliştirilen reaktörden elde edilen veriler umut vericiydi: ABD Atom Enerjisi Komisyonu tarafından işletilen ve 200 kW güce sahip olacak şekilde tasarlanan reaktörün 20 Aralık 1951’deki ilk testinde 0,8 kW, ertesi gün yapılan ikinci testte ise 100 kW güce ulaşılmıştı. Daha birkaç sene önce Japonya’da iki katliama yol açan bir teknoloji, 1953 senesinde dönemin ABD başkanı Eisenhower’ın Birleşmiş Milletler’de yaptığı ünlü Barış İçin Atom (Atoms for Peace) konuşmasıyla rotasını farklı bir yöne doğru çevirmeye kararlı olduğunu topluma gösteriyordu. 1954 senesinde Atom Enerjisi Yasasıyla birlikte özel sektöre nükleerin kapıları da açılmış ve bu teknolojinin hızlı bir şekilde gelişmesine yönelik talep açıkça ortaya konmuştu.
Nükleer enerjiye yönelik yeşermeye başlayan güven ve umutlar bu teknolojinin farklı alanlarda kullanılması için gerekli araştırmaların da önünü açmıştı. Nükleer enerjiyi pratik amaçlarla kullanan ilk kurum Amerikan Donanması oldu. Nükleer enerjinin denizaltı ve uçak gemilerinde kullanılabileceğini göstermek amacıyla donanma bünyesinde faaliyete geçirilen SW1 prototip reaktörü, 1954 senesinin Ocak ayında USS Nautilus adındaki nükleer denizaltının denizlere açılmasına vesile olmuştu.
USS Nautilus, nükleer reaktör teknolojisinin gelişiminde önemli bir yere sahip: Denizaltılarda kullanılacak reaktörlerin alternatiflerine kıyasla hem daha kompakt, hem de mümkün olduğunca basit bir kullanımının olması gerekiyor. Bu kriterleri karşılayabilmesi nedeniyle o dönemde donanmanın USS Nautilus için tercih ettiği teknoloji basınçlı su reaktörleri (pressurized water reactor, PWR) olmuştu. Donanmanın denizaltılara uygun diye seçtiği bu teknoloji sonrasında enerji üretimi için de öne çıkmış ve ilerleyen yıllarda elektrik piyasalarında da tercih edilir olmuştu.
Soğuk savaş döneminde ABD devrim niteliği taşıyan bir teknoloji üzerine çalışır da, okyanusun diğer tarafı boş durur mu? Elbette hayır. 27 Haziran 1954 senesinde SSCB’de yer alan AM-1 Obninsk nükleer reaktörü ürettiği 5 MW elektrik gücüyle elektrik şebekesine ilk nükleer kaynaklı elektriği vermişti. Her ne kadar mütevazi bir üretim olsa da, ABD’nin liderliğine rağmen Ruslar’ın bu konuda ilk olması önemli bir gelişme olarak görülmeli. İlk ciddi diyebileceğimiz ticari girişim ise yine ABD dışından, bu sefer İngiltere’den gelmişti: Dünyanın ilk ticari nükleer reaktörü unvanına sahip Calder Hall reaktörü, 27 Ağustos 1956 senesinde ulusal şebekeye bağlanarak ilk üretimini gerçekleştirmişti. Yıllık net 360 GWh elektrik üretebilen bu reaktör, aynı zamanda İngiltere’nin nükleer silahlanma maksadıyla plütonyum-239 geliştirmesini de amaçlıyordu.
Nükleer enerjiye yönelik olumlu intibanın ve beklentilerin etkisiyle yeni reaktörlerin sayısı artmaya devam ediyordu. 1960’lı yılların başında dünya üzerindeki kurulu güç 1 GW altındayken, 1970’lerin sonuna gelindiğinde 100 GW kurulu güce ulaşılmıştı. Yetmişli yıllarda yaşanan gelişmeler, nükleerin cazibesine yer yer olumlu, ama bazen de olumsuz katkılar yapmıştı. Örneğin maliyetlerin artması nükleer santral gibi büyük tesislerin yapılmasını zorlaştırıyor, fosil yakıtların ucuzlaması ise nükleere yönelik ilginin zayıflamasına yol açıyordu. Nükleerin gelişimini destekleyen rüzgarlar içinde en önemlisi ABD’nin Yom Kippur savaşında İsrail’e verdiği destek neticesinde patlak veren 1973 senesindeki petrol krizi olmuştu. Bu krize kadar fosil yakıtlara dayalı teknolojilere sırtını yaslayan Fransa ve Japonya, krizle birlikte enerjide yönünü nükleere çevirmişti. Devamında gelen 15 sene içinde Fransa 25 nükleer santral inşa edip devreye aldı. Fransa’nın nükleer sevdası hâla devam ediyor: Faaliyette olan 56 reaktör, ülkenin elektrik ihtiyacının yaklaşık %70’ini karşılıyor.
Nükleere yönelik bu olumlu algıyı tersine çeviren, tahmin edeceğiniz gibi yaşanan kazalar olacaktı. Ancak bu kazalar öncesinde her şey toz pembeydi demek yanlış olur. 1960’lı yıllardan itibaren, özellikle akademik çevrelerde nükleerin tehlikelerine karşı endişelerini dile getirenler olmuştu. Bu itirazlar tam da doğru noktalara parmak basıyor, reaktörlerde yaşanması muhtemel kazaların olası sonuçları dile getiriliyor, nükleer silahlanmaya vesile olması da kaygıyla karşılanıyordu. Endişeler biriktikçe, toplumun tepkisi de güç kazandı. Örneğin 1970 senesinde Almanya’nın Whyl kasabasında başlayan nükleer karşıtı eylemler, burada inşa edilmesi planlanan bir nükleer santral projesinin 1975 senesinde iptal edilmesine neden olmuştu. Bu eylemlerin elde ettiği başarı, Avrupa ve Kuzey Amerika’da benzer endişelere sahip kesime cesaret vermiş ve başka karşıt eylemlerin de önünü açmıştı.
1970’lerin ortasına gelindiğinde ip yavaş yavaş gerilmeye başlamıştı. Bir yanda yeni reaktörler kurulurken, diğer yanda nükleer ciddi bir toplumsal gerilim meselesine dönüşmüştü. Bu tepkiler dolaylı şekilde de olsa yeni reaktörlerin kurulumunu sekteye uğratıyordu: Tepki büyüdükçe gerekli onay süreçleri yavaşlıyor, güvenlik kriterleri arttırıldıkça reaktör maliyetleri de yükseliyordu. Artan maliyetler birçok yeni reaktör projesinin rafa kaldırılmasına neden oluyordu.
Nükleer kazalar
Chernobyl
Şimdi gelelim gerilen bu ipin koptuğu noktaya.
Chernobyl öncesindeki süreçte nükleer çılgınlığı öyle bir noktaya ulaşmıştı ki, 1980’li yıllarda her on yedi günde bir reaktör devreye alınır olmuştu. Bu momentum neticesinde seksenlerin sonuna gelindiğinde dünya üzerindeki kurulu güç 300 GW düzeyine erişmişti. Size bir perspektif sunması açısından 2023 senesindeki duruma bakalım: Bu yazının hazırlandığı dönemde dünya genelinde kurulu 439 reaktör 389,5 GW kurulu güç üretiyor. Bu verilere göre seksenli yıllardaki çılgınlık sert bir duvara çarpmış ve reaktörlerin inşası birden bire durmuş gibi görünüyor, değil mi? Evet, doğru tahmin ediyorsunuz: Yeni reaktörlerin devreye alınmasını durduran bu sert duvarın adı Chernobyl.
Chernobyl hafızalarda en çok yer eden kazalardan biri, ama aslında ilk nükleer kaza bu değil. Etkileri Chernobyl kadar yıkıcı olmasa da daha önce yaşanan başka kazalarda oldu. Nükleer kazaların şiddetini sınıflandırmak için Uluslararası Atom Enerjisi Kurumu (IAEA) tarafından düzenlenen bir skala kullanılıyor (INES). Bu skala uyarınca gerçekleşen olaylar 0 ila 7 arasında bir puan ile sınıflandırılıyor. Herhangi bir güvenlik ihlaline vesile olmayan fakat normal operasyon sürecinden sapma olarak nitelendirilen olaylar 0 puan ile, büyük toplumsal etkileri olan facia niteliğindeki olaylar ise 7 puan ile sınıflandırılıyor. Tahmin edebileceğiniz üzere Chernobyl ve Fukushima’da yaşanan kazalar 7 ile sınıflandırıldıkları için, bugün kaza denildiğine aklımıza bu facialar geliyor. Ancak tarihte gerek nükleer reaktörlerde, gerekse nükleer denizaltılarda yaşanan ve ciddi sonuçları olan başka kazaların da yer aldığını bilelim. Amacım bunların dökümünü yapmak değil, ama kazaların Chernobyl ve Fukushima ile sınırlı olmadığının altını çizmek istiyorum.
Chernobyl felaketine geri dönelim: 1950’li yıllarda SSCB’de geliştirilen Yüksek Güçlü Kanal-Tipi Reaktör (RBMK) teknolojisine sahip Chernobyl’de yaşanan kaza yeni reaktörlerin devreye alınmasını durdurmuştu. O dönemde yaşanabilecek bir nükleer kazanın muhtemel sonuçları hakkında herkesin bir fikri vardı elbette. Ama kaza sonucunda ortaya çıkan tablo herkesi dehşete sürüklemişti. Böyle bir felaket sonrasında hiçbir şey olmamış gibi yeni reaktörlerin devreye alınmasına devam edilemezdi. Kaza sonrasında nükleer enerji alanındaki çalışmalar bir süreliğine sadece uluslararası güvenlik standartlarının ve mevzuatlarının oluşturulmasına yoğunlaştı.
Chernobyl dünya tarihindeki en büyük nükleer kaza olarak nitelendiriliyor: Kaza nedeniyle yaşanan direkt ölüm sayısı kayıtlara 56 olarak geçmişti. Ancak sonrasında yaşattığı ve ülkemizde de etkileri hissedilen tahribat çok büyüktü. Felaketten artakalanların temizlenebilmesi için 18 milyar Sovyet rublesi harcandığı tahmin ediyor. (Enflasyon etkisi dikkate alınarak bu bedelin 2019 senesindeki karşılığı yaklaşık 68 milyar dolar olarak hesaplanıyor. Covid-19 ve devamında gelen enflasyon etkileriyle bu bedelin 2023’te nasıl bir karşılığı olabileceğine dair herhangi bir veri bulamadım.) Bu felaket sonrasında hem nükleer santrallerde çalışacak operatörlerin yetiştirilmesi, hem de bir güvenlik farkındalığı yaratmak amacıyla 1986 senesinde Dünya Nükleer Operatörler Birliği (WANO) kuruldu. 1987 senesinde İtalya’da yapılan bir referandumla İtalya nükleer enerjiye hayır diyen ilk ülke oldu ve 1990 senesinde faaliyette olan tüm reaktörler kapattı.
Fukushima
2000’li yıllara gelindiğinde artık yavaş yavaş kamuoyunun farkındalık alanına girmeye başlayan iklim krizi, nükleer enerjiyi karbonsuz bir enerji kaynağı olarak tekrar gündeme taşımaya başlamıştı. Bunun çok güçlü bir geri dönüş olduğunu söylemek zor elbette ama bu süreç eğer hiçbir olumsuz haberle sarsılmasa, belki bugün nükleer enerjiyi tekrar eski momentumunu kazanmış ve küresel enerji üretimindeki payını arttırmış olarak görebilirdik.
Nükleerin toparlanma sürecine darbe vuran haber bu sefer Japonya’dan geldi. 11 Mart 2021 tarihinde Japonya’nın Tōhoku bölgesinde gerçekleşen 9,0 büyüklüğünde bir deprem tsunami tetiklemiş, bu tsunaminin etkisiyle Fukushima 1 nükleer reaktöründe atmosfere radyoaktif madde salımıyla sonuçlanan bir kaza yaşanmıştı. Tōhoku depreminin sıradan bir deprem olmadığını bilmemiz önemli: Yerel saate göre 14:46’da gerçekleşen depremin şiddeti ABD Jeolojik Araştırma Kurumu tarafından ilk olarak 7,9 olarak belirlenmiş, sonradan 8,8, ardından 8,9, son olarak 9,0 olarak güncellenmişti. Yaklaşık 6 dakika (evet, 6 dakika) süren deprem Japonya’nın gördüğü en büyük, dünyada ise yaşanan en şiddetli ilk beş depremden biri olarak kayıtlara geçmişti. Japon hükümetinin kararıyla depreme “Büyük Doğu Japonya Depremi” adı verilmişti.
Reaktörlerdeki güvenlik sistemleri aslında gerektiği şekilde devreye girmişti. Depremi hisseden güvenlik sistemi, otomatik olarak reaktörleri durdurmuş ve fisyon tepkimesini kesmişti. Ancak bu kesinti, reaktörlerin elektriğini de kesintiyle uğratmış ve jeneratörlerin devreye girmesine yol açmıştı. Reaktör çekirdeğinin soğutulmasını sağlayan suyun pompalanabilmesi için bu jeneratörlerin çalışır durumda olması hayati önem taşıyordu. Ama bir problem vardı: Denizden gelebilecek büyük dalgaları durdurmak için kurulan güvenlik duvarları, böyle büyük bir depremin tetikleyeceği ve boyu 14 metreyi bulan dalgaları hesaba katılarak inşa edilmemişti. Bu duvarları aşan dalgalar ile gelen su jeneratörlere de sızmış ve reaktörlerin soğutma pompalarını devre dışı bırakmıştı.
Sonuç: Üç gün boyunca süren üç nükleer erime, üç hidrojen patlaması ve atmosfere radyoaktif sızıntıyla sonuçlanan kabus dolu bir facia. Fukushima felaketi, Chernobyl faciasından sonra yaşanan tarihteki en büyük ikinci nükleer kaza olmuştu. Her ne kadar nükleer enerjinin imajı Fukushima’ya kadar bir toparlanma sürecine girmiş olsa da, tarih tekerrür ediyor, Chernobyl’den sonra yaşananların bir benzeri tekrar yaşanıyordu. Kaza öncesinde elektriğinin %30’unu nükleer santrallerde üreten ve bu oranı %40’a çıkarma planları yapan Japonya, kaza sonrasında tüm nükleer santrallerini kapattı. Almanya ise 2022 senesine kadar nükleer enerjiden tamamen çıkacağını beyan etti.
Kapatılan reaktörlerin bazıları bir daha açılmadı. Bazıları ise 2030 sonrasında nükleerden tamamen çıkma vaadiyle, güvenlik kontrollerini tamamlanarak 2015 sonrasında aşamalı olarak devreye alındı. Bu süreçte 27 reaktör için tekrar devreye alma başvurusu yapıldı, Ancak sadece 10 tanesine onay verildi. Bu on reaktör hala aktif olarak çalışıyor. 2023 yazında bu sayının 17’ye çıkarılması hedefleniyor. Almanya ise aktif kalan son 3 nükleer reaktörün çalışma süresini Ukrayna’daki savaşı gerekçe göstererek Nisan 2023’e kadar uzatma kararı aldı. Bu kararın arkasında durabilecekler mi, birlikte göreceğiz.
Fukushima sonrasında alınan kararların gevşemesi, ya da gevşemek zorunda kalması, her şeye rağmen nükleer enerjinin bazı artılarının olmasından kaynaklanıyor. Karbon salımının olmaması, iklim krizinin yönetilmesine yönelik bir avantaj sunuyor. Ayrıca fosil kökenli bir yakıt kullanılmıyor olması, hükümetlerin petrol ya da doğal gaz gibi bazı ülkelerde sıkışmış kaynaklara mahkum olmasını engelliyor. Fosil yakıtların (bu sene doğalgaz örneğinde gördüğümüze benzer) fiyat dalgalanmalarından etkilenmiyor. Hâlihazırda kurulu elektrik şebekelerine direkt entegre edilebiliyor ve yenilenebilir kaynaklarda olduğu gibi bir depolama ihtiyacı yaratmıyor. Hâl böyle olunca, hükümetler de nükleerden vazgeçmekte zorlanıyor.
Bir kaza olduğunda, ya da toplumda gerginlik yaratan yeni bir durum ortaya çıktığında, sadece anlık fotoğrafa bakılarak verilen sözler ve vaatler, zaman geçip de şartlar değiştiğinde farklı öncelikler nedeniyle rafa kaldırılabiliyor. Ukrayna savaşıyla birlikte fosil yakıt fiyatlarının arttığı, yakıt tedarikinin de riske girdiği 2022 senesinde Almanya’nın kömür santrallerini devreye almak durumunda kalışına birlikte tanık olduk. Nükleer için de benzer bir durum söz konusu. Nükleer enerjiden çıkma beyanları şimdilik askıya alınmış durumda. Bir sessizlik hâkim. Hatta bırakın çıkmayı, aksi yönde açıklamalar bile görüyoruz. Fransa’nın 2050 senesinde karbon nötr olabilme hedefiyle önümüzdeki on yıl içinde altı yeni reaktör daha devreye almayı planladığını açıklaması buna bir örnektir. Benzer açıklamalar geçtiğimiz sene Japonya’dan da gelmişti.
Nükleer enerjinin iklim kriziyle mücadele açısından bir potansiyeli var. Ama diğer yanda da yukarıda bahsettiğim riskler var. Eğer bu risklerin nasıl yönetileceğine yönelik etkili ve ikna edici çözümler üretilebilirse, nükleer enerji Chernobyl öncesindekine benzer bir atağa kalkabilir.
Birazdan TerraPower bu konuya nasıl yaklaşıyor, nasıl çözümler öneriyor, birlikte inceleyeceğiz. Ama bu çözümleri doğru değerlendirebilmek için, öncelikle nükleer enerji tam olarak nedir, nasıl çalışır, bir reaktörü oluşturan bileşenler nedir gibi sorulara doğru yanıtlar verebilir durumda olmamız gerekiyor. O zaman gelin, TerraPower’a geçmeden önce biraz da meselenin teknik tarafları üzerinde duralım.
Nükleer enerji 101
İşin teknik detayları sizi biraz yorabilir. Baştan belirteyim. Eğer konunun bu tarafıyla ilgilenmiyorsanız, “TerraPower farklı ne sunuyor?” başlığından okumaya devam edebilirsiniz.
Nasıl termik santraller fosil yakıtlar yakıldığında açığa çıkan ısıyı kullanıyorsa, nükleer santraller de kontrollü bir nükleer fisyon tepkimesinde açığa çıkan ısıyı kullanarak elektrik üretiyorlar. Her iki teknolojide de açığa çıkan ısı ile buhar üretiliyor. Buharlaşan su bir türbini ve ona bağlı bir jeneratörü döndürerek elektrik üretilmesine vesile oluyor. Meselenin özü aslında bu kadar basit.
Elektrik santrallerinin çalışma prensibi genel hatlarıyla birbirine benzer. Dolayısıyla anlaması kolay. Konu nükleer enerji olduğunda ısının nasıl üretildiği, yani kontrollü fisyon tepkimesinin ayrıntıları önem kazanıyor.
Fisyon (İngilizce: fission) bir şeyin iki ya da daha fazla parçaya bölünmesi anlamına geliyor. Nükleer enerji bağlamında bölünen ne olabilir? Evet doğru tahmin ettiniz: Atom çekirdeğinin bölünmesinden bahsediyoruz. Bir atom çekirdeğinin, kütle numarası daha küçük iki atom çekirdeğine bölünmesine nükleer fisyon adını veriyoruz. Nükleer fisyon her atomda görebileceğimiz bir durum değil: Sadece belli atomların bazı izotoplarında bunun mümkün olabildiğini görebiliyoruz, uranyum-235, uranyum-233 ya da plütonyum-239 gibi.
Bu bölünme gerçekleştiğinde atom çekirdekleri yanında kinetik enerji, gama ışıması ve yeni nötronlar da ortaya çıkıyor. Bu nötronlar yakındaki diğer atom çekirdeklerine çarparak onların da bölünmesine neden olursa, bu duruma zincirleme fisyon tepkimesi adını veriyoruz. Bu zincirleme tepkime eğer kontrol altına alınamaz ve serbestçe ilerlerse, çok şiddetli bir patlama ortaya çıkarabilir. Atom bombasında olan da bu zaten. Bu tepkime nükleer reaktörlerde daha yavaş, nükleer silahlarda daha hızlı, ama her iki durumda da benzer bir işleyiş ile ilerliyor. Nükleer reaktörlerde tepkimenin hızını kontrol altına almak için bor, kadmiyum, gümüş, hafniyum ve indiyum gibi nötron sönümleyebilen elementlerden üretilen kontrol çubukları kullanılıyor. Bu çubuklar reaktör içindeki fazladan nötronları yakalayarak, tepkime hızının kontrol altında tutulmasını sağlıyorlar.
Dünya üzerinde faaliyette olan tüm nükleer reaktörler zincirleme fisyon tepkimesi ile enerji üretiyor ve büyük çoğunluğu da yakıt olarak uranyum kullanıyor. Bu reaktörlere ek olarak nükleer füzyon (İngilizce: fusion) ile çalışan reaktörler üzerine çalışmalar da mevcut ama henüz faaliyete geçen bir reaktör yok. Yakın bir gelecekte de olacak gibi görünmüyor.
Uranyum rezervleri, sarı pasta ve zenginleştirme
Fisyon reaktörlerinde kullanılan uranyum nadir bulunan bir element değil. Yer kabuğunda kalay (2,3 ppm) ya da berilyum (2,8 ppm) ile benzer bir düzeyde, 2,7 ppm seviyesinde bulunuyor. [Not 1] Bir kıyaslama sunmak adına bu seviyenin molibdene (1,2 ppm) kıyasla yaklaşık 2,3 kat, gümüşe (0,075 ppm) kıyasla ise 36 kat daha yüksek olduğunu söyleyebiliriz. Yani yer kabuğunda çok az bulunan bir elementten bahsetmiyoruz. Uranyum kayalarda ve okyanus sularında da eser miktarda bulunabiliyor. Ancak uranyumu bu kaynaklardan elde etmeye çalışmak ticari açıdan pek mantıklı bir iş değil. O nedenle yüksek konsantrasyonda bulunabildiği madenlerden elde ediliyor. 2012 verilerine göre küresel uranyum üretiminin yaklaşık %13’ünü sağlayan Kanada’daki McArthur nehir madeni, buna bir örnektir.
Dünyadaki uranyum rezervlerinin dağılımına da bakalım: İlk sırada Avustralya’yı görüyoruz.. Bilinen rezervin %29’luk kısmı, yani neredeyse üçte biri Avustralya’da (yaklaşık 1,6 milyon ton) bulunuyor. Geriye kalan rezervlerde ise başı çeken ülkeler arasında %13 ile Kazakistan (745.000 ton) ve %9 ile Kanada (509.000 ton) geliyor. Hemen ardından gelen Rusya da ise yine %9’a denk gelen 507.000 tonluk bir rezerv olduğunu görüyoruz.
Türkiye’de durum nedir? Ülkemizde yapılan tetkiklere göre toplam 12.614 ton uranyum rezervimiz var (2017 verisi). Yani dünya rezervinin %0,2 gibi ufak bir kısmına sahibiz. Bu rezervin 6.700 tona denk gelen yaklaşık yarısı Yozgat Sorgun’da, 3.487 tonluk kısmı Manisa Köprübaşı’nda, 1.729 tonluk kısmı ise Aydın Demirtepe’de yer alıyor. Bunlara ek olarak daha ufak rezervlerin Uşak Eşme Fakılı ve Aydın Küçükçavdar bölgelerinde tespit edildiğini de biliyoruz. Kanada ve Avusturalya’daki yüksek tenörlü ve üretim maliyetleri düşük uranyum yatakları ile kıyaslandığında, ülkemizdeki yatakların ortalama tenör ve rezervleri, dünyaca kabul edilen ekonomik sınırlarında altında kalıyor.
Bu madenlerden elde edilen uranyum, liç işlemiyle sarı pasta (yellow cake, U3O8) olarak da bilinen yüksek konstrasyonlu bir toz formuna getirilerek taşınıyor. Sarı pasta üretimi, nükleer teknoloji geliştirmek isteyen ülkeler için kritik bir aşama olarak kabul ediliyor. Bu konuda ülkemizde yapılan çalışmalar da olmuştu. 1974 senesinde Manisa Köprübaşı’nda MTA tarafından kurulan tesislerde 1974 – 1982 yılları arasında 1.200 kg sarı pasta üretilmişti.
Şimdi gelelim meşhur zenginleştirme prosesine. Uranyum doğada bulunduğu haliyle zincirleme nükleer fisyon tepkimesine giremez. Dolayısıyla reaktörlerde yakıt olarak kullanılamaz. O nedenle sarı pasta aşamasından sonra uranyumun zenginleştirme adı verilen bir prosesten geçmesi gerekiyor. Uranyum doğada bulunduğu halde zincirleme fisyon tepkimesine giremez derken ne demek istiyoruz? Burada kilit konu, bölünebilen, yani fisyona uygun bir atom çekirdeği elde etmek. Uranyum doğal halde buna tam anlamıyla uygun değil. Doğada bulunan uranyumun %99,284’, bölünemeyen U-238 izotopundan oluşuyor. Zincirleme fisyon tepkimesine girme kabiliyeti olan U-235 izotopunun uranyum rezervleri içindeki payı ise %0,72. Bu düşük oran nedeniyle U-235’in karışım içindeki oranının arttırılması gerekiyor. Bu işleme zenginleştirme adını veriyoruz.
Hidrojen yerine ağır hidrojen (döteryum, H-2) izotopuna sahip yoğunluğu yüksek su kullanılan ve ağır su reaktörü (heavy water reactor, HWR) adı verilen reaktörlerde zenginleştirmeye ihtiyaç duyulmuyor. Bu reaktörler daha düşük bir nötron hızına sahip olduğu için, U-235 izotopunun nötronları yakalama olasılığı artıyor. Yani doğal uranyum içinde bulunan düşük miktardaki U-235, fisyon tepkimesi için yeterli oluyor. Ama dünyada en çok kullanılan reaktör tipi olan hafif su reaktörlerinde (light water reactor, LWR) uranyumun %3 ila %5 oranında U-235 içerecek şekilde zenginleştirilmesi gerekiyor. Zenginleştirilen uranyum daha sonra uranyum oksite (UO2) dönüştürülüp sinterlenerek pelletler haline getiriliyor ve geçmişte paslanmaz çelik, günümüzde ise zirkonyum alaşımlarından üretilen metal çubukların içine dolduruluyor. Böylece nükleer reaktörlerde kullanılan yakıt çubukları elde ediliyor.
Yakıtların kullanım verimi, reaktör türüne göre değişkenlik gösterebiliyor. Örneğin hafif su reaktörleri (LWR) düşük enerjili termal nötronlar vasıtasıyla yakıt içinde %3 ila %5 oranında yer alan U-235 fisyonuyla enerji ürettikleri için yakıt verimi düşük kalıyor. Hızlı nötron (fast neutron) reaktörlerinde ise durum farklı: 1 MeV ve üzeri enerjiyle hareket eden yüksek enerjili nötronlar sayesinde U-238, bölünebilen Pu-239 izotopuna dönüşerek reaktör içinde bölünebilir madde üretilmesini sağlıyor. Yani normalde bölünemeyen U-238 de bölünebilir izotoplara dönüştüğü için, hızlı nötron reaktörlerinde yakıt verimi doğal olarak artıyor.
Bu verim farkı, dünyanın uranyum rezervi bize ne kadar yeter sorusuna farklı cevaplar verilmesine yol açıyor: Yer kabuğunda yer alan uranyumun hepsi sadece hızlı nötron reaktörlerinde kullanılsaydı, yaklaşık 160.000 sene boyunca yetecek bir kaynağa sahip olabilirdik. Ama bu hesaplamayı günümüzde yaygın şekilde kullanılan hafif su reaktörleri üzerinden yaptığımızda 100 ila 670 sene arası bir süre boyunca yetecek bir rezervimiz olduğu sonucuna varıyoruz [Not 2].
Nükleer atık sınıfları ve bertaraf süreçleri
Nükleer enerjiye dair en çok endişe yaratan konulardan biri de atık meselesi. Nükleer atıklar düşük, orta ve yüksek seviyeli olmak üzere üç ana başlık altında sınıflandırılıyor.
- Düşük seviyeli atık (DSA): Adından da anlaşılabileceği üzere düşük radyoaktiviteye sahip, kıyafet ve taşıma kapları gibi az miktarda ve kısa ömürlü radyoaktivite ile temas sonucu oluşan atıklardan meydana geliyor. Nükleer atıkların yaklaşık %90 gibi bir oranı DSA olarak sınıflandırılıyor.
- Orta seviyeli atık (OSA): Nükleer yakıt ile birlikte kullanılan ekipmanlar, kullanılmış filtreler, reaktörden çıkan çelik komponentler, ve benzeri endüstriyel ekipmanlar orta seviyeli olarak sınıflandırılıyor ve toplam atığın %7 gibi bir kısmını oluşturuyor.
- Yüksek seviyeli atık (YSA): Yüksek miktarda ve uzun ömürlü elementleri barındıran atıkları içeriyor. Esas olarak kullanılmış nükleer yakıtlardan oluşan bu sınıf, toplam atığın yaklaşık %3 gibi bir kısmını oluşturuyor.
Nükleer atıkların büyük bir özen ve dikkat ile yönetilmesi gerekiyor. Bu atıklar içerisinde en tehlikeli olan yüksek seviyeli atıklar, reaktörden çıkarıldıktan sonra kullanılmış nükleer yakıt havuzlarında altı ile on yıl arası bir süre boyunca soğutularak saklanıyor. Sonrasında ise bertaraf süreci geliyor.
Bertaraf öncesinde ilk olarak atıkların uzun süreli depolamaya uygun bir forma dönüştürülmeleri gerekiyor. Bu dönüştürme işlemine atıkların hareketsiz hale getirilmesi (immobilizasyon) adı veriliyor. YSA hareketsizliği (immobilizasyonu) için 40 yılı aşkın bir süredir vitrifikasyon adı verilen bir yöntem ile kullanılmış yakıtlar camsı yapıya dönüştürülerek depolanabilir hale getiriliyor. Bu süreçte nükleer atık ilk olarak cam yapıcı malzemelerle karıştırıldıktan sonra 1000°C üzerine ısıtılıp eritiliyor. Sonra kalıplara dökülen bu sıvı camsı yapıda katılaştırılarak, son derece kararlı ve çözünmeye dayanıklı bir formda muhafaza edilmesi sağlanıyor. Bu amaçla kullanılan birçok farklı cam formülasyonu mevcut. Literatürde yer alan yaygın vitrifikasyon matrisleri arasında en yaygın olarak borosilikatlar, boro-alüminasilikatlar, demirfosfatlar, alüminosilikatlar gibi matris seçimlerini görebiliyoruz.
Atıkların bertarafı için kullanılan birkaç farklı yöntem var: Her ne kadar artık yasaklamış olsa da, uzun bir süre ne yazık ki okyanusa atmak bu yöntemlerden bir tanesiydi. 1946 – 1993 yılları arasında uzun bir süre boyunca nükleer atıklar okyanusa döküldü. 1975 senesinde yürürlüğe giren Londra Sözleşmesiyle yüksek seviyeli atıkların okyanusa boşaltılması, 1993 senesinde kabul edilen ve 1994 senesinde yürürlüğe giren yeni bir karar ile de radyoaktif atıkların denizlerde yok edilmesi tamamen yasaklandı.
Atık bertarafı için maalesef yaratıcı fikirler bulmakta zorlanıyoruz. Örneğin bertaraf için kullanılan bir diğer yöntem de atıkların yer altında gömülmesi. Buna teknik bir ifadeyle jeolojik bertaraf adı da veriliyor. Bu yöntem de birçok açıdan en az okyanuslardaki bertaraf kadar sıkıntılı: Atığın doğru bir şekilde hareketsizleştirilmemiş olması veya atıklardan muhtemel bir sızıntının su tablasını kirletebilmesi gibi durumların ortaya çıkma ihtimal, bu yöntemin de %100 güvenli olarak kabul edilmesini engelliyor.
Zincirleme fisyon tepkimelerinin doğal süreçlerle, yer altında kendiliğinden de gerçekleşebildiğini gösteren bazı bulgular, atıkları yer altına gömmenin meşru bir yöntem olduğuna insanları ikna etmek için zaman zaman kullanılıyor. Örneğin 1972 senesinde Afrika’nın batı kıyısında yer alan Gabon’daki Oklo madeninde, geçmişte doğal nükleer fisyon tepkimelerinin gerçekleştiğine dair bulgular tespit edilmişti. Bu keşiften 15 yıl kadar önce Japon-Amerikalı bilim insanı Paul Kuroda doğal fisyon tepkimelerinin mümkün olabileceğini kuramsal olarak öne sürmüştü. Kuroda’nın düşüncelerini Francis Perrin’in uranyum ve fisyon ürünlerinin izotop oranlarına bakarak, geçmişte Oklo madeninde fisyon tepkimelerinin gerçekleştiğine dair bulguları takip etmişti. Şu anda dünya üzerinde yer altında YSA bertarafı için kurulmuş herhangi bir ticari işletme yok. Finlandiya’nın batısında yer alan Olkiluoto Nükleer Santrali yakınlarında yer alan ve 2023 senesi içinde faaliyete geçmesi planlanan Onkalo atık bertaraf tesisi, bu konuda dünyada bir ilk olacak.
Nevada’da yer alan Yucca dağındaki nükleer atık depolama alanı da bir diğer örnek. Yukarıda belirttiğim endişeler nedeniyle 2002 senesinden bu yana, bu projenin fonlanması peş peşe gelen hükümetler arasında anlaşmazlık ve gerilim konusu oldu. Bugün görevde olan Biden yönetimi, bu projeyi desteklemeyeceğini 2021 senesinin Mayısa ayında net bir şekilde oraya koymuştu.
Nükleer atık meselesi gerçekten hassas, bir o kadar da tartışmalı bir konu. Öyle ki, akademik düzeyde kömür santrallerinin aslında nükleer santrallere kıyasla daha çok radyoaktivite yaydığına dair süregelen bir tartışma dahi var [Not 3]. Ben meselenin bu tarafına girmek istemiyorum, çünkü konuyu saptırmış olacağımızı düşünüyorum. Benim atık konusuna vurgu yapmamın nedeni, TerraPower’ın bu probleme bir çözüm önerebildiğini iddia etmesi. Yazının önceki kısımlarında hafif su reaktörlerinde (LWR) düşük enerjili termal nötronlar nedeniyle oldukça verimsiz bir yakıt kullanımı olduğunu belirtmiştim. Yakıtın verimsiz kullanılması, LWR’lerin yüksek oranda atık ürettiği anlamına geliyor. Terrapower’ın LWR atıklarını yakıt olarak kullanarak bu verimsizliğe nasıl bir çözüm önerdiğini birazdan ele alacağız.
Nükleer atıkların yeniden kullanılması sadece TerraPower’a mahsus bir özellik değil. LWR’ler de kendi atıklarını tekrar yakıt olarak kullanabiliyorlar. Kullanılmış yakıttan çıkarılan reaktör dereceli plütonyum, uranyum oksit ile karıştırılarak karma oksit yakıt (MOX) elde ediliyor. Ancak bu karma yakıt, hafif su reaktörlerinde yalnızca tek bir sefer kullanılabiliyor. Aradaki fark da burada ortaya çıkıyor: Hızlı nötron reaktörlerinde böyle bir kısıtlama yok. O nedenle hızlı nötron reaktörleri yakıt verimliliği açısından daha uygun, ancak daha maliyetli bir alternatif olarak öne çıkıyorlar.
TerraPower farklı ne sunuyor?
Yürüyen dalga reaktörü
TerraPower düşüncesinin 2007 senesinde Bill Gates, Nathan Myhrvold ve Lowell Wood’un bir beyin fırtınası neticesinde ortaya çıktığını belirtmiştim. Rivayete göre dünyanın yaşam standartlarını iyileştirmek için neler yapılabileceği üzerine kafa yoran bu üçlü, çözülmesi gereken en önemli sorunun ucuz, temiz ve güvenilir enerji üretimi olduğu sonucuna varmış, bunun için en uygun yöntemin nükleer olduğuna karar vermişti. Argümanlar sağlam bir şekilde ortaya konuşmuştu: Fosil yakıtları kullanmadığı için iklim krizi açısından masum kabul edilen nükleer enerji, güneş ve rüzgar gibi öne çıkan yenilenebilir kaynaklardan farklı olarak kesintisiz elektrik üretimini mümkün kılıyor, direkt olarak mevcut şebeke sistemine bağlanabiliyor ve pil ve benzeri depolama gerekliliklerini ortadan kaldırıyordu. Ama nükleer enerjinin de kendine özgü problemleri vardı – yukarıda bunları ele aldık. Bu problemlere yönelik teknik çözümlerin üretilmesi, nükleerin önünü açmak için yeterli olacaktı.
Bu düşüncelerle yola çıkan üçlü, enerji maliyetlerini düşürme, ucuz ve güvenilir enerjiyi tüm dünyanın erişimine sunma, nükleer silahlanma riskine karşı yakıt zenginleştirmeyi zorlaştırma ve nükleer atık sorununa yönelik çözümler sunma vizyonuyla TerraPower projesine adım attı. Mevcut ve geliştirilmekte olan bütün reaktör tasarımları üzerine yapılan değerlendirmeler neticesinde sodyum soğutmalı, üret ve yak (breed and burn) konseptli bir reaktör üzerine yoğunlaşma kararı alındı.
Hızlı reaktörler sınıfına giren ve yürüyen dalga reaktörü (travelling wave reactor, TWR) adı verilen TWR teknolojisinin en önemli özelliği zenginleştirme sürecine gerek olmadan hem doğal uranyumu, [Not 4] hem de hafif su reaktörlerinden (LWR) çıkan atık yakıtları kullanabiliyor olması. TWR’nin uranyumu yakıt olarak kullanabilmesi için çok az miktarda da olsa bölünebilir (fissile) yakıt içermesi yeterli. Yakıt içinde hareket eden dalgalar bir yandan bölünebilir maddeyi tüketirken, diğer yandan yerinde üreterek çekirdek ömrünün 60 yıl gibi uzun sürelere çıkmasına olanak sağlayabiliyor. Diğer bir deyişle yakıt kullanımı bir hafif su reaktörüne kıyasla 30 kat arttırılabiliyor. Bu teknolojiye dair doğru anlaşılması gereken en önemli nokta belki de bu. Ayrıca bir zenginleştirme sürecine gerek duyulmuyor olması da, bu teknolojinin nükleer silahlanma ile ilişkisini de kesiyor.
Bir noktayı anlamamız çok önemli. O yüzden tekrar yazacağım: Uranyum elementinin fisyon tepkimesine girebilen, yani bölünebilen U-235 adını verdiğimiz izotopu, doğal halde bulunan uranyumun %0,7 gibi bir kısmını oluşturuyor. Geriye kalan uranyum izotoplarının böyle bir özelliği yok. O nedenle yakıt verimini arttırmak için zenginleştirme adı verilen bir işlemle uranyum içindeki U-235 miktarının arttırılması gerekiyor. Bu işlem sonrasında bile yakıt içindeki U-235 oranı ancak %3 ila %5 mertebesine çıkartılabiliyor. Fakat TWR’nin kullandığı üret ve yak konseptinde yakıt bir yandan tüketilirken, diğer yandan yeni bölünebilir maddenin üretildiği bir tepkime yaratılıyor. Bu sayede yakıt verimliliği hem eşi görülmemiş bir şekilde artarken, uranyum zenginleştirmenin gerekliliği de ortadan kaldırılmış oluyor. Bir taşla iki kuş.
Üret ve yak konseptinin fikir babası TerraPower değil: 1958 senesinde Sovyet nükleer fizikçi Savely Moiseevich Feinberg tarafından bu konsepte yönelik bir hızlı reaktör tasarımının geliştirildiğini, devamında gelen yıllarda bu konu üzerine başka çalışmalar da yapıldığını biliyoruz. Bu çalışmaların detayına girmemize gerek yok. Ancak şu nokta önemli. Bu teknoloji üzerine geçmiş yıllarda yapılan çalışmalar, daha çok işin fizik boyutuyla ilgileniyor, nötronların davranışları üzerinden çekirdek performansının nasıl optimize edilebileceği gibi sorulara odaklanıyordu. Böyle bir reaktörün nasıl inşa edilebileceği, işin mühendislik ve teknik boyutunda yaşanabilecek sorunlar bu araştırmaların genel olarak kapsamı dışında kalıyordu. Ta ki 2008 senesinde TerraPower bugün TWR adı verilen bu teknolojiyi tüm zorlukları ve problemleriyle göğüsleme cesaretini gösterip bir gerçeğe dönüştürmek için yola çıkana kadar.
Soğutma sisteminin güvenliği ve enerji depolama
İşin pratik ve mühendislik tarafına adım attığınızda, risk analizleri ve muhtemel kaza senaryoları ister istemez ana odaklarınızdan bir haline gelmek durumunda. Bu açıdan önemli konulardan bir tanesi soğutma sistemleri. Tarihte yaşanan nükleer felaketler, güvenli bir soğutma sisteminin önemini doğruluyor: Chernobyl’deki reaktör erimesi ya da Fukushima’daki soğutma pompalarının devre dışı kalması gibi. TerraPower tarafındandan geliştirilen Natrium reaktörlerde, soğutma amacıyla su yerine eriyik sodyum kullanılıyor. Suya kıyasla daha yüksek bir kaynama noktası (882,8°C) olan eriyik sodyum kullanıldığında reaktör içindeki basınç da düşük seviyelerde (~0,1 MPa) tutulabiliyor.
Acil durumlarda devreye girmesi gereken soğutma sistemi için harici bir enerji kaynağı gerektirmiyor olması da bir diğer avantajı. Hatırlarsanız Fukushima felaketinde acil durumda devreye girmesi gereken pompalara ait jeneratörlerin nasıl devre dışı kaldığından bahsetmiştim. Natrium reaktörlerde reaktör kabı yardımcı soğutma sistemi (reactor vessel auxiliary cooling system – RVACS) adı verilen bir güvenlik soğutma sistemi yer alıyor. Bu sistemler acil bir durum ortaya çıktığında reaktör içindeki ısının dışarı taşınmasını sağlıyor. Eriyik sodyum ile çalışan ana soğutma sistemi bir nedenden devre dışı ya da yetersiz kaldığında otomatik devreye giren bu sistem, ısınan havanın doğal sirkülasyonu ile soğutma sağlıyor.
Natrium, eriyik tuz tankları içinde enerji depolama imkanına da sahip. Bu teknolojinin benzerini güneş santrallerinde de görüyoruz, o nedenle Natrium’a mahsus bir yenilik gibi göstermek doğru olmaz. Ama bu açından da bir çözüm sunuyor olduğunu bilmemizde fayda olduğunu düşünüyorum. Çünkü Natrium büyük ölçekli enerji depolama çözümü sunabilen ilk reaktör teknolojisi.
TerraPower, nükleer enerjiye dair bilinen ana problemlere kağıt üzerinde bir çözüm öneriyor. Ama bu çözümler gerçeklerle ne derece uyumlu olacak henüz net değil. TerraPower TWR üzerine çalışmaya başlayınca, kuramsal olarak mümkün görünen bazı beklentilerin gerçeklerle örtüşmediği tespit edildi. Örneğin TWR’de yakıtın %100 tüketilmesi teorik olarak mümkün görünse de, TerraPower’ın çalışmaları gerçek oranın %30’larda olduğunu gösteriyor. Mevcut teknolojilere kıyasla yine de iyi bir oran. Ama beklentiye kıyasla oldukça düşük. [Not 5]
TerraPower’ın finansmanı ve iş modeli
Böyle bir proje nasıl yatırımcı bulabilir?
Eğer TerraPower garajda sabahlayan bir grup üniversitelinin başlattığı bir startup olsaydı, muhtemelen yatırımcılar açısından direkt üzeri çizilecek bir proje olmaktan öteye gidemezdi. Bu kadar hassas ve büyük belirsizlikler barındıran bir fikre, girişimcilere inandığı için para yatıracak yatırımcılar bulmak kolay iş değil. O nedenle söz konusu nükleer enerji olunca girişimcilerden değil de, yatırımcılardan oluşan kurucular görmek sürpriz olmamalı.
Bill Gates, Intellectual Ventures kurucusu Nathan Myhrvold, Charles River Ventures’den Izhar Armony, yatırımcılar arasında yer alan isimlerden bazıları. Intellectual Ventures başkan yardımcısı Eben Frankenberg, aradıkları yatırımcı profilini “on milyon dolar kaybetmekten gocunmayacak, uzun vadeli vizyonu olan ve temiz enerjiyi önemseyen” kişiler olarak tarif etmişti. Bu cümlede geçen “on milyon dolar kaybetmekten gocunmayacak” ifadesi, TerraPower’ın nasıl bir beklenti ve vizyonlar hayata geçirildiğini özetliyor diye düşünüyorum.
Gelelim “TerraPower nasıl para kazanacak?” sorusuna.
TerraPower temel olarak üç kanal aracılığıyla gelir elde etmeyi planlıyor. Birinci ve ana gelir kaynağı olması beklenen kanal, fikri mülkiyet satışı: Özellikle erimiş tuz reaktörü (Molten Sodium Reactor – MSR) teknolojisi üzerine yoğunlaşan TerraPower, bu teknoloji üzerindeki fikri mülkiyetini üçüncü taraf şirketlere lisanslayarak gelir etmeyi hedefliyor. İkinci gelir kanalı, yine bilgi satışı üzerine kurulu: MSR teknolojisini geliştirmek için farklı şirketlerin projelerine destek vererek de gelir elde etmek istiyor. Şirketlerin nükleer yakıt döngüsü projelerine yatırım yaparak gelir elde etmek ise üçüncü gelir kanalı olarak gösteriliyor.
MSR teknolojisi üzerinde biraz duralım: MSR’ler, katı yakıt kullanan geleneksel nükleer reaktörlerden farklı olarak, genellikle sıvı uranyum veya toryum tuzlarından meydana gelen sıvı yakıtları kullanıyor. Sıvı haldeki bu yakıt, reaktör çekirdeğinde sürekli dolaşım halinde bulunuyor. Bu yakıt tuzları aynı zamanda soğutucu görevi görerek reaktördeki ısının eşanjöre taşınmasını ve elektrik üretimi için kullanılacak su buharının oluşturulmasını sağlıyor. MSR’ler, diğer nükleer reaktörlerden farklı olarak, daha yüksek çalışma sıcaklıklarında çalışabiliyorlar. Bu da reaktörün verimini arttırıyor. Ayrıca katı yerine sıvı yakıt kullanılması, reaktördeki nükleer reaksiyonları doğrudan kontrol etmek için daha fazla olanak sağladığı gibi, nükleer reaktörlerdeki yakıt elemanı arızalarına neden olabilecek yapısal sorunların çözülmesini de kolaylaştırıyor Özet olarak geleneksel alternatiflerine kıyasla daha verimli ve daha güvenli bir reaktör teknolojisinden bahsediyoruz.
Biz TerraPower’in nasıl para kazanacağı sorusuna geri dönelim. Az önce de bahsettiğim gibi TerraPower’ın ana gelir kaynağı fikri mülkiyet satışı. Daha yalın bir ifadeyle TerraPower reaktör inşa eden ya da işleten bir şirket olmak yerine, geliştirdiği teknolojiyi lisanslama yoluyla satan bir şirket olmak istiyor. Bunu da farklı modeller ile yapmayı planlıyor: Lisanlama sözleşmesinin şartlarına ve kullanım amaçlarına bağlı olarak şirketler tek seferlik bir ödeme ya da sürekli ödemelerle TerraPower’ın teknolojisine sahip olabiliyor. TerraPower, lisanslama anlaşmaları yapmak isteyen şirketlerin belirli bir nitelik düzeyine sahip olmasını ve yüksek güvenlik standartlarını karşılamasını talep ediyor. Anlaşma yapılan şirketler TerraPower lisansı ile nükleer reaktörler inşa etme hakkına sahip oluyor.
TerraPower 2015 senesinde bu gelir modelini meşrulaştırmak adına önemli bir adım atmış ve Çin Ulusal Nükleer Şirketi (CNNC) ile 600 MWe güce sahip bir prototip reaktör kurulumu için anlaşmıştı. Prototip kurulumu 2018 – 2025 yılları arasında tamamlanacak, devamında gelen süreçte ticari amaçla devreye alınacak 1150 MWe güce sahip reaktörler kurulacaktı. Ancak 2019’da Trump hükümetinin Çin ile girdiği anlaşmazlık (medyada anılan adıyla ticaret savaşı) neticesinde, teknoloji transferi kısıtlamaları gerekçe gösterilerek bu proje askıya alınmıştı.
TerraPower’ın karşısındaki tek engel ticari zorluklar değil. Ticari olarak başarılı olabilecek bir model ve teknoloji üretseler bile, aşmaları gereken büyük bir toplum hassasiyeti meselesi var. Üstelik altı boş bir hassasiyetten de bahsetmiyoruz.
Gelin bu bültene son vermeden önce kendimizi bu tartışmanın ortasına bırakalım ve tarafları bir dinleyelim. Bakalım bu kutuplaşmada TerraPower gerçekten bir uzlaşma imkânı bulabilir mi?
Nükleer enerji tartışması
Büyük felaketlere yol açan tek enerji kaynağı nükleer değil. Örneğin Çin’de yer alan Banqio barajı 1975 senesinde Nina Tayfunu sırasında Zhumadian’daki 62 baraj ile birlikte çökmüş ve yaklaşık 30 şehir ve 12.000 kilometrekarelik bir alanın sular altında kalmasına neden olmuştu. Ölü sayısına dair bugün hala net bir veri olmasa da, 170.000 ila 240.000’e varan sayıda kişinin hayatını kaybetmiş olacağı tahmin ediliyor [Not 6].
Bu korkunç felakete rağmen, HES’ler toplumun gözünde nükleer santrallere kıyasla çok daha masum kalıyor. Nedenini anlamak zor değil: Yazının girişinde insanlığın nükleer teknoloji ile imtihanının ne kadar travmatik ve trajik olaylarla dolu olduğunu özellikle vurgulamıştım. Bu travmaların toplumsal hafızamızda çok daha derin izler bırakmış olması anlaşılabilir bir durum.
Nükleer enerji taraftarlarının argümanları
Nükleer enerji taraftarlarının öne sürdüğü ilk argüman, fosil yakıtlara yönelik problemler çevresinde şekilleniyor: Herkes hemfikir olmasa da, nükleer enerji iklim krizi ile birlikte bir temiz enerji kaynağı statüsü kazandı. Hem sera gazı salımı yapmıyor olması, hem de Ukrayna savaşıyla hayatımıza giren doğal gaz problemlerinden muaf olması ister istemez nükleerin cazibesini arttırdı. Fosil yakıtların nihayetinde sınırlı birer kaynak olmaları da nükleerin pozisyonunu güçlendiren argümanlar arasında sıralanabilir.
Bu argümanlar arasında iklim krizine dayalı olanların özellikle destek gördüğünü ve çeşitli akademik araştırmalarla da desteklendiğini belirmekte fayda var. Örneğin 2013 senesinde yayımlanan bir araştırmada, küresel nükleer enerji kullanımının 64 gigatonluk CO2-eq salımını engelleyerek hava kirliliği kaynaklı ortalama 1,84 milyon kişinin ölümünün önüne geçtiği, nükleer enerji kullanımının devam etmesi durumunda 2050 senesine kadar 240 GtCO2-eq salımının engellenebileceği, bunun da hava kirliliği nedeniyle hayatını kaybedeceği öngörülen 7 milyon kişinin hayatını kurtaracağı hesaplanıyor. (Ayrıntılar için kaynaklarda: Kharecha ve Hassen, 2013.)
ABD Çevre Koruma Ajansı’nın dile getirdiği, kömür santrallerin yarattığı hava kirliliğine bağlı olarak yılda 30.000 kişinin hayatını kaybettiği verisi de, nükleer taraftarları tarafından dile getirilen bir diğer argümanın temelini oluşturuyor. Nükleer kazalar her ne kadar travmatik bir tablo yaratıyor ve medyanın gündemini işgal eden patlamalarla öne çıkıyor olsalar da, örneğin Chernobyl gibi bir felakette bile 60 civarında kayıtlı ölümün olması, aslında nükleere yönelik endişenin yersiz olduğunu dile getirmek için gösteriliyor. (Bunu haklı bir gerekçe olarak gördüğüm için değil, sadece bu tarafın argümanlarını masaya koymak için yazıyorum.)
Nükleer enerji karşıtlarının argümanları
Yazının içinde bunları sıklıkla dile getirdim: Nükleer kazaların sonuçları bile bu karşıtlığın nedenini anlamaya yeter. Zaten bu nedenle TerraPower ve benzeri şirketler özellikle güvenlik vurgusunu öne çıkarmak için gayret ediyorlar. Ancak karşıtlar nükleer enerjinin karmaşıklığı ve zorlukları nedeniyle, personel hataları ya da doğal afetler gibi birçok nedene bağlı olarak yüksek bir risk oluşturduğu konusunda hemfikirler.
Chernobyl felaketinde kayıtlı ölüm sayısı 60 civarında görünüyor. Ancak bir felaketin sonuçlarını değerlendirmek için tek kriter ölen kişi sayısı olmamalı: Devamında gelen süreci de dikkate aldığımızda felaketin bilançosu korkunç bir boyuta ulaşıyor. 2019 senesi itibariyle Chernobyl felaketinin toplam maliyetinin 68 milyar dolar, Fukushima’nın ise 187 milyar dolar düzeyinde olduğu öngörülüyor.
Nükleer enerji pahalı bir konu. Yenilenebilir enerji yatırımlarına kıyasla oldukça yüksek yatırım harcamaları gerektiriyor. O nedenle bu paranın yenilenebilir teknolojilere harcanması gerektiği, karşıtlar tarafından daha doğru ve sürdürülebilir bir yol olarak gösteriliyor.
Burada bir parantez açıp, pek dile getirilmeyen bir noktayı vurgulamakta fayda var: Yenilenebilir kaynaklar her ne kadar kurulum ve işletme masrafları açısından daha makul görünseler de, güneş ve rüzgar gibi kaynakların kesintili olmaları nedeniyle şebekeyi tek başlarına besleyebilmeleri için mutlaka depolama sistemlerine ihtiyaç olduğunu ve toplam maliyet içinde depolamanın da değerlendirilmesi gerektiğini unutmayalım.
Yukarıda bahsetmiştim: TerraPower’ın öne çıkan artılarından bir tanesi nükleer atık sorununa bir çözüm sunabiliyor olması. Ancak bu konuda da tereddütler olduğunu belirtmekte fayda var. Küçük modüler reaktör (small modular reactor – SMR) adıyla bilinen ve 300 MW altında kurulu güce sahip şekilde üretilen 4. nesil reaktörlerin daha az değil, aksine 2- 30 kat daha fazla atık ürettiğine dair bulguları akademik araştırmalarda görmeye başladık [Not 7]. Ama bu bulguların SMR işinin önünü kesmesi pek olası görünmüyor: SK’dan sonra Kore’nin en büyük ikinci holdingi olarak bilenen Hyundai Heavy, 2022 senesi sonunda TerraPower’ın SMR iş kolu için 30 milyon dolarlık bir yatırım yaptıklarını açıklamıştı.
Nükleer enerji taraftarları, nükleer enerjiyi en çok iklim krizi nedeniyle destekliyor demiştim. Karşıtlar bu konuda hemfikir değiller. Karşıtlara göre nükleer enerji iklim krizine çözüm olabilmek için hem çok pahalı, hem çok tehlikeli, hem de çok karmaşık bir teknoloji. O nedenle bir çözüm olarak önerilmesi bile, iklim krizine yönelik mantıklı ve sürdürülebilir çözümler açısından dikkat dağıtıcı bir unsur olarak değerlendiriliyor. Taraftarlar ise nükleerin dahil olmadığı bir geçiş planı yaratılmadan, %100 yenilenebilir enerjiye dayalı bir geleceğin mümkün görünmediğini savunuyorlar.
Konu oldukça sıcak ve taraflar uzlaşma zemini bulabilecek gibi görünmüyor.
Ortak zemin bulunması bu kadar zor bir kutuplaşmanın nasıl ortaya çıktığını anlamak zor değil. Yönetmesi ve çözüm üretmesi kolay bir konudan bahsetmiyoruz. Dünyanın en karmaşık ve zor sektörlerinden olan ve devletlerin de işin içinde olduğu enerji gibi hassas bir konuda, tek bir teknolojinin mucizevi bir çözüm sunmasını beklemek doğru değil. TerraPower her ne kadar kendini pazarlarken sanki tüm sorunları çözmüş gibi bir dil kullansa da, elbette resim bu kadar basit değil.
Ama bu parlatılmış dilin sadece nükleere mahsus olmadığını da belirtmek gerekir. Örneğin güneş panellerine dair bilinen ama pek su yüzüne çıkarılmayan problemler de var: Güneş panellerinin 30 yıllık bir ömrü olduğu söylense de, öngörülenden daha hızlı değiştiriliyor olması ve geri dönüşümlerinin oldukça pahalı olması nedeniyle paneller ömürlerini doldurduklarında atık haline geliyor. Uluslararası Yenilebilir Enerji Ajansı (IRENA) tarafından 2016 senesinde yayımlanan bir rapora göre 2030 sonrasında bu problem ciddi boyutta hissedilir hale gelmeye başlanacak. Mevcut teknolojiler ile devam edilmesi durumunda 2050 senesine gelindiğinde 78 milyon tonluk bir atığın birikmesi öngörülüyor. Ancak yenilenebilir enerji tartışmalarında işin bu tarafını pek görmüyoruz.
Sonuç: Biz ne öğrenebiliriz?
İlk bülteni “tarihi kazananlar yazar” diyerek kapatmıştık. Bu bültende milyarderleri de unutmamak gerektiğini görüyoruz.
Bu yazının amacı nükleer enerji doğru ya da yanlıştır gibi kesin bir yargı ortaya koymak değil. Avantajları yanında dikkate alınması gereken problemleri de olan bir teknoloji var karşımızda. İşin özeti aslında bu.
Benim bu konuyu Mühendishane’ye taşımaktaki amacım nükleer konusundaki görüşlerimi dile getirmek de değil: Esas nedeni, bir önceki bülten de ele aldığım ve dikey entegrasyon stratejisiyle her şeyi kendi bünyesinde yapmaya çalışan Tesla örneğinin karşı kutbu olarak gördüğüm, gerçek anlamda bir üretim yapmadan, sadece fikri mülkiyet ile para kazanma gayretinde olan bir teknoloji şirketi düşüncesinin de mümkün olabileceğinin altını çizmek. Belki sadece bu son cümleyi yazsam da yeterli olurdu ama konu derin ve hassas olduğu için meseleyi kapsamlı bir şekilde ele almak istedim.
İlk bültende bahsettiğim, Tesla’nın lityum madenciliğine kadar uzanması planlanan, gezegende eşi görülmemiş büyüklükte gigafabrikalar kurmasına vesile olan devasa dikey entegrasyon stratejinin aksine, TerraPower yaklaşık 930 m2 büyüklüğündeki Bellevue laboratuvarında geliştirmeye başladığı teknolojilerle milyar dolarlık ciroları hedefliyor. Bu işin devamında elbette prototipler ve pilot tesisler de yapılacak ama iş modelinin temelinde yer alan fikri mülkiyet, nihayetinde laboratuvar ölçeğinde geliştiriliyor.
Bu kadar riskli ve tehlikeli bir girişim, dünyanın en zenginleri için bile altından kalkması kolay iş değil: TerraPower CEO’su Chris Levesque’nin tahminine göre, sadece bir demo reaktörün inşası için 3 milyar düzeyinde bir harcama yapılması gerekiyor. TerraPower’ın arkasında neden böyle kuvvetli bir yatırımcı grubu olduğunu bu rakam ortaya koyuyor. Yatırımcılar dışında, Bill Gates’in devlet desteğini almak için yoğun temas ve girişimleri olduğu da yukarıda belirtmiştim. Zaten Çin ile yapmak istediği işbirliğini de bu çerçevede ele almak lazım. Sonuçta TerraPower Çin’de bayi açmıyor. Çin hükümeti ile bir anlaşma imzalıyor. Özet olarak vurgulamak istediğim mesaj şu: Üniversitelilerin garajda geliştirebileceği bir girişim fikrinden bahsetmiyoruz.
Daha önce de belirttiğim gibi fikri mülkiyet çok tercih edilen, yatırımcıların da sevdiği bir iş modeli değil. O nedenle girişimcilerin aynı zamanda yatırımcılardan oluşuyor olması ve işin içinde bir de dolar milyarderi bir ismin yer alması, üstelik nükleer gibi hassas bir konu mevzu bahis olduğunda tesadüf değil. Ama bu iş bir defa doğru bir şekilde yapılır ve tutarsa, ticari açıdan önünün açık olduğu da bir gerçek. Çünkü fikri mülkiyet üzerine kurulu iş modelinin en önemli avantajlarından bir tanesi rekabet üstünlüğü sağlıyor olması. Üzerinde çalıştığınız teknolojiyi yoğun bir finansman ile besleyebilir ve elde ettiğiniz kazanımları patentlerle koruma altına alabilirseniz, başkalarının benzer ürünler üretmesinin önüne geçebilir ve rekabet avantajıyla arayı açabilirsiniz. Bu şekilde koruma altına aldığınız teknolojinizi, işbirlikleri kurarak bir gelir kaynağına dönüştürebilirsiniz. Zaten TerraPower’ın iş modeli içinde bu düşünce yer alıyor.
Bu modelin en önemli zorluğu ise finansmanı. Sadece ar-ge harcamaları açısından değil, yeni patentlerle fikri mülkiyetinizi korumak için de finansman yaratmak durumundasınız. Özellikle teknoloji geliştirme süresinin uzun olduğu bir alandan bahsediyorsak: Alınan patentlerin süresi dolmadan yeni patentlerin devreye alınması gerekiyor ki, bu model çalışabilsin. Bu da sürekli, uzun süreli ve sağlam bir finansmanın şart olduğu anlamına geliyor. Bir de patent ihlalleriyle açmak durumunda kalabileceğiniz davaların masraflarını eklediğinizde, ekibe bir dolar milyarderi katmadan bu işe kalkışmak pek mantıklı görünmüyor.
Mühendishane’nin ikinci bülteninin de sonuna gelmiş bulunuyoruz. Buraya kadar okuyan herkes bir teşekkür yanında bence tebriki de hak ediyor. Okuması kolay yazılar olmadığının farkındayım. Eğer bültenlerden keyif alıyor ve yenileri yayımlandığında (bu çok sık olan bir şey değil) bir bildiğim almak istiyorsanız, aşağıdaki kutuya e-posta adresinizi yazarak abonelik yaptırabileceğinizi tekrar hatırlatmak istiyorum.
Hata bildirimi ve görüşleriniz
Yazıyı hazırlarken birçok kaynaktan bilgi toplamaya çalıştım. Aşağıda bu kaynakların bir listesini görebilirsiniz. Eğer yazıda gözünüze çarpan bir hata ya da yanlış aktarıldığını düşündüğünüz bir bilgi varsa, bu sayfadaki iletişim formu aracılığıyla benimle paylaşmanızdan mutluluk duyarım. Bunun dışında paylaşmak istediğiniz yorum ve görüşlerinizi de aynı form aracılığıyla bana iletebilirsiniz.
Notlar
1. Bu veri şu kaynaktan alınmıştır: “Abundance of elements in the earth’s crust and in the sea, CRC Handbook of Chemistry and Physics, 97th edition (2016–2017), p. 14-17.” Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü bünyesinde faaliyet gösteren Fizibilite Etütleri Daire Başkanlığının 2017 senesinde yayımladığı “Dünyada ve Türkiye’de Uranyum ve Toryum” başlıklı raporunda yer kabuğundaki uranyum miktarı 2 ile 4 ppm olarak verilmiş, 2017 verilerine göre ülkemizde 12.614 ton uranyum rezervi olduğu belirtilmiştir. (Geri dön.)
2. Bu yıl değerlendirmeleri, aşağıda listelenen kaynaklarda R.E.H. Sims et al. (2007) raporunda yer alan ve 2006 tarihli OECD değerlendirmesini esas alan Tablo 4.10 üzerinde görülebilir. Bu değerlendirmeye göre hafif su reaktörleri (LWR) üzerinden bir hesap yapıldığında 670 yıl yetecek uranyum rezervi olduğu belirtiliyor. Ancak bazı araştırmacılara göre bu biraz cömert yapılmış bir tahmin: Mevcut tüketim hızında uranyum rezervlerinin yüz yıldan biraz fazla yeteceğini öngören kaynaklar da mevcut. Örneğin kaynaklarda A. Monnet (2016) ve M.N. Haji et al. (2017) gibi. (Geri dön.)
3. Bu bilginin kökeni Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı araştırmacılarının 1978 senesinde Science dergisinde yayımladıkları bir makaleye dayanıyor ( Kaynaklarda: J.P. McBride et al. Science, 1978). Makale özetle 1000 MWe güç üreten bir kömür santraliyle aynı düzeyde güç üreten bir nükleer santralin atmosfere yaydığı radyoaktivite miktarını kıyaslıyor ve kömür santralinin daha çok radyoaktivite yaydığı sonucuna varıyor. Bu kıyaslama yapılırken kömür santralinin Çevre Koruma Teşkilatı (EPA) mevzuatına uygun şekilde atmosfere %1 uçucu kül salımı yaptığı ve bu külün 1 ppm uranyum, 2 ppm de toryum içerdiği kabul edilerek değerlendirme yapılıyor. Bu sonuçlar Scientific American dergisinde 2007 senesinde yayımlanan bir makalede tekrar değerlendirilmişti (Bu makalenin bilgilerini kaynaklarda bulabilirsiniz: M. Hvistendahl, Scientific American, 2007). (Geri dön.)
4. “Doğal uranyum” ifadesi ile periyodik tabloda gösterilen şekilde saf element formu değil, doğada bulunduğu haldeki, yani %0,711 U-235, %99,234 U-238 ve eser miktarda (%0,0055) U-234 izotop oranına sahip uranyum kastediliyor. TWR herhangi bir zenginleştirme işlemine gerek kalmadan, yani %0,711 düzeyindeki U-235’in %3 – %5 düzeyine çıkarılmasına ihtiyaç duyulmadan, bu doğal uranyumu tüketerek enerji üretebiliyor. (Geri dön.)
5. TWR’nin yakıtı %30 oranında tüketebildiği bilgisi, kaynaklarda yer alan W.A. Sahlman et al. (2012) raporunda sunulan veriler dikkate alınarak yazıldı. 2012 senesine ait bir veri. Sonraki yıllarda yakıt tüketim oranı arttırılmış olabilir. Ancak ben veriye ulaşamadım. (Geri dön.)
6. Bu konuda net bir veri bulamadım. Ancak E. Fish’e göre (Kaynaklarda: The Economic Observer, 2013) ölen kişi sayısı 171.000, Wikipedia ise üst limiti 240.000 kişi olarak belirtiyor. (Geri dön.)
7. Su, erimiş tuz ve sodyum soğutmalı SMR tasarımlarının, yönetim ve bertaraf edilmesi gereken nükleer atık hacmini 2 ila 30 kat artıracağını ortaya koyan bir araştırma için kaynakça kısmında Krall et al. (2022) incelenebilir. (Geri dön.)
Kaynaklar
Bültenlerde akademik bir nitelik peşinde olmadığım için kullandığım kaynakları yazı içinde numaralandırarak belirtmeyi tercih etmedim. Yine de kaynakları göstermek adına faydalandığım yayınların listesini aşağıda paylaşıyorum. (Not: Liste kaynakların yazıdaki kullanım sırasına göre değil, makale başlığı dikkate alınarak alfabetik sırada organize edildi.)
Yazar belirtilmemiş. After the Fukushima disaster, Japan swore to phase out nuclear power. But not anymore. NPR. 22 Aralık 2022. Link ➔
Yazar belirtilmemiş. Chernobyl: Assessment of Radiological and Health Impacts. 2002 Update of Chernobyl: Ten Years On. Nuclear Energy Agency, OECD-NEA. 2002. Link ➔
M. Hvistendahl, Coal Ash Is More Radioactive Than Nuclear Waste. Scientific American, 13 Aralık 2007. Link ➔
G. Eroğlu, M. Şahiner. Dünyada ve Türkiye’de Uranyum ve Toryum. Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü, Fizibilite Etütleri Daire Başkanlığı, Maden Serisi: 3. 2017. Ankara.
S. M. Feinberg, Discussion Comment, Rec. of Proc. Session B-10, ICPUAE, Birleşmiş Milletler. Cenevre, İsviçre. 1958. No. 2, Vol. 9, sf: 447,
A. Monnet, Disponibilité à long terme des ressources mondiales d’uranium. Doktora tezi. l’École Doctorale Économie et Gestion de Montpellier (EDEG). 2016. l’Université de Montpellier. Link [PDF] ➔
S. Weckend, A. Wade, G. Heath, End-of-life management. Solar Photovoltaic Panels. IRENA IEA-PVPS Report Number: T12-06:2016. 2016. Link ➔
R.E.H. Sims, R.N. Schock, A. Adegbululgbe, J. Fenhann, I. Konstantinaviciute, W. Moomaw, H.B. Nimir, B. Schlamadinger, J. Torres-Martínez, C. Turner, Y. Uchiyama, S.J.V. Vuori, N. Wamukonya, X. Zhang. Energy supply. In Climate Change 2007: Mitigation. Contribution of Working Group III to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. [B. Metz, O.R. Davidson, P.R. Bosch, R. Dave, L.A. Meyer (eds)], 2007. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA. Link [PDF] ➔
G.T. Rubin. Escape From Yucca Mountain: Biden Administration Promises Progress on Nuclear Waste. The Wall Street Journal, 14 Mayıs 2021. Link ➔
K.M. Kang. Hyundai Heavy to invest $30 million in TerraPower for SMR business. The Korea Economic Daily – Global Edition. 4 Kasım 2022. Link ➔
A. Boyle. Inside the lab where Bill Gates’ TerraPower is inventing the future of nuclear energy. GeekWire. 11 Ağustos 2019. Link ➔
B. Wang. Korea invests in Bill Gates TerraPower. Next Big Future. 30 Ağustos 2022. Link ➔
N. Muellner, N. Arnold, K. Gufler, W. Kromp, W. Renneberg, W. Liebert. Nuclear energy – The solution to climate change? Energy Policy. 2021. Vol. 155. 112363. Link ➔
L.M. Krall, A.M. Macfarlane, R.C. Ewing, Nuclear waste from small modular reactors. PNAS. 2022. Vol. 119. No 23.
M. Bulucu. Nükleer atıklar nasıl yönetiliyor? Trend analizi, Thinktech STM Teknolojik Düşünce Merkezi. Haziran 2018.
M.N. Haji, J. Drysdale, K. Buesseler; A.H. Slocum, Ocean Testing of a Symbiotic Device to Harvest Uranium From Seawater Through the Use of Shell Enclosures. The 27th International Ocean and Polar Engineering Conference, June 25–30, 2017, San Francisco, California, ABD. Link ➔
J.E. Bennett, H. Tamura-Wicks, R.M. Parks, R.T Burnett, C.A. Pope III, M.J. Bechle, J.D. Marshall, G. Danaei, M. Ezzati, Particulate matter air pollution and national and county life expectancy loss in the USA: A spatiotemporal analysis. 2019. Plos Medicine. 16, 7. sf: 1.
J. McCurry, Possible nuclear fuel find raises hopes of Fukushima plant breakthrough. The Guardian, 30 OCak 2017. Link ➔
P.A. Kharecha, J.E. Hansen, Prevented Mortality and Greenhouse Gas Emissions from Historical and Projected Nuclear Power. Environmental Science & Technology, 2013. Vol 47, sf: 4889.
M.L.F. Nascimento, D.R. Cassar, R. Ciolini, S.O. de Souza, F. D’Errico. Radioactive Waste Immobilization Using Vitreous Materials for Facilities in a Safe and Resilient Infrastructure Classified by Multivariate Exploratory Analyses. Infrastructures 2022, 7, sf: 120.
J.P. McBride, R.E. Moore, J.P. Witherspoon, R.E. Blanco. Radiological impact of airborne effluents of coal and nuclear plants. Science. 1978. 202(4372). sf: 1045.
R. Petroski, L. Wood, Sustainable, Full-Scope Nuclear Fission Energy at Planetary Scale. Sustainability, 2012. Vol. 4. Issue 11, sf: 3088,
W.A. Sahlman, R. Nanda, J.B. Lassiter III, J. McQuade, TerraPower, Harvard Business School Case 813-108, Kasım 2012.
P. Hejzlar, R. Petroski, J. Cheatham, N. Touran, M. Cohen, B. Truong, R. Latta, M. Werner, T. Burke, J. Tandy, M. Garrett, B. Johnson, T. Ellis, J. McWhirter, A. Odedra, P. Schweiger, D. Adkisson, J. Gilleland. TerraPower, LLC Travelling Wave Reactor Development Program Overview. Nuclear Engineering and Technology, 2013. Vol. 45, No. 6, sf:731. Link ➔
A. Atasu, S. Duran, L.N.V. Wassenhove. The Dark Side of Solar Power. As interest in clean energy surges, used solar panels are going straight into landfill. Harvard Business Review. 18 Haziran 2021. Link ➔
E. Fish. The Forgotten Legacy of the Banqiao Dam Collapse. The Economic Observer, 8 Şubat 2013. Link ➔
R. pomeroy. Why aren’t we building a travelling wave reactor in the U.S.? Real Clear Science. 26 Kasım 2019. Link ➔
Wikipedia makaleleri: