Küresel enerji sistemleri, üretim, iletim ve tüketim süreçlerini kapsayan çok katmanlı bir yapıdır. Bu sistem, ekonomik büyüme, enerji güvenliği ve çevresel sürdürülebilirlik hedefleriyle şekillenmektedir.

Küresel çapta enerji tüketimi, son 50 yılda ekonomik büyüme ve nüfus artışına paralel olarak ciddi ölçüde artmıştır. 1970'lerde yaklaşık 63 bin teravat saat (TWh) olan yıllık enerji tüketimi, 2023 yılına gelindiğinde yaklaşık 180 bin TWh seviyesine ulaşmıştır. Bu artış, özellikle gelişmekte olan ülkelerin sanayileşme süreciyle hızlanmıştır.

^{Şekil 1. 2023 Yılında Dünya’da Toplam Enerji Üretim Dağılımı (2023)}

Enerji kaynaklarına göre tüketim dağılımı %30 petrol, %25 kömür, %22 doğalgaz, %7 biyokütle, %6 hidroelektrik, %4 nükleer, %3 rüzgâr ve %2 güneş şeklindedir. Enerjinin sektörel dağılımında ise en büyük payı sanayi, ulaşım ve konut sektörleri almaktadır (Şekil 2).

^{Şekil 2. 2000 Yılından Bu Yana Dünya’da Toplam Nihai Tüketim Dağılımı (2022)}

Enerji Kaynakları

Enerji kaynaklarının teknik, ekonomik ve çevresel olarak karşılaştırılması, enerji politikalarının temelini oluşturur. Bu değerlendirme; özgül enerji yoğunluğu (MJ/kg), kapasite faktörü (%), yatırım maliyeti ($/kW), üretim maliyeti ($/MWh), karbon salımı (ton CO₂/GWh), alan gereksinimi (m²/MWh) ve su tüketimi (L/MWh) gibi çok boyutlu göstergelerle yapılmaktadır .

Bu kapsamda nükleer enerji, çok yüksek enerji yoğunluğu, %90’a varan kapasite faktörü ve düşük karbon salımı ile öne çıkmaktadır. Ancak nükleer enerji teknolojisi kendi içinde farklı reaktör türlerine ayrılır. Bunlardan en yaygın olanı olan Hafif Sulu Reaktörler (LWR), yalnızca U-235 izotopunu tüketir ve yakıtın büyük kısmı kullanılmadan atık hâline gelir. Buna karşın Breeder (çoğaltıcı) reaktörler, kullanılan yakıtın yanı sıra U-238 veya Th-232 gibi verimli olmayan (fertil) izotopları da yeni fisil malzemeye dönüştürebilir. Bu sayede hem yakıt kullanım verimi artar hem de rezervlerin ömrü katlanarak uzatılır. Breeder reaktörlerin enerji yoğunluğu, geleneksel LWR’lere göre bir büyüklük mertebesi daha fazladır (~8×10⁷ MJ/kg).

Henüz ticarileşmemiş olmasına rağmen, nükleer füzyon da enerji politikalarında potansiyel bir seçenek olarak değerlendirilmektedir. Hidrojen izotoplarının (özellikle döteryum ve trityum) kaynağının oldukça bol olması nedeniyle füzyon, pratikte sınırsız bir enerji potansiyeline sahiptir. Ayrıca, füzyon tepkimeleri karbon salımı üretmez ve uzun ömürlü radyoaktif atık oluşturmaz, bu yönüyle çevresel açıdan son derece avantajlıdır. Ancak, kararlı ve net enerji üretebilen bir füzyon reaktörünün geliştirilmesi, hâlâ araştırma ve geliştirme aşamasındadır.

Güneş ve rüzgâr enerjisi, sınırsız, yenilenebilir kaynaklara dayalıdır. Yatırım maliyetleri düşüktür ve karbon salımları çok düşüktür. Buna karşılık, üretimleri hava koşullarına bağlı olduğu için süreksizdir ve %10–45 aralığında değişen kapasite faktörleri nedeniyle sistem güvenilirliğini azaltabilir.

Fosil yakıtlar (kömür, petrol ve doğalgaz) teknik olarak yüksek enerji verimi sunsa da, yüksek karbon emisyonları ve azalan rezervleri nedeniyle uzun vadede sürdürülebilir bir çözüm olmaktan uzaktır.

Tablo 3’de, bu göstergelere göre başlıca enerji türlerini karşılaştırmalı biçimde sunmaktadır.

_{Tablo 3‑ Enerji Kaynaklarının Teknik, Ekonomik ve Çevresel Karşılaştırması}

*Belirtilen rezerv ömürleri, mevcut 2023 yılı enerji tüketim hızı sabit kaldığı göz önüne alınarak hesaplanmıştır. Yıllık tüketim oranı zamanla artması durumunda rezerv ömürleri önemli ölçüde kısalacaktır.

*Nükleer enerjideki özgül enerji hesabı doğal uranyum üzerinden yapılmıştır.

*Enerji yoğunluğu (MJ/kg): Birim kütle başına salınan teorik enerji miktarını ifade eder. Kaynağın enerji taşıma kapasitesini gösterir.

*Rezerv (ton): Yeryüzünde ekonomik olarak işletilebilir tahmini kaynak miktarı.

*Sürdürülebilirlik (yıl): Mevcut tüketim hızına göre tahmini tükenme süresi.

*Kapasite faktörü (%): Bir santralin yıl boyunca maksimum kapasitesine göre ortalama üretim oranı.

 *OCC ($/kW): Overnight Capital Cost – Yatırım maliyeti. Santralin kurulum için gereken toplam maliyeti, finansal gecikmeler ve enflasyon hariç olarak ifade eder.

 *LCOE ($/MWh): Levelized Cost of Electricity – Seviyelendirilmiş elektrik üretim maliyeti. Santralin ömrü boyunca tüm maliyetlerin (yatırım, işletme, bakım, yakıt) üretilen toplam elektrik miktarına bölünmesiyle elde edilir.

*Karbon salımı (ton CO₂/GWh): Birim elektrik üretimi başına atmosfere salınan karbondioksit miktarı.

*Alan kullanımı (m²/MWh): Bir megavat-saat elektrik üretimi için gereken ortalama arazi büyüklüğü.

*Su tüketimi (L/MWh): Üretilen birim elektrik başına tüketilen toplam su miktarı. Soğutma ve proses ihtiyaçlarını kapsar. 

Fosil Yakıtlar

Petrol, doğalgaz ve kömür hâlâ küresel enerji arzının yaklaşık %77’sini karşılamaktadır. Ancak bu kaynakların rezerv ömürleri ve üretim verimlilikleri giderek azalmaktadır. Mevcut tüketim hızında petrol rezervinin yaklaşık 58 yıl, doğalgazın 52 yıl ve kömürün 159 yıl dayanacağı öngörülmektedir. Detaylı bilgiler Tablo 4’de sunulmuştur.

_{Tablo 4 Küresel Fosil Yakıt Rezerv ve Tüketim Verileri (2023) (10)}

*R/P: Rezerv/Tüketim oranı. Mevcut durumdaki tüketim durumuna göre veriler hesaplanmıştır

Bununla birlikte, fosil yakıtların Enerji Getirisi/Harcanan Enerji Oranı (EROI) yıllar içinde düşmüştür. Örneğin, 1970’lerde konvansiyonel petrol için EROI 30:1 seviyesindeyken, günümüzde 15:1 civarına gerilemiştir. Şeyl petrol ve sıkı doğalgaz kaynaklarında ise bu oran 5–10:1 düzeyindedir. Kömür ve doğalgazda da benzer düşüş eğilimleri gözlemlenmektedir.

_{Tablo 5 Fosil Yakıtlarda EROI (Enerji Getirisi/Harcanan Enerji) Değerleri}

*EROI değerleri literatürde geniş aralıklarda raporlanmakta olup yaklaşık eğilim gösterilmiştir.

Bu eğilim, yalnızca rezervlerin miktarıyla değil, erişilebilirlik, çıkarım teknolojisi, maliyet artışı ve çevresel sınırlarla doğrudan ilişkilidir. Enerji dönüşümünün nedenlerinden biri de bu azalan verimlilik eğilimidir.

Yenilenebilir Enerji

Yenilenebilir enerji kaynakları, düşük karbon salımı ve sürdürülebilir yapılarıyla enerji dönüşümünün merkezinde yer almaktadır. 2023 yılında dünyada yaklaşık 510 GW yenilenebilir enerji kapasitesi eklenmiş, bunun %75’i güneş fotovoltaik sistemlerinden sağlanmıştır. Toplam yenilenebilir kurulu güç 3.800 GW civarındadır.

_{Tablo 6 Küresel Yenilenebilir Enerji Verileri (2023–2024)}

Türkiye’de ise toplam elektrik üretiminin %42’si yenilenebilir kaynaklardan sağlanmıştır. Toplam kurulu güç 106.668 MW olup, bunun %56’sı yenilenebilir kaynaklara aittir. 2035 hedefleri doğrultusunda, Türkiye’de yenilenebilir enerjinin üretimdeki payının %55’e, kurulu güç içindeki payının %65’e çıkarılması planlanmaktadır.

_{Tablo 7 Türkiye’nin 2023 Elektrik Üretimi}

Bununla birlikte, güneş ve rüzgâr gibi kaynakların kesintili yapısı büyük ölçekli batarya sistemleri gerektirmektedir. 2030’a kadar küresel batarya kapasitesinin 970 GW’a çıkarılması hedeflenmektedir.

_{Tablo 8 Türkiye’nin 2035 Elektrik ve Kapasite Hedefleri}

Nükleer Enerji

Nükleer enerji, düşük emisyon ve uzun ömürlü yakıt döngüsü nedeniyle stratejik önem taşımaktadır. 2023 itibarıyla çıkarılabilir uranyum rezervi yaklaşık 7,93 milyon ton olup, bu miktar mevcut reaktör teknolojileriyle 120–160 yıl enerji sağlamaya yeterlidir.

Breeder (çoğaltıcı) reaktörler ise uranyum rezerv ömrünü 30 kat uzatabilir. Ayrıca, MOX (karışık oksit) yakıt döngüleri ve toryum temelli sistemler de bu süreyi daha da artırabilir.

^{Şekil 3 Dünya uranyum üretimi ve reaktör gereksinimleri (ton U)}

Füzyon Enerjisi

Füzyon enerjisi, hidrojen izotoplarının birleşmesiyle açığa çıkan enerjiyi kullanmayı hedeflemektedir. Yakıtı deniz suyundan elde edildiği için teorik olarak sınırsızdır. Karbon emisyonu üretmemesi ve yüksek enerji verimliliği nedeniyle temiz enerji kaynakları içinde özel bir yere sahiptir.

Ancak ticari kullanımı henüz mümkün değildir. ITER, STEP, CFETR ve DEMO gibi projeler füzyon teknolojisinin geliştirilmesini amaçlamaktadır. Füzyonun enerji sistemine ciddi katkı yapması 2050 sonrasına bırakılmıştır. 2100 yılına doğru %5’lik bir katkı potansiyeli değerlendirilmektedir.

_{Tablo 9 Füzyon ve Breeder Sistemlerinin Tahmini Katkı Payı (21; 22)}

*Değerler senaryo bazlı öngörü olup gerçek gerçekleşmeler belirsizdir. Füzyon 2050 öncesi ticari katkı yapamazken, 2100’e doğru sınırlı pay alabilir. Breeder FBR’lar 2050’ye dek bazı ülkelerde devreye girebilir ve yüzyıl sonunda nükleer üretimin önemli kısmını üstlenebilir.

Enerji Tüketim Projeksiyonları

Bugünkü üretim eğilimleri devam ederse, 2050’de enerji talebi 203.000 TWh’ye ulaşabilir. Net Sıfır senaryolarında bu miktarın 175.000 TWh düzeyine sınırlandırılması hedeflenmektedir. Bu senaryolarda, enerji verimliliği, elektrikli ulaşım, sanayide tasarruf teknolojileri ve dijital altyapı gelişmeleri kritik rol oynayacaktır.

2100’e ilişkin projeksiyonlar, enerji tüketiminin 300.000 TWh seviyelerine çıkabileceğini göstermektedir. Bu artış, elektrikli araçlar, hidrojen üretimi, soğutma sistemleri ve yapay zekâ temelli uygulamaların yaygınlaşmasına bağlıdır.

Fosil kaynaklar için öngörülen rezerv ömürleri petrol için yaklaşık 58 yıl, doğalgaz için 52 yıl, kömür için ise 159 yıl civarındadır. Buna karşılık, nükleer enerji mevcut reaktörlerle 120–160 yıl, gelişmiş sistemlerle binlerce yıl sürdürülebilir yakıt sağlayabilir. Yenilenebilir kaynaklar ise sınırsız potansiyele sahip olsa da altyapı, yatırım ve mevsimsellik gibi kısıtlarla karşı karşıyadır.

Sonuç

1970’ten bu yana dünya enerji tüketimi %180 artmış ve bu talebin yaklaşık %77’si hâlen fosil yakıtlarla karşılanmaktadır. Ancak mevcut petrol, doğalgaz ve kömür rezervlerinin sırasıyla yalnızca 58, 52 ve 159 yıl daha yeterli olması; buna ek olarak bu kaynaklardaki EROI değerlerinin düşmesi, üretim maliyetlerinin artması ve karbon salımına yönelik fiyatlandırmalar, fosil temelli enerji sistemlerinin sürdürülebilirliğini zayıflatmaktadır. Bu bağlamda enerji arz güvenliğini, ekonomik verimliliği ve çevresel hedefleri aynı anda sağlayabilecek alternatif enerji teknolojilerine geçiş kaçınılmazdır.

Nükleer enerji, bu geçişte kilit rol üstlenmektedir. Uranyum rezervleri, mevcut hafif su reaktörleriyle 120–160 yıl, gelişmiş kapalı yakıt çevrimlerine sahip breeder reaktörlerle ise birkaç bin yıl boyunca enerji üretimini mümkün kılmaktadır. Breeder sistemler, U-238’i fisil Pu-239’a dönüştürerek yakıt kullanım verimliliğini artırırken; MOX yakıt döngüsü ve toryum gibi alternatifler, kaynak çeşitliliğini güçlendirmektedir. Küçük Modüler Reaktörler (SMR), daha esnek ve ölçeklenebilir çözümler sunarken, MOX ve hızlı üretken reaktörlerle hem atık hacmi azaltılmakta hem de çevrim sürdürülebilirliği sağlanmaktadır. Orta ve uzun vadede ITER ve DEMO gibi füzyon projeleri, karbon emisyonsuz ve teorik olarak sınırsız enerji potansiyeliyle enerji sisteminin yeniden yapılandırılmasında önemli bir rol oynayacaktır.

Yenilenebilir enerji tarafında ise 2023 yılında dünya genelinde 510 GW’lık yeni kurulum rekoru kırılmış, ancak güneş ve rüzgâr kaynaklarının düşük kapasite faktörleri (%10–35) nedeniyle büyük ölçekli depolama çözümleri zorunlu hâle gelmiştir. Uluslararası projeksiyonlar, küresel batarya kapasitesinin 2030’a kadar 970 GW seviyesine ulaşması gerektiğini ortaya koymaktadır.

Türkiye için de bu dönüşüm stratejik bir fırsattır. Kısa vadede (2025–2030), ≥80 GW güneş ve rüzgâr kapasitesi ile ≥5 GW batarya yatırımı; orta vadede (2040–2060) ≥5 GW’lık SMR portföyü ve ≥20 GW batarya yatırımı, sanayi proseslerindeki fosil bağımlılığını azaltabilir. Uzun vadede (2060–2100), ≥3 GW FBR kurulumu ve yerli DEMO füzyon prototipi ile kapalı döngüye geçilerek sürdürülebilir bir enerji mimarisi oluşturulabilir.

Sonuç olarak, enerji sisteminin yeniden tasarımı; fosilden uzaklaşmayı, ileri nükleer teknolojilerle desteklenen güvenli ve çeşitli bir kaynak yapısı kurmayı ve batarya sistemleri ile şebeke esnekliğini artırmayı gerektirmektedir. Bu hedefler, yalnızca arz güvenliğini değil, aynı zamanda iklim taahhütleriyle uyumlu düşük karbonlu bir geleceği de mümkün kılacaktır.