Keşfedin, Öğrenin ve Paylaşın
Evrim Ağacı'nda Aradığın Her Şeye Ulaşabilirsin!
Yeni Soru Sor
Paylaşım Yap
Sorulara Dön
Efe Ergin
Efe Ergin
48K UP
Üye 6 gün önce 2 Cevap
4

Ödüllü Soru Sizce yeryüzüne düşen yıldırımları nasıl kullanılabilir elektrik kaynağına çevirebiliriz?

Yıldırım enerjisi devasa bir boyutta. Yıldırımı kullanılabilir elektriğe dönüştürebilirsek dünyanın enerji ihtiyacını rahatlıkla karşılayabiliriz. Ama nasıl?
412 görüntülenme
Cevap Ver 500 UP
  • Şikayet Et
  • Mantık Hatası
0
  • Paylaş
  • Alıntıla
  • Alıntıları Göster
Tüm Reklamları Kapat
2 Cevap
Yusuf Tekin
Yusuf Tekin
21K UP
Yazılım Mühendisi 22 saat önce

Güzel bir soru olduğunu düşündüğüm için hızlı bir araştırma yapmak istedim. Sena Hanım cevabında birçok noktayı zaten açıklamış; ben de üzerine birkaç paragrafla katkıda bulunmak istedim.

Son zamanlarda gelişen teknoloji ile birileri bu alan üzerine araştırmalar ve yürürlükte olan çalışmalar var. Onlardan biri olan, LLR (The Laser Lightning Rod) adını verdikleri teknoloji ile yıldırımları sistemin belirlediği iyonize olmuş yollar ile daha önce belirlenmiş alanlara yönlendirerek yıldırımın milisaniyeler içerisinde boşalttığı enerji yakalayabilmek ve depolayabilmek istiyorlar. Hatta ilk testleri 2021 yazında, İsviçre'nin Säntis Dağı'nda gerçekleştirilen bir saha deneyi sırasında, LLR sistemi kullanılarak yıldırımın 50 metre boyunca lazerle oluşturulan plazma kanalı boyunca yönlendirildiği gözlemlendi. Bu deney, lazerle yıldırım yönlendirme konseptinin pratikte uygulanabilirliğini gösteren ilk başarılı saha denemelerinden biri olarak kabul edilmektedir. Ancak benim bulabildiğim bilgiler arasında bu saha 20 yıldır araştırma konusu.

Uydu verilerine dayanarak, buluttan yere ve buluta çakan şimşekler de dahil olmak üzere dünya genelinde toplam şimşek çakma oranının saniyede 40 ila 120 arasında olduğu tahmin ediliyor. 2021 yazında gerçekleştirilen deneyde, 1.030 nm dalga boyunda ve 1 kHz tekrarlama oranında pikosaniye süresinde ve 500 mJ enerjide darbeler yayan bir Yb:YAG lazeri, kuzeydoğu İsviçre'deki Säntis Dağı'nın tepesinde bulunan 124 metre yüksekliğindeki bir telekomünikasyon kulesinin yakınına yerleştirildi. Yılda yaklaşık 100 kez yıldırım düşen bu kule, yıldırım akımını, çeşitli mesafelerdeki elektromanyetik alanları, X ışınlarını ve yıldırım deşarjlarından kaynaklanan radyasyon kaynaklarını kaydetmek için birden fazla sensörle donatıldı. Lazer darbeleri yukarı doğru yönlendirildi ve Franklin çubuğuyla donatılmış kulenin ucuna yakın bir yerden geçen bir yayılma yolu vardı. Laboratuvardaki ön yatay yayılma kampanyasının sonuçlarına dayanarak, lazer koşulları, filamentli davranışın başlangıcının kulenin ucuna yakın, ancak üstünde başlaması ve en az 30 m uzunluğunda olması için ayarlandı.

Tüm Reklamları Kapat

nature.com

Kule en az 16 yıldırım çakmasıyla vuruldu, bunlardan dördü lazer aktivitesi sırasında meydana geldi. Yıldırım düşmesi sırasında lazeri başlangıçtan itibaren 50 m boyunca takip ettiği kayıt altına alındı.

nature.com

2021'de ki bu çalışmadan önce de 2004'te New Mexico'da, 2011'de Singapur da aynı mantıkta çalışan LLR sistemleri geliştirilmiş ancak çalıştığına dair herhangi bir veri tutulamadığını belirtiliyor. 2021'de yapılan bu araştırmanın ise başarılı olmasını aşağıdaki bazı nedenlere bağlıyorlar:

Yüksek Lazer Tekrarlama Oranı (kHz düzeyinde):

Säntis kampanyasının önceki girişimlere kıyasla daha başarılı olmasının önemli bir nedeni, lazerin saniyede çok daha fazla (kilohertz düzeyinde) atım yapabilmesidir. Bu, yıldırım çakmasından önce atmosferde gelişen tüm öncü olayların yakalanmasına olanak tanır.

Tüm Reklamları Kapat

Elektrik Alanındaki Yavaş Değişim:

Säntis'teki yıldırım çakmaları genellikle kendi kendine başladığı için, çakmadan önceki elektrik alan değişimleri çok yavaştır. Bu da lazerin daha fazla fırsat yakalayabilmesini sağlar.

Lazer "Hafızası" Mekanizması:

Yüksek tekrarlama oranı sayesinde, lazerle oluşturulan plazma yolları (filamentler) zaman içinde bir tür hafıza kazanır. Bu, iyonlaşma sırasında oluşan bazı yüklü parçacıkların (özellikle yüklü oksijen moleküllerinin) ortamda birikmesiyle olur.

Elektronların Kolay Serbest Kalması:

Bu yüklü oksijen molekülleri, normal moleküllere göre çok daha düşük enerjiyle elektron salabilir. Böylece atmosferdeki elektrik alan, bu elektronları kolayca serbest bırakabilir ve bir deşarj (yıldırım) sürecini tetikleyebilir.

Filamentlerin Yüklü Ortam Oluşturması:

Bu plazma yollarında biriken pozitif, negatif yüklü moleküller ve serbest elektronlar, elektrik alanına tepki verebilen, yani "polarize edilebilir" bir ortam oluşturur. Bu da yıldırımın belirli bir yöne yönlendirilmesini kolaylaştırabilir.

En nihayetinde bu alanda da çalışmalar devam ediyor ancak önümüzdeki yıllarda herhangi bir sonuç alsak dahi her geçen gün artan enerji tüketim miktarımız karşısında, yıldırımlar üzerinden depoladığımız enerji tamamıyla bir hiçten ibaret olacak.

Kaynaklar

  1. A. Houard, et al. (2023). Laser-Guided Lightning. Nature Photonics, sf: 231-235. doi: 10.1038/s41566-022-01139-z. | Arşiv Bağlantısı
3
  • Şikayet Et
  • Mantık Hatası
1
  • Paylaş
  • Alıntıla
  • Alıntıları Göster
Sena Küçükkıvanç
Bilgisayar Mühendisi 5 gün önce

Yıldırım enerjisi meselesi kulağa heyecan verici geliyor, kabul. Devasa bir güçten bahsediyoruz gibi duruyor, ama işin içine biraz girince, bu "dünyanın enerji ihtiyacını rahatlıkla karşılama" hayali biraz... problematize oluyor diyelim. Sorunun temelinde birkaç kritik yanılgı var:

Öncelikle, "Yıldırım enerjisi devasa bir boyutta" diyorsun ya, tek bir şimşek için evet, anlık gücü korkunç. Tipik bir yıldırım deşarjı, bir evi yaklaşık iki gün idare edecek kadar enerji () salabilir. Günümüz ortalama ev tüketimini yaklaşık alırsak, bu eder. Joule cinsinden ifade edersek:

Tüm Reklamları Kapat

Bu tek bir şimşek için fena bir enerji değil.[1]

Ancak bu "devasa boyut" ifadesi, küresel enerji tüketimimizle kıyaslandığında ve yıldırımların toplam potansiyeline bakıldığında yanıltıcı oluyor.

Dünyada saniyede ortalama 40-50 şimşek çakar (ortalama 44 alalım). Yıla vurduğumuzda bu:

Tüm Reklamları Kapat

Her birinden yukarıda hesapladığımız enerjiyi %100 verimle topladığımızı varsayalım (ki bu, termodinamik ve pratik mühendislik açısından imkansızın da ötesinde bir varsayımdır):

Dünyanın yıllık toplam enerji tüketimi ne kadar? 2023 itibarıyla yaklaşık civarında.

Eğer tüm şimşekleri %100 teorik verimle toplasak bile, dünya enerji ihtiyacının sadece yüzde kaçını karşılarız?

Evet, yanlış okumadık: %0.047

Güneş ışığının yere ulaştırdığı güç, yıldırımların ulaştırdığı gücün bir milyon katıdır. Bu bence enerji kaynağı olarak nereye odaklanmamız gerektiği konusunda net bir fikir veriyor.

"Yıldırımı kullanılabilir elektriğe dönüştürebilirsek..."

İşte burası işin en teknik ve çetrefilli kısmı. Yıldırım enerjisini "kullanılabilir elektriğe" dönüştürmek, önünde devasa teknolojik ve fiziksel engeller olan bir problem.

Spatiotemporal Volatility

Tüm Reklamları Kapat

Yıldırım, atmosferik koşulların karmaşık bir sonucu olarak son derece rastgele zaman ve konumlarda meydana gelen bir ark deşarjıdır. İzokeraunik seviyeler (belirli bir bölgedeki yıllık fırtınalı gün sayısı) veya yıldırım yoğunluk haritaları genel bölgeleri belirlese de, bir sonraki şimşeğin tam olarak nereye, ne zaman ve hangi parametrelerle (tepe akımı, toplam yük transferi, darbe süresi vb.) düşeceğini öngörmek imkansızdır. Bu da yakalama altyapısının nasıl ve nereye konuşlandırılacağı sorununu doğurur. Her metrekareye bir yakalama sistemi kuramazsın; bu hem ekonomik hem de pratik olarak mümkün değil.

Transient Nature & Extreme Power Density

Bir yıldırımın enerjisi, tipik olarak ila (yani ila saniye) gibi inanılmaz kısa bir geçici rejim (transient regime) içinde boşalır. Ortalama alalım.

Tüm Reklamları Kapat

Anlık tepe gücü () hesaplayalım:

Bu, birçok nükleer santralin toplam gücünden bile fazladır, ama sadece saniyenin milyonda biri kadar bir süre için. Yıldırım kanalındaki potansiyel farkı - Volt (V) ve tepe akımları - Amper (A) mertebelerindedir. Bu kadar devasa bir elektromanyetik darbeyi (EMP - Electromagnetic Pulse) hangi malzeme, hangi devre elemanı anlık olarak ve önemli bir kayıp ( kayıpları, dielektrik kayıpları, korona deşarjı kayıpları) olmadan yakalayıp bir sonraki aşamaya aktaracak? Standart iletkenler buharlaşır veya erir, izolasyon malzemelerinin dielektrik dayanımı aşılır ve delinir (dielectric breakdown).

Energy Storage

Tüm Reklamları Kapat

Diyelim ki bu anlık ve devasa enerjiyi bir şekilde "yakaladın". Bu enerjiyi nasıl depolayacaksın?

Bir süperkapasitör (ultracapacitor) kullandığımızı varsayalım. formülünden, enerjiyi depolamak için, eğer yıldırımın milyonlarca voltluk gerilimini bir şekilde (muazzam zorluklarla) seviyesine güvenli ve verimli bir şekilde indirebildiğimizi hayal edelim:

Bu, (mikroFarad) demektir. Bu kapasitörün sadece bu devasa kapasiteye sahip olması değil, aynı zamanda yüzbinlerce volta dayanması ve en önemlisi nanosaniye-mikrosaniye mertebesinde bu devasa akımlarla şarj olabilmesi (yani ESR - Equivalent Series Resistance değerinin aşırı düşük olması) gerekir. Günümüz teknolojisiyle bu boyutta, bu gerilim seviyesinde ve bu şarj/deşarj hızında bir depolama birimi hem aşırı maliyetli hem de pratikte sürdürülebilir değildir. Lityum-iyon pillerin güç yoğunluğu () ve şarj kabul hızları bu tür bir uygulama için komik derecede yetersiz kalır.

Conversion Efficiency & Impedance Matching

Yakaladığın ham, kaotik ve aşırı yüksek gerilimli/akımlı enerjiyi, şebekeye uygun, stabil bir AC (Alternating Current) forma dönüştürmek başlı başına bir kabustur. Yıldırımın kaynak empedansı ile yakalama sisteminin ve depolama biriminin giriş empedansı arasında bir empedans uyumu sağlamak, maksimum güç transferi için kritik olsa bile, yıldırımın değişken ve öngörülemez doğası nedeniyle neredeyse imkansızdır. Ark kayıpları, korona deşarjları, anahtarlama elemanlarındaki kayıplar (eğer bu kadar hızlı ve güçlü anahtarlar icat edilebilirse) toplam verimi daha da düşürecektir.

Böyle bir sistemin kendisi de bir sonraki yıldırım düşmesinde hedef olup buharlaşabilir. Muazzam topraklama sistemleri, Faraday kafesleri ve aşırı gerilim koruma devreleri gerekecektir. Bu altyapının maliyeti, elde edilecek cüzi miktardaki enerjiyle kıyaslandığında astronomik kalacaktır.

Dolayısıyla, "Yıldırımı kullanılabilir elektriğe dönüştürebilirsek dünyanın enerji ihtiyacını rahatlıkla karşılayabiliriz" varsayımın, maalesef hem mevcut toplam enerji potansiyeli açısından (güneş gibi diğer yenilenebilir kaynaklara kıyasla çok çok düşük) hem de yakalama, depolama ve dönüştürme teknolojisinin karşı karşıya olduğu aşılması neredeyse imkansız fiziksel, mühendislik ve ekonomik sınırlar açısından ciddi şekilde hatalıdır.

Yıldırım, doğanın muazzam bir güç gösterisidir, evet. Ancak bu gücü evcilleştirip prize takılabilir hale getirmek, mevcut ve öngörülebilir gelecekteki teknolojilerle pratik ve ekonomik bir çözüm sunmaktan çok uzaktır. Yıldırımdan enerji üretmek, kasırgalarla çalışan bir rüzgar türbini inşa etmeye benzer: çok havalı olurdu... ama pratik değil.

115 görüntülenme

Kaynaklar

  1. Inch Calculator. Kilowatt-Hours To Joules Conversion (Kwh To J) - Inch Calculator. (9 Mayıs 2025). Alındığı Tarih: 20 Mayıs 2025. Alındığı Yer: Inch Calculator | Arşiv Bağlantısı
18
  • Şikayet Et
  • Mantık Hatası
0
  • Paylaş
  • Alıntıla
  • Alıntıları Göster
Daha Fazla Cevap Göster
Cevap Ver
Evrim Ağacı Soru & Cevap Platformu, Türkiye'deki bilimseverler tarafından kolektif ve öz denetime dayalı bir şekilde sürdürülen, özgür bir ortamdır. Evrim Ağacı tarafından yayınlanan makalelerin aksine, bu platforma girilen soru ve cevapların içeriği veya gerçek/doğru olup olmadıkları Evrim Ağacı yönetimi tarafından denetlenmemektedir. Evrim Ağacı, bu platformda yayınlanan cevapları herhangi bir şekilde desteklememekte veya doğruluğunu garanti etmemektedir. Doğru olmadığını düşündüğünüz cevapları, size sunulan denetim araçlarıyla işaretleyebilir, daha doğru olan cevapları kaynaklarıyla girebilir ve oylama araçlarıyla platformun daha güvenilir bir ortama evrimleşmesine katkı sağlayabilirsiniz.
Popüler Yazılar
30 gün
90 gün
1 yıl
Evrim Ağacı'na Destek Ol

Evrim Ağacı'nın %100 okur destekli bir bilim platformu olduğunu biliyor muydunuz? Evrim Ağacı'nın maddi destekçileri arasına katılarak Türkiye'de bilimin yayılmasına güç katın.

Evrim Ağacı'nı Takip Et!
Aklımdan Geçen
Komünite Seç
Aklımdan Geçen
Fark Ettim ki...
Bugün Öğrendim ki...
İşe Yarar İpucu
Bilim Haberleri
Hikaye Fikri
Video Konu Önerisi
Başlık
Kafana takılan neler var?
Gündem
Bağlantı
Ekle
Soru Sor
Stiller
Kurallar
Komünite Kuralları
Bu komünite, aklınızdan geçen düşünceleri Evrim Ağacı ailesiyle paylaşabilmeniz içindir. Yapacağınız paylaşımlar Evrim Ağacı'nın kurallarına tabidir. Ayrıca bu komünitenin ek kurallarına da uymanız gerekmektedir.
1
Bilim kimliğinizi önceleyin.
Evrim Ağacı bir bilim platformudur. Dolayısıyla aklınızdan geçen her şeyden ziyade, bilim veya yaşamla ilgili olabilecek düşüncelerinizle ilgileniyoruz.
2
Propaganda ve baskı amaçlı kullanmayın.
Herkesin aklından her şey geçebilir; fakat bu platformun amacı, insanların belli ideolojiler için propaganda yapmaları veya başkaları üzerinde baskı kurma amacıyla geliştirilmemiştir. Paylaştığınız fikirlerin değer kattığından emin olun.
3
Gerilim yaratmayın.
Gerilim, tersleme, tahrik, taciz, alay, dedikodu, trollük, vurdumduymazlık, duyarsızlık, ırkçılık, bağnazlık, nefret söylemi, azınlıklara saldırı, fanatizm, holiganlık, sloganlar yasaktır.
4
Değer katın; hassas konulardan ve öznel yoruma açık alanlardan uzak durun.
Bu komünitenin amacı okurlara hayatla ilgili keyifli farkındalıklar yaşatabilmektir. Din, politika, spor, aktüel konular gibi anlık tepkilere neden olabilecek konulardaki tespitlerden kaçının. Ayrıca aklınızdan geçenlerin Türkiye’deki bilim komünitesine değer katması beklenmektedir.
5
Cevap hakkı doğurmayın.
Aklınızdan geçenlerin bu platformda bulunmuyor olabilecek kişilere cevap hakkı doğurmadığından emin olun.

Bize Ulaşın

ve seni takip ediyor

Göster

Şifremi unuttum Üyelik Aktivasyonu

Göster

Şifrenizi mi unuttunuz? Lütfen e-posta adresinizi giriniz. E-posta adresinize şifrenizi sıfırlamak için bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Eğer aktivasyon kodunu almadıysanız lütfen e-posta adresinizi giriniz. Üyeliğinizi aktive etmek için e-posta adresinize bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Close