ASPİLSAN Enerji tarafından düzenlenen 6. Pil Teknolojileri Çalıştayı’nda dünyadaki teknolojik gelişmeler ve iklim değişikliği çerçevesinde enerji çözümleri ele alındı. Dışa bağımlılığı azaltacak yerli ve milli pil hücresi üzerine bilgilendirici paneller sektörde söz sahibi kurumların önemli temsilcilerini ve önde gelen üniversitelerden akademisyenleri bir araya getirdi.
Pil Teknolojileri Çalıştayı Program Akışı
6. Pil Teknolojileri Çalıştayı’nda “teknolojik gelişmeler ve küresel iklim değişikliği çerçevesinde enerji çözümleri”, “pil teknolojisindeki gelişmeler ve e-mobilite başta olmak üzere artan pil ihtiyacına yönelik çözümler”, “Türkiye’de yerli ve milli pil üretimi ve pil üretiminde ham madde tedariki” olmak üzere üç ana temada on iki ayrı panel düzenlendi.
Sizler için bu panellerde verilen önemli bilgileri derledik.
Pil Teknolojileri Çalıştayı’nda İlk Gün
Şebekeye Bağlı Elektrik Depolama Sistemlerinin Önü Açıldı
2050 yılında Net Sıfır Emisyon hedefine ulaşılabilmesi için büyük öneme sahip yenilenebilir enerjinin etkili bir şekilde kullanılabilmesi için mekanik, elektrokimyasal, elektriksel ve ısıl enerji depolama sistemleri de önemli bir yere sahiptir. Üretilen saatlik yenilenebilir enerji miktarının artması saatlik enerji maliyetlerini de olumlu yönde etkilemektedir. Puant (zirve) tüketimin azaltılması amacıyla depolama tesislerinin hızla yaygınlaşması gerekmektedir. Bu yıl EPDK tarafından yayınlanan mevzuat ve TEİAŞ tarafından yayınlanan teknik kriterler sayesinde şebekeye bağlı enerji depolama sistemlerinin önü açılmış oldu.
Güneş ve Rüzgar Enerjisiyle Enerji Depolama Sistemlerine Daha Çok Önem Vermeliyiz
Ülkemizin Net Sıfır Emisyon hedeflerine giden yolda fosil yakıtlı santrallerini kaparak yenilenebilir enerjiye geçişi sürecinde her yıl ortalama 3 GW güneş enerjisi kurulu gücünü devreye alması gerekmektedir. Ancak kurulumlar yıllık 0,8-1,2 GW seviyelerinde kalmaktadır.
Depolamalı güneş enerjisi santralleri, güneş enerjisinin en ucuz kaynak olması ve santrallerin ölçeklenebilir olması nedeniyle iyi bir baz yük santrali olmaya adaydır. Depolamalı yenilenebilir enerji santralleri, nükleer enerji gibi temiz baz yük santrallerine de önemli ve çevreci bir alternatif ortaya çıkıyor. Bu amaçla güneş enerjisiyle rüzgar enerjisine ve şebekeye bağlı enerji depolama sistemlerine yatırım yapılmalıdır.
2030 yılında ülkemizin RES ve GES kurulu gücünün toplamda 35-40 GW’ı geçeceğini düşünürsek bu durumda yıl içinde öğle saatlerinde elektrik üretimde %100 yenilenebilir (HES’ler dahil) oranını görebiliriz. Yenilebilir enerjinin şebekeye olan yükünü azaltmak ve yıl boyunca yüksek oranda yenilenebilir enerji hedeflerine ulaşmak için depolama sistemlerinin kurulumuna büyük önem vermeliyiz.
4 saat depolamalı santraller üretim anındaki kısa süreli dengesizlikleri ortadan kaldırırken 16 saat depolamalı santraller ise gün içinde dengesizlikleri ortadan kaldırmaktadır. 16 saat depolamalı güneş enerjisi santralleri için 10 MWe trafo gücü, 36 MWp DC panel gücü, 172 MWh batarya kapasitesi, 1800 kWh/m² ışıma miktarı ve %4,4 iç karlılık oranı varsayıldığında yatırımın ortalama geri dönüş süresi 16 yıl olarak hesaplanmaktadır. Panel ve batarya sistemlerindeki fiyat düşüşleri ile ilerleyen yıllarda geri dönüş sürelerinin önemli ölçüde düşeceği düşünülüyor.
Elektrikli Araç Kullanımı Karbon Emisyonunu Önemli Ölçüde Azaltıyor
Kömürden elektrik üretim miktarı çok yüksek ülkelerde elektrikli araçların benzinli araçlara göre daha yüksek karbon emisyonuna sebep olması beklenirken; İstanbul trafiğinde benzinli bir aracın 183,4 g/km (karbondioksit eşdeğeri emisyon) emisyona, elektrikli bir aracınsa 73,9 g/km emisyona neden olacağı hesaplanmaktadır. Bu da ülkemizde elektrikli araç kullanımının karbon emisyonlarını düşüreceğini göstermektedir.
Elektrikli Araçlar Üretimde Değil Ancak Uzun Vadede Çok Daha Çevreci
Batarya paketi üretiminde harcanan enerjinin %75’i (861 MJ/kWh) hücre üretimi için gerekli aşamalardan kaynaklanmaktadır. Hücre üretiminde harcanan enerjinin %26,5’i katot üretiminden, %25’i hücre üretiminden (montajından), %21’i lityum karbonat üretiminden, %11,5’i anot üretiminden, %10’u akım toplayıcı üretiminden, %4’ü elektrolit üretiminden, %1,2’si seperatör üretiminden ve %0,8’i ise bağlayıcı üretiminden kaynaklanmaktadır. NMC-Grafit hücreli batarya paketi üretimindeki karbondioksit salımının (73 g/kWh) %39’u katot tozu (NMC) üretiminden, %19’u hücre montajından ve %7,5’i ise anot üretiminden (grafit) kaynaklanmaktadır. Bataryalı araçlar yola fosil yakıtlı araçların iki katı karbondioksit emisyonu ile çıksa da (üretim aşamasından kaynaklı) operasyonel olarak daha az salım yaptıkları için uzun vadede çevre için çok daha faydalı hale geliyorlar.
Enerji Üretimi İçin Boğazlarımız Önemli Bir Yere Sahip
Karadeniz’in bir iç deniz olması ve beslendiği bir çok su kaynağının olması nedeniyle su seviyesi Marmara’dan ortalama 40-60 cm daha yukarıdadır. Baharda nehirlerin beslemesiyle birlikte Karadeniz’in Marmara’ya göre kot farkı 180 cm’ye kadar çıkmaktadır. Saatte 13 km’ye (7 knot) varan akıntı hızı ile İstanbul ve Çanakkale Boğazlarının altına kurulacak 8 bin adet hidrotürbinle 8 GW’a kadar elektrik üretiminin mümkün olabileceği hesaplanmaktadır.
Yeşil Hidrojene Ülkemizin Rafineri Sektörü de Yatırım Yapacak
Hidrojen gazı, yandığında kütlesine göre en yüksek kimyasal enerji yoğunluğuna sahip enerji kaynağı olarak ön plana çıkıyor. Aynı zamanda yandığında yalnızca su buharının çıkması ve yenilenebilir enerji kullanılarak elde edilen elektrik sayesinde sudan üretilebilen hidrojen gazı, karbon nötr olma yolunda ilerleyen her ülke için büyük bir öneme sahip. Kavramsal olarak üretim biçimine ve çevreciliğine bağlı olarak farklı renklere sahip olan hidrojenin, yenilenebilir kaynaklar kullanılarak elde edilen en çevreci hali “yeşil hidrojen” olarak adlandırılmaktadır.
Hidrojen yoğun olarak rafinerilerde kullanılmaktadır. Ülkemizin rafineri sektörünün en büyüğü olan Tüpraş da rafinerilerinde yoğun olarak hidrojen kullanıyor. Ancak kullandığı hidrojenin üretimi mevcut durumda doğalgaz kullanılarak yapılmaktadır. Tüpraş; 2050 yılına kadar karbon nötr olmayı ve 2030 yılında 1 GW, 2035 yılında ise 2,5 GW yenilenebilir elektrik kurulu gücüne sahip olmayı hedefliyor. 2030 yılında 400 MW elektrolizör kurulu gücüyle yılda ortalama 100 bin tona yakın yeşil hidrojen üretimi ve 2035 yılındaysa 1 GW elektrolizör kurulu gücüyle yılda ortalama 250 bin tona yakın yeşil hidrojen üretimi yapmayı planlıyor.
2. Gün
Yenilenebilir Enerji ve Depolama Sistemleri Giderek Ucuzluyor
Global elektrikli araç sayısı 2020 yılının sonu itibariyle 10 milyon adeti geçmiş durumdadır. Elektrikli araçlar için lityum batarya talebi ise 2020 yılında 160 GWh civarında olmuştur. NMC-Grafit kimyalı hücrelerin pazar payı %71 seviyesindedir. Üretimin artmasına da bağlı olarak; 2010 yılında 1191 USD/kWh olan elektrikli otomobillerin batarya paketlerinin maliyeti, 2020 yılının sonunda 137 USD/kWh’e kadar düşmüş durumda. 2025 yılında bataryaların maliyetinin 78 USD/kWh’e düşeceği tahmin edilmektedir.
Ülkemizde Fosil Yakıtlı Araçların Satışının Yasaklanacağının (2040) Taahhütü Verildi
Ülkemizin de aralarında bulunduğu 100’den fazla ülke COP26’da (Kasım 2021) 2040 yılına kadar yeni otomobil ve kamyonet satışlarının fosil yakıtsız olmasını taahhüt etti. 2030 yılında ülkemizde ortalama 2 milyon adet araç satışı yapılacağı ve bunların ortalama 750 bin adetinin elektrikli olacağı öngörülüyor. Şarj istasyonlarının yaygınlaşması elektrikli araç satışlarının artmasına zemin hazırlayacaktır.
Bataryaların Enerji Yoğunluğu Giderek Artıyor
Pil hücrelerinin, soğutma sistemlerinin ve batarya yönetim sisteminin uygun bir biçimde bir araya gelmesi batarya paketlerini/sistemlerini oluşturmaktadır. Bu durumda batarya sistemleri içinde pil hücrelerinin kütle bakımından oranı %55-75 seviyesinde olmaktadır. Örneğin 2018 yılında çıkan Tesla Model 3 LR’de kullanılan pil hücrelerinin enerji yoğunluğunun 250 Wh/kg (725 Wh/L) civarında ve batarya paketinin enerji yoğunluğunun ise 165 Wh/kg (240 Wh/L) civarında olduğu bilinmektedir. Batarya yönetim sistemlerinde ve soğutma sistemlerinde yapılacak iyileştirmeler de bataryaların enerji yoğunluğunu artıracaktır.
Son Gün
Aspilsan Elektrokimyasal Hücre Teknolojilerine Yatırımlarını Giderek Artırıyor
Aspilsan mevcut olarak 300 çeşidin üzerinde batarya tasarım ve üretimini yapmaktadır. Raylı sistem araçları için geliştirdiği aküleri satışını SAMULAŞ ve TÜLOMSAŞ’a yapmıştır. Adana Metro ve Metro İstanbul tarafından yapılan ihaleleri de kazanarak üretim sürecine girişmiştir. PEM, DMFC ve DEFC tipi yakıt hücrelerinin geliştirilmesi ile ilgili çalışmalara devam edilmektedir. Ayrıca PEM tipi elektrolizör tasarım ve üretim çalışmalarına da devam edilmektedir.
Aspilsan, 2022 yılında kendi geliştirdiği hücrelerin üretimine başlayacaktır. 2023-2026 yılları arasında yapılacak yatırımlarla prizmatik ve pouch tipte hücre üretimi planlanmaktadır. Ayrıca bu yıllarda ülkemizdeki hammadde üretimi de koordine edilecek ve üreticilere altyapı desteği verilecektir. 2026-2030 yıllarında ise GWh seviyesinde hücre üretimi ve yeni hücre kimyalarının geliştirilmesi için altyapı kurulacaktır. Bu sayede başka ülkelerin teknolojisi yerine kendi teknolojimizle ileri teknolojilere sahip hücrelerin GWh seviyesinde üretimini yapabilir olacağız.
2020 yılında seri üretimine başlanacak 18650 boyutlu hücreler NMC-Grafit kimyasına sahip. Şarj sırasında 0 °C / +50 °C arasında ve deşarj sırasında -30 °C / +60 °C arasındaki ortamlarda sorunsuz bir şekilde çalışabiliyor. Gravimetrik olarak 220 Wh/kg ve volumetrik olarak 620 Wh/L enerji yoğunluğuna sahip hücreler 10,22 Wh ve nominal olarak 2800 mAh kapasiteye sahip. Kısa süreli 11 C ve ortalama olarak 5 C deşarj oranına sahip hücrelerin ömrü 1000 çevrim civarındadır. Ayrıca Cumhurbaşkanlığı tarafından hücre üretim fabrikasına proje bazlı devlet desteği verilmiştir.
Ülkemiz Katot Üretimi ve Yeni Nesil Kimyalar İçin Çalışmaya Devam Ediyor
Ülkemizde Ni-CAT tarafından NMC 622, 811 ve NCA gibi katot aktif maddelerin sentezlenmesi üzerine Ar-Ge çalışmaları yapılmaktadır. Ni-CAT ilk olarak pilot ölçekte katot aktif madde üretimi yapmayı planlamaktadır.
Kobalt ve Nikel madenleri bulunan Meta Nikel Kobalt Madencilik tarafından madenden NMC katot aktif öncü madde sentezi konusunda Ar-Ge çalışmaları yapılmaktadır. Meta Nikel Kobalt, Asos Proses tarafından Çorlu’da kurulan pilot tesiste yüksek saflıkta mangan sülfat, nikel sülfat ve kobalt sülfat elde etmektedir. Reaktör tasarımı üzerinde de çalışan Meta Nikel Kobalt, TOGG-Farasis ortaklığında kurulacak hücre fabrikasına ve Aspilsan’a önemli katkılar sunmayı hedefliyor. Meta Nikel Kobalt, sentezlediği katot aktif maddelerin hücre haline getirilmesinde Tübitak Rute’den de altyapı desteği almaktadır. Asos Mühendislik, tuz gölünden lityum kazanımı konusunda kimyasal proses geliştirme konusunda çalışma yapmaktadır.
Ülkemizde seri üretim veya Ar-Ge aşamasında olan firmaların olduğu grafenin batarya hücrelerinde anot materyaline eklenmesi/katkılanması ile hücrelerde kapasite artırımı mümkündür. Bu konuda Ar-Ge çalışmaları devam etmektedir.
Tübitak Rute; mikro gözenekli akım toplayıcılar, anotsuz bataryalar, silisyum katkılı grafit anotlar, katot sentezi ve yeni nesil hücre kimyaları üzerine Ar-Ge çalışmaları yapmaya devam etmektedir. Tübitak Rute’nin de batarya hücreleri konusunda pilot ölçekli üretim hattı bulunmaktadır. Burada farklı batarya kimyaları ve farklı hücre boyutları çalışılmakta, elektrolit ve katot materyallerinin geliştirilmesi ve üretimi konusunda da çalışmalar yapılmaktadır. Yeni hücre kimyalarının çalışılması amacıyla Tübitak Rute ve Aspilsan’ın ortaklığı önemli bir yere sahiptir. Bu ortaklık sürdürülebilirlik ve Ar-Ge’nin de devamlı olması konusunda oldukça önemlidir.
Madenden aktif maddeye, aktif maddeden elektrota, elektrottan hücreye ve hücreden de bataryaya uzanan yolda geriye dönük üretim ekosisteminin oluşması açısından ülkemizde bir çok önemli çalışma yapılmaktadır. Bu alanda yapılan çalışmaları, çalışan firma ve kişileri bir araya getiren, birbirinden haberdar olmalarını sağlayan Aspilsan’ın Pil Teknolojileri Çalıştayı bu konuda büyük bir öneme sahiptir. Yapılan ve yapılacak yatırımlarla ülkemizin ilerleyen yıllarda büyük bir batarya üretim merkezi haline gelmesi muhtemeldir.
