Yıllara göre işlenip madenlerden çıkarılan lityum miktarı

Bu değişikliğin en iyi ve ekonomik alternatifi olarak sodyum-iyon bataryalar gösteriliyor. Kimyasal yapıları ve oluşturduğu bileşikler sayesinde lityum-iyon bataryalara çok fazla benzerlik gösteren sodyum-iyon bataryalar üzerine yapılan akademik çalışmalar her geçen gün artıyor. Periyodik tabloda alt alta bulunan sodyum ve lityum elementinin benzerlikleri sodyum bileşiklerinin şarj edilebilir bataryalarda kullanılma fikrini ortaya çıkarıyor.

Aslında sodyum-iyon bataryalar üzerine yapılan çalışmalar 1970’li yıllara kadar uzanıyor. Ancak lityum-iyon bataryalardan yüksek enerji yoğunluğu elde edilmesi sebebiyle bu bataryalar geride kalıyor. Son 10 yılda ise lityum hammaddelerin batarya maliyetlerini ciddi olarak etkilemeye başlaması, sodyum-iyon bataryaların önemini yeniden gün yüzüne çıkarıyor.

Öyle ki, 2023 yılında 489 milyon dolar olarak değerlendirilen sodyum iyon pil pazarının 2024 sonunda 589,6 milyon dolar, 2032'ye kadar ise 3,08 milyar dolara ulaşması ve tahmin döneminde (2024 - 2032) yüzde 22,73'lük bir bileşik yıllık büyüme oranına ulaşması bekleniyor.

Avantaj ve dezavantajları neler?

Sodyum iyon bataryalar, akıllı telefonlarda ve elektrikli arabalarda bulunan lityum-iyon pillere göre hem daha ucuz hem de daha güvenli avantajlar sunuyor. Bu pilleri yapmak için gereken sodyum (Na) ise lityumdan 500 kat daha bol bulunuyor. Dünyadaki sodyum kaynaklarının bol ve küresel dağılımı, lityum-iyon bataryalara göre maliyetlerinin yüzde 30 daha düşük olması, daha fazla şarj ve patlama risklerinin daha az olması bu pilleri daha cazip kılıyor.

Ayrıca doğaya zararlı olan lityum içermemesi ve sodyumun da doğaya zararlı olmaması önemli bir avantaj olarak karşımıza çıkıyor. Mevcut bir lityum tesisini sodyum iyon teknolojisine uyarlamak için ise yalnızca yüzde 10 ek sermaye harcanması gerekiyor. Bununla birlikte sodyum-iyon pillerin düşük enerji yoğunluğu, kısa çevrim ömrü ve endüstriyel zincirini henüz tamamlamamış olması ise dezavantajları olarak gösteriliyor.

En çok otomobillerde kullanılıyor

Günümüzde elektrik araç sektöründe sodyum-iyon bataryalardan oluşan araçların geliştirilmesi ile ilgili ilk adım Çin’den geliyor.

• Çinli Farasis Energy firması, 28 Aralık 2023'te sodyum-iyon pilleriyle donatılmış bir elektrikli aracı üretim hattından çıkarıyor.

Çinli Jiangling Motors Group'a ait JMEV EV3, 251 kilometrelik bir sürüş menzili sunuyor. Hina Battery ise elektrikli araçlarında sodyum-iyon bataryalar kullanmaya başlayan bir diğer Çinli şirket. Günlük kullanımlar için geliştirilen 18 bin 650 silindir sodyum-iyon bataryalar ise HAKADI, PKNERGY, Faradion gibi şirketler tarafından satışa sunuluyor.

Dünyanın en bol altıncı madeni

Dünyadaki altıncı bol element olan sodyum, okyanuslar, denizler ve madenler gibi birçok kaynaktan elde edilmesinden dolayı sodyum iyon bataryaları daha da cazip hale getiriyor. Ancak rezervi en çok olan ülke, avantajlı ülke konumuna gelmiyor. Burada devreye hammaddeden çok onu işleyebilecek teknoloji giriyor. İnönü Üniversitesi Fizik Bölümü/ Enerji Bilimi ve Teknolojileri Anabilim Dalı’ndan Prof. Dr. Serdar Altın’a göre, sodyum-iyon bataryaların ticarileşmesi ile kimyasal bileşimlerinin stratejik bir malzeme olma durumunun azalması beklenmiyor. Çünkü birçok ülkede bu bataryalarda kullanılan madenler mevcut. Burada stratejik durum hammaddeden daha çok batarya üretim teknolojilerine hâkim olan ülkelerin ön plana çıkması olarak açıklanıyor. Altın, “An itibari ile Çin ve Güney Kore piyasadaki en tecrübeli ülkeler olarak görülüyor. Dolayısı ile ülke olarak sodyum-iyon teknolojisinin gelişme aşamasında olmasından dolayı masada yerimizi almamız gerekiyor. Bu amaçla biz de İnönü Üniversitesi olarak yaklaşık 10 yıldır ilk çalışmalar ile birlikte sodyum-iyon batarya teknolojileri ile ilgili çalışmalar yapıyoruz” diyor. Altın, sodyum-iyon bataryaların üretim maliyetlerinin lityum-iyon bataryalardan çok daha düşük olacağını da ekliyor.

Sodyum piller lityum pillerin yerini alacak mı?

Bir başka araştırma ise sodyum-iyon bataryaların kısa sürede lityum-iyon bataryaların yerini alamayacağı görüşünde. Endüstride genel olarak sodyum iyon piller ile lityum iyon pillerin birbirinin yerine geçmekten ziyade birbirlerini tamamlayacağı da düşünülüyor.

• Sodyum-iyon pillerin düşük enerji yoğunluğu nedeniyle, orta ve düşük hızlı elektrikli araçlarda ve büyük ölçekli enerji depolamada kullanım için daha uygun olduğu düşünülüyor.

Sektör yatırımı artırdıkça, teknoloji olgunlaştıkça ve endüstriyel zincir kademeli olarak iyileştikçe, maliyet etkin sodyum-iyon bataryaların, özellikle sabit enerji depolama alanında, lityum-iyon pillerin önemli bir tamamlayıcı olması bekleniyor.

Peki, Türkiye'de bu madenler var mı?

Doğal kaynaklarda farklı formlarda bulunan sodyumun birçok farklı elde edilme yöntemi bulunuyor. Soda olarak değerlendirildiğinde dünyada soda kaynakları açısından en zengin ülkenin ABD olduğu biliniyor. Türkiye ise altıncı sırada yer alıyor. Ayrıca Türkiye’de sodyum sülfatın yüzde 98’i doğal kaynaklardan, bu miktarın da yüzde 90’ı dünyada ikinci sırada yer alan Denizli, Afyonkarahisar ve Burdur sınırlarında olan Acıgöl’den sağlanıyor. Türkiye’deki manganez kaynakları rezervleri ise 4,5 milyon ton düzeyinde. Bu rezervin büyük bir bölümü, 4 milyon ton ile Denizli-Tavas- Ulukent yatağında yer alıyor. Benzer şekilde diğer önemli maden olan demir rezervleri ise Sivas, Malatya, Bingöl, Adana, Kayseri bölgelerinde yoğunlaşıyor ve 124,6 milyon ton da işletilebilir rezervin varlığı biliniyor. Diğer önemli element olan nikelin ise Türkiye’de 40 milyon ton rezervi olduğu ve en büyük nikel yataklarının Manisa-Turgutlu-Çaldağ, Manisa-Gördes ve Eskişehir–Mihalıççık- Yunus Emre yörelerinde bulunduğu biliniyor. Dünya metal nikel rezervinin toplamı 130 milyon ton olduğu düşünüldüğünde Türkiye’de var olan 40 milyon tonluk nikel cevheri rezervi ise büyük önem taşıyor. Bataryalarda kullanılan ve maliyet artıran bir özelliğe sahip olan toplam kobalt kaynağının 25,5 milyon ton olduğu biliniyor. Türkiye’de ise 77 bin 540 ton metal kobalt içeriğine sahip rezerv bulunuyor.

Altın’a göre, Türkiye’deki madenlerin genel değerlendirilmesi yapıldığında temel problem, bataryalarda kullanılacak saflıkta ham maddelerin üretimi ile ilgili çalışmaların ya hiç olmaması ya da çok az olmasından kaynaklanıyor. Altın, “Var olan madenlerimizi katma değeri yüksek ürünlere dönüştürmek için acilen en az yüzde 99.9 saflıkta ürün haline getirilmesi gerekiyor. İnönü Üniversitesi olarak Adıyaman Gölbaşı bölgesinde çıkarılan manganese yataklarından yüksek saflıkta mangan oksit üretmek için 1 Kasım 2024 tarihinde başlayan ve TÜBİTAK tarafından desteklenen bir proje, temel bilimler ve mühendisliklik birimlerin birlikte çalıştığı bir ekip ile yürütülmeye başladı. Muhtemelen birçok üniversite ve girişimcide bataryaların öneminin anlaşılması ile bu tür yatırımlar ile ilgili araştırmalar da yapıyor. Bizim avantajımız, ürettiğimiz malzemelerin bataryalarda uygulanabilirliğinin eş zamanlı yapılabileceği güçlü bir labaratuvar altyapımızın olması ve bu alanda güçlü bir bilgi birikimimizin olması” diyor.

TÜBİTAK ve üniversite çalışmaları devam ediyor

Altın, sodyum-iyon bataryalar üzerine yapılan çalışmaları iki aşamada değerlendiriyor; İlki akademik olarak yapılan çalışmalar. Türkiye’de yapılan çalışmalarda 2010 ile 2024 yılları arasında 127 makale çalışması ile İnönü Üniversitesi ilk sırada yer alıyor. Hem TÜBİTAK’ın hem de üniversitelerin bünyesinde Türkiye’de de birçok çalışmanın devam ettiğini söyleyen Altın, sözlerine şöyle devam ediyor; “İnönü Üniversitesi olarak M-ERA.NET Avrupa Birliği, Türkiye-Pakistan, Türkiye-Çin gibi büyük bütçeli projelerde sodyum-iyon bataryaların geliştirilmesindeki çalışmalar devam ediyor. Ayrıca ulusal anlamda TÜBİTAK destekli araştırma projelerinin de bir kısmının tamamlandığını bir kısmının ise halen devam ettiğini soyleyebiliriz. TÜBİTAK destekli projelerde 10 milyon TL üzerinde bütçeler için destekler alındı ve Ar-Ge çalışmaları da devam ediyor. Ayrıca İnönü Üniversitesi öz kaynakları ile bu alanda 15 milyon TL üzerinde birçok farklı proje kapsamında da destekler sağlandı.”