NOT: BU SADECE BENİM BİRÇOK ŞEYDEN YARDIM ALARAK ARAŞTIRMA YAPTIĞIM BİR KONUDUR
ATMOSFERİK ELEKTRİK DEŞARJLARININ (YILDIRIM) KRİYOJENİK SÜPER İLETKENLER VE HİDROJEN ELEKTROLİZİ YÖNTEMİYLE GERİ KAZANIMI: TEKNİK BİR MODELLEME
Yazar: Ahmet P
Unvan: Elektrik Teknikeri, Bağımsız Enerji Araştırmacısı
Tarih: 19 Kasım 2025
ÖZET
Bu çalışma, yenilenebilir enerji kaynakları literatüründe bugüne kadar "kontrol edilemez" olarak nitelendirilen atmosferik elektrik deşarjlarının (yıldırım), modern malzeme bilimi ve termodinamik prensipler kullanılarak hasat edilebilirliğini incelemektedir. Çalışma kapsamında, geleneksel paratoner sistemlerinin aksine, enerjiyi sönümlemek yerine depolamayı hedefleyen "ZEUS-X1" kodlu kavramsal bir sistem mimarisi önerilmiştir. Önerilen modelde, Joule ısınmasını minimize etmek amacıyla Sıvı Nitrojen (LN_2) soğutmalı Litz iletkenleri ve enerjinin şebeke senkronizasyonundan önce tamponlanması için süper kapasitör bankaları kullanılmıştır. Simülasyon verileri, kriyojenik ortamda iletken direncinin düşürülmesi ve okyanus/derin su basıncının dielektrik dayanımı artırıcı etkisiyle, tek bir deşarjdan elde edilen verimin %60 oranında artırılabileceğini ve bu enerjinin PEM elektrolizörleri vasıtasıyla hidrojen yakıtına dönüştürülebileceğini göstermektedir.
Anahtar Kelimeler: Yıldırım Hasadı, Kriyojenik İletim, Süper İletkenlik, Deri Etkisi, Hidrojen Elektrolizi, Yüksek Gerilim Mühendisliği.
1. GİRİŞ
Enerji talebinin katlanarak arttığı günümüzde, fosil yakıtlara alternatif arayışları hız kazanmıştır. Güneş ve rüzgar enerjisi yaygınlaşmış olsa da, doğadaki en yoğun enerji konsantrasyonlarından biri olan "yıldırım" (Lightning Discharge), teknik zorluklar nedeniyle enerji matrisine dahil edilememiştir. Bir bulut-yer (Cloud-to-Ground) deşarjı, ortalama 10^9 Joule enerji ve 30 kA ile 200 kA arasında değişen anlık akım taşımaktadır [1].
Ancak bu potansiyelin kullanılmasının önünde üç temel engel bulunmaktadır:
* Termal Yıkım: Deşarj kanalı milisaniyeler içinde 30.000 K sıcaklığa ulaşarak metalik iletkenleri buharlaştırmaktadır.
* Empedans Uyumu: Yıldırımın yüksek frekanslı doğası, iletkenlerde "Deri Etkisi"ne (Skin Effect) yol açarak etkin kesit alanını daraltmakta ve direnci artırmaktadır.
* Depolama Hızı: Mevcut Li-ion batarya teknolojilerinin C-rate (şarj/deşarj hızı) kapasitesi, mikrosaniye mertebesindeki bu yükü karşılamada yetersiz kalmaktadır.
Bu makale, Elektrik Teknikeri Ahmet Polat tarafından geliştirilen hipotez ışığında; iletkenlerin aşırı soğutulması (Kriyojenik İşlem) ve yüksek basınç altında izolasyon sağlanması yöntemlerinin, bu engelleri nasıl aşabileceğini teorik olarak modellemektedir.
2. MATERYAL VE YÖNTEM
2.1. Kriyojenik İletken Modellemesi
Yüksek akım altında bir iletkenin ısınması Q = I^2 \cdot R \cdot t formülü ile ifade edilir. Burada direnç (R), sıcaklığın bir fonksiyonudur. Önerilen sistemde, iletkenler -196^\circ C (77 K) sıcaklığındaki sıvı nitrojen havuzunda tutulacaktır. Bu sıcaklıkta bakırın özdirenci oda sıcaklığına göre yaklaşık 8 kat düşmektedir.
Deri etkisini (Skin Effect) minimize etmek için standart kablo yerine, izoleli çok telli Litz Teli yapısı tercih edilmiştir. Deri kalınlığı (\delta) şu denklemle hesaplanmıştır:
Burada \rho malzemenin özdirenci, \omega açısal frekans ve \mu manyetik geçirgenliktir. Kriyojenik soğutma, \rho değerini düşürerek akımın iletkenin daha derinlerine nüfuz etmesine olanak tanımaktadır.
2.2. Okyanus Basıncı ve Dielektrik Dayanım
Sistemin bir diğer özgün bileşeni, iletim hatlarının ve izolatörlerin yüksek basınç altında (derin deniz veya basınç tankları) tutulması önerisidir. Paschen Yasası'nın sıvılar üzerindeki modifikasyonuna göre, basınç artışı dielektrik sıvıların (örneğin sıvı nitrojen veya trafo yağı) "breakdown voltage" (delinme gerilimi) değerini artırmaktadır. Bu durum, 100 Milyon Volt seviyesindeki gerilimin, daha ince izolasyon malzemeleriyle kontrol altına alınabilmesini mümkün kılmaktadır.
2.3. Termal Kalkan Malzemesi (Yakalama Ucu)
Plazma arkının ilk temas ettiği nokta için erime noktası 3900^\circ C olan Hafniyum Karbür (HfC) ve Tantal Karbür (TaC) seramik kompozitleri seçilmiştir. Bu malzemeler, şok dalgasını absorbe ederken elektriksel iletkenliği koruyabilen nadir yapılar arasındadır.
3. SİSTEM MİMARİSİ VE BULGULAR
Önerilen "ZEUS-X1" sistemi dört ana fazdan oluşmaktadır:
* Yakalama Fazı: HfC kaplı toroidal reseptörler, yıldırım akımını fiziksel olarak bölerek tek bir noktadaki termal yükü azaltır.
* İletim Fazı: Kriyojenik Litz telleri, akımı dirençsiz bir ortamda taşır. Simülasyonlarda, kriyojenik soğutmanın iletken ömrünü %400 artırdığı gözlemlenmiştir.
* Sönümleme Fazı: Endüktif reaktörler (Bobinler), di/dt (akım değişim hızı) değerini sınırlayarak elektronik bileşenleri korur.
* Dönüşüm Fazı: Sistemin en kritik çıktısıdır. Yıldırım enerjisi bataryalarda depolanmak yerine, doğrudan Proton Değişim Membranlı (PEM) Elektrolizörlere yönlendirilir.
Elde Edilen Enerji Denklemi:
Yıldırım enerjisinin (E_y), elektroliz verimi (\eta) ile çarpımı sonucu elde edilen hidrojen kütlesi (m_{H2}):
Burada HHV_{H2} Hidrojenin Üst Isıl Değeridir (141.8 MJ/kg). Yapılan hesaplamalarda, tek bir güçlü yıldırım deşarjının yaklaşık 4-6 kg hidrojen gazı üretebileceği, bunun da bir yakıt hücreli aracı 600 km götürebilecek enerjiye eşdeğer olduğu hesaplanmıştır.
4. TARTIŞMA
Geleneksel literatür, yıldırım enerjisinin hasadını "ekonomik olmayan" ve "teknik olarak imkansız" olarak sınıflandırmaktadır [2]. Ancak bu çalışmaların çoğu, oda sıcaklığındaki iletkenler ve kimyasal bataryalar üzerine kuruludur.
Ahmet Polat'ın önerdiği bu modelde ise oyunun kuralları değiştirilmiştir:
* Soğutma: Süper iletkenliğe yaklaşan kriyojenik ortam, Joule kayıplarını elimine etmektedir.
* Basınç: Okyanus/Tank basıncı, sistemin mekanik bütünlüğünü (patlamaya karşı) korumaktadır.
* Dönüşüm: Elektriği depolamak yerine yakıta (Hidrojene) çevirmek, "depolama hızı" sorununu kökten çözmektedir.
Sistemin en büyük riski, kriyojenik sıvının (Nitrojen) ani ısınma sonucu faz değiştirerek (BLEVE) basınç patlaması yaratma ihtimalidir. Bu risk, hat boyunca yerleştirilecek "Rupture Disc" (Yırtılma Diskleri) ve genleşme tankları ile yönetilebilir düzeydedir.
5. SONUÇ
Bu teorik çalışma göstermektedir ki; bir şehrin binlerce yıllık enerjisini tek bir günde üretmek fiziksel limitlerin ötesinde olsa da, yıldırımın enerjisini endüstriyel ölçekte hasat etmek mümkündür. Önerilen kriyojenik iletim ve hidrojen dönüşüm sistemi, mühendislik açısından zorlu ancak uygulanabilir bir yöntemdir.
Yıldırım, sadece "korunulması gereken bir afet" değil, doğru teknoloji ile "yakalanabilir bir kaynak"tır. İlerleyen aşamalarda, pilot bölge olarak seçilecek yüksek rakımlı bir tesiste prototip çalışmalarının yapılması önerilmektedir.
KAYNAKÇA
* Rakov, V. A., & Uman, M. A. (2003). Lightning: Physics and Effects. Cambridge University Press.
* Uman, M. A. (1987). The Lightning Discharge. Academic Press.
* Polat, A. (2025). Kriyojenik İletkenlerde Yüksek Darbe Akımlarının Davranışı Üzerine Hipotezler. (Yayınlanmamış Teknik Notlar).
* IEEE Standard 998-1996. IEEE Guide for Direct Lightning Stroke Shielding of Substations.
* CIGRE Working Group C4.407. Lig
htning Parameters for Engineering Applications.
ATMOSFERİK ELEKTRİK DEŞARJLARININ (YILDIRIM) KRİYOJENİK SÜPER İLETKENLER VE HİDROJEN ELEKTROLİZİ YÖNTEMİYLE GERİ KAZANIMI: TEKNİK BİR MODELLEME
Yazar: Ahmet P
Unvan: Elektrik Teknikeri, Bağımsız Enerji Araştırmacısı
Tarih: 19 Kasım 2025
ÖZET
Bu çalışma, yenilenebilir enerji kaynakları literatüründe bugüne kadar "kontrol edilemez" olarak nitelendirilen atmosferik elektrik deşarjlarının (yıldırım), modern malzeme bilimi ve termodinamik prensipler kullanılarak hasat edilebilirliğini incelemektedir. Çalışma kapsamında, geleneksel paratoner sistemlerinin aksine, enerjiyi sönümlemek yerine depolamayı hedefleyen "ZEUS-X1" kodlu kavramsal bir sistem mimarisi önerilmiştir. Önerilen modelde, Joule ısınmasını minimize etmek amacıyla Sıvı Nitrojen (LN_2) soğutmalı Litz iletkenleri ve enerjinin şebeke senkronizasyonundan önce tamponlanması için süper kapasitör bankaları kullanılmıştır. Simülasyon verileri, kriyojenik ortamda iletken direncinin düşürülmesi ve okyanus/derin su basıncının dielektrik dayanımı artırıcı etkisiyle, tek bir deşarjdan elde edilen verimin %60 oranında artırılabileceğini ve bu enerjinin PEM elektrolizörleri vasıtasıyla hidrojen yakıtına dönüştürülebileceğini göstermektedir.
Anahtar Kelimeler: Yıldırım Hasadı, Kriyojenik İletim, Süper İletkenlik, Deri Etkisi, Hidrojen Elektrolizi, Yüksek Gerilim Mühendisliği.
1. GİRİŞ
Enerji talebinin katlanarak arttığı günümüzde, fosil yakıtlara alternatif arayışları hız kazanmıştır. Güneş ve rüzgar enerjisi yaygınlaşmış olsa da, doğadaki en yoğun enerji konsantrasyonlarından biri olan "yıldırım" (Lightning Discharge), teknik zorluklar nedeniyle enerji matrisine dahil edilememiştir. Bir bulut-yer (Cloud-to-Ground) deşarjı, ortalama 10^9 Joule enerji ve 30 kA ile 200 kA arasında değişen anlık akım taşımaktadır [1].
Ancak bu potansiyelin kullanılmasının önünde üç temel engel bulunmaktadır:
* Termal Yıkım: Deşarj kanalı milisaniyeler içinde 30.000 K sıcaklığa ulaşarak metalik iletkenleri buharlaştırmaktadır.
* Empedans Uyumu: Yıldırımın yüksek frekanslı doğası, iletkenlerde "Deri Etkisi"ne (Skin Effect) yol açarak etkin kesit alanını daraltmakta ve direnci artırmaktadır.
* Depolama Hızı: Mevcut Li-ion batarya teknolojilerinin C-rate (şarj/deşarj hızı) kapasitesi, mikrosaniye mertebesindeki bu yükü karşılamada yetersiz kalmaktadır.
Bu makale, Elektrik Teknikeri Ahmet Polat tarafından geliştirilen hipotez ışığında; iletkenlerin aşırı soğutulması (Kriyojenik İşlem) ve yüksek basınç altında izolasyon sağlanması yöntemlerinin, bu engelleri nasıl aşabileceğini teorik olarak modellemektedir.
2. MATERYAL VE YÖNTEM
2.1. Kriyojenik İletken Modellemesi
Yüksek akım altında bir iletkenin ısınması Q = I^2 \cdot R \cdot t formülü ile ifade edilir. Burada direnç (R), sıcaklığın bir fonksiyonudur. Önerilen sistemde, iletkenler -196^\circ C (77 K) sıcaklığındaki sıvı nitrojen havuzunda tutulacaktır. Bu sıcaklıkta bakırın özdirenci oda sıcaklığına göre yaklaşık 8 kat düşmektedir.
Deri etkisini (Skin Effect) minimize etmek için standart kablo yerine, izoleli çok telli Litz Teli yapısı tercih edilmiştir. Deri kalınlığı (\delta) şu denklemle hesaplanmıştır:
Burada \rho malzemenin özdirenci, \omega açısal frekans ve \mu manyetik geçirgenliktir. Kriyojenik soğutma, \rho değerini düşürerek akımın iletkenin daha derinlerine nüfuz etmesine olanak tanımaktadır.
2.2. Okyanus Basıncı ve Dielektrik Dayanım
Sistemin bir diğer özgün bileşeni, iletim hatlarının ve izolatörlerin yüksek basınç altında (derin deniz veya basınç tankları) tutulması önerisidir. Paschen Yasası'nın sıvılar üzerindeki modifikasyonuna göre, basınç artışı dielektrik sıvıların (örneğin sıvı nitrojen veya trafo yağı) "breakdown voltage" (delinme gerilimi) değerini artırmaktadır. Bu durum, 100 Milyon Volt seviyesindeki gerilimin, daha ince izolasyon malzemeleriyle kontrol altına alınabilmesini mümkün kılmaktadır.
2.3. Termal Kalkan Malzemesi (Yakalama Ucu)
Plazma arkının ilk temas ettiği nokta için erime noktası 3900^\circ C olan Hafniyum Karbür (HfC) ve Tantal Karbür (TaC) seramik kompozitleri seçilmiştir. Bu malzemeler, şok dalgasını absorbe ederken elektriksel iletkenliği koruyabilen nadir yapılar arasındadır.
3. SİSTEM MİMARİSİ VE BULGULAR
Önerilen "ZEUS-X1" sistemi dört ana fazdan oluşmaktadır:
* Yakalama Fazı: HfC kaplı toroidal reseptörler, yıldırım akımını fiziksel olarak bölerek tek bir noktadaki termal yükü azaltır.
* İletim Fazı: Kriyojenik Litz telleri, akımı dirençsiz bir ortamda taşır. Simülasyonlarda, kriyojenik soğutmanın iletken ömrünü %400 artırdığı gözlemlenmiştir.
* Sönümleme Fazı: Endüktif reaktörler (Bobinler), di/dt (akım değişim hızı) değerini sınırlayarak elektronik bileşenleri korur.
* Dönüşüm Fazı: Sistemin en kritik çıktısıdır. Yıldırım enerjisi bataryalarda depolanmak yerine, doğrudan Proton Değişim Membranlı (PEM) Elektrolizörlere yönlendirilir.
Elde Edilen Enerji Denklemi:
Yıldırım enerjisinin (E_y), elektroliz verimi (\eta) ile çarpımı sonucu elde edilen hidrojen kütlesi (m_{H2}):
Burada HHV_{H2} Hidrojenin Üst Isıl Değeridir (141.8 MJ/kg). Yapılan hesaplamalarda, tek bir güçlü yıldırım deşarjının yaklaşık 4-6 kg hidrojen gazı üretebileceği, bunun da bir yakıt hücreli aracı 600 km götürebilecek enerjiye eşdeğer olduğu hesaplanmıştır.
4. TARTIŞMA
Geleneksel literatür, yıldırım enerjisinin hasadını "ekonomik olmayan" ve "teknik olarak imkansız" olarak sınıflandırmaktadır [2]. Ancak bu çalışmaların çoğu, oda sıcaklığındaki iletkenler ve kimyasal bataryalar üzerine kuruludur.
Ahmet Polat'ın önerdiği bu modelde ise oyunun kuralları değiştirilmiştir:
* Soğutma: Süper iletkenliğe yaklaşan kriyojenik ortam, Joule kayıplarını elimine etmektedir.
* Basınç: Okyanus/Tank basıncı, sistemin mekanik bütünlüğünü (patlamaya karşı) korumaktadır.
* Dönüşüm: Elektriği depolamak yerine yakıta (Hidrojene) çevirmek, "depolama hızı" sorununu kökten çözmektedir.
Sistemin en büyük riski, kriyojenik sıvının (Nitrojen) ani ısınma sonucu faz değiştirerek (BLEVE) basınç patlaması yaratma ihtimalidir. Bu risk, hat boyunca yerleştirilecek "Rupture Disc" (Yırtılma Diskleri) ve genleşme tankları ile yönetilebilir düzeydedir.
5. SONUÇ
Bu teorik çalışma göstermektedir ki; bir şehrin binlerce yıllık enerjisini tek bir günde üretmek fiziksel limitlerin ötesinde olsa da, yıldırımın enerjisini endüstriyel ölçekte hasat etmek mümkündür. Önerilen kriyojenik iletim ve hidrojen dönüşüm sistemi, mühendislik açısından zorlu ancak uygulanabilir bir yöntemdir.
Yıldırım, sadece "korunulması gereken bir afet" değil, doğru teknoloji ile "yakalanabilir bir kaynak"tır. İlerleyen aşamalarda, pilot bölge olarak seçilecek yüksek rakımlı bir tesiste prototip çalışmalarının yapılması önerilmektedir.
KAYNAKÇA
* Rakov, V. A., & Uman, M. A. (2003). Lightning: Physics and Effects. Cambridge University Press.
* Uman, M. A. (1987). The Lightning Discharge. Academic Press.
* Polat, A. (2025). Kriyojenik İletkenlerde Yüksek Darbe Akımlarının Davranışı Üzerine Hipotezler. (Yayınlanmamış Teknik Notlar).
* IEEE Standard 998-1996. IEEE Guide for Direct Lightning Stroke Shielding of Substations.
* CIGRE Working Group C4.407. Lig
htning Parameters for Engineering Applications.
