Güneş jeomühendisliği, küresel sıcaklıkların dengelenmesi için gereken emisyon kesintilerine zaman kazandırmak amacıyla geçici bir önlem olarak önerildi. Bu argümanlar genellikle jeomühendisliği iklim değişikliğinin azaltılmasına yönelik seçenekler “araç kutusunun” bağımsız bir bileşeni olarak ele almıştır.
Ancak bu bakış açısı, güneş jeomühendisliğinin net sıfıra ulaşmada yaratabileceği domino etkilerini göz ardı ediyor. Güneş jeomühendisliğinin fikri, güneşin gelen radyasyonunun daha fazlasını Dünya yüzeyinden yansıtarak küresel sıcaklıkları azaltmaktır. En çok konuşulan yaklaşımlardan biri, atmosferin üst katmanına aerosollerin enjekte edilmesini içeren stratosferik aerosol enjeksiyonudur (SAI).
Earth System Dynamics ve Earth’s Future’da yayınlanan bir dizi çalışmada, SAI’nin konuşlandırılmasının rüzgar ve güneş enerjisi üretme potansiyeli üzerindeki olası etkisini araştırıyoruz.
Bulgularımız, SAI’nin bu enerji sistemlerinin çıktısını azaltarak karbonsuzlaştırma çabalarını yavaşlatabileceğini gösteriyor. Bu şekilde, güneş jeomühendisliği net sıfıra ulaşmada ek bir zorluk yaratabilir ve böylece tehlikeli ısınmayı önlemek için daha fazla engel oluşturabilir.
Geçici jeomühendislikle zaman kazanmak
Güneş jeomühendisliğine yönelik eleştirilerden biri, bunun uygulanmasının, bazen azaltma caydırıcılığı olarak adlandırılan, emisyonları azaltmaya yönelik devam eden ve gelecekteki çabaları engelleyebileceği veya caydırabileceğidir . Bunun kanıtı sınırlı olsa da , emisyonları azaltma çabalarını kısıtlayabilecek teknolojik etkiler ne olacak?
Bu soruyu ele almak için, SAI’nin net sıfıra geçişte temel yenilenebilir kaynaklar olan güneş ve rüzgar enerjisinin potansiyelini nasıl etkileyebileceği konusunda iki çalışma yürüttük.
Deneylerimiz, SAI’nin küresel sıcaklıkları iklim politikasının başarısızlığını temsil eden çok yüksek ısınma yolundan ( SSP5-8.5 ) genel olarak mevcut politikalarla uyumlu ılımlı ısınma yoluna ( SSP2-4.5 ) düşürmek için kullanıldığı bir senaryoya odaklanmaktadır.
Simülasyonların son on yılındaki, insan kaynaklı iklim değişikliğinin sinyalinin en güçlü olduğu 2090’lı yıllardaki senaryoları karşılaştırıyoruz.
Aşağıdaki grafik bu yollar için mutlak ısınma seviyelerini göstermektedir. Orta (gri çizgiler), yüksek (siyah) ve SAI (kırmızı) için iklim modeli simülasyonlarını göstermektedir. Kırmızı çubuk 21. yüzyılın sonunda ilgi duyulan on yılı göstermektedir.
Bu yollar altında, SAI senaryosunda yüzyıl sonu ısınması, yüksek ısınmaya kıyasla 2,2C daha düşük olacaktır.
Çalışmalarda kullanılan üç yol için küresel ortalama mutlak sıcaklık – orta (gri), yüksek (siyah) ve SAI (kırmızı). İnce çizgiler altı iklim modelinden bireysel simülasyonları gösterir ve kalın çizgi modeller genelindeki ortalamayı gösterir. Kaynak: Dr. Baur (2024)
Yenilenebilir enerji potansiyelini belirlemeye yardımcı olan üç farklı boyuta odaklanıyoruz ve bunları simülasyonlarımızın her şebeke hücresi ve her zaman adımı için hesaplıyoruz:
- Uygunluğu arazi örtüsü, düzenleyici kısıtlamalar ve nüfusa uzaklık temelinde değerlendiren politik-ekonomik bir boyut.
- Radyasyon, rüzgar hızı ve sıcaklık gibi kısıtlanmamış enerji kaynağını temsil eden fiziksel varlık.
- Güneş veya rüzgardan gelen enerjiyi elektriğe dönüştürmenin dönüşüm kayıplarıyla ilgili teknik yönler. Bu, güneş panelleri veya rüzgar türbinleriyle ilgili özelliklere ve bir rüzgar veya güneş çiftliğindeki yerleşimlerinin yoğunluğuna bağlıdır.
Bu boyutlar ve bunların etkileşimleri, aşağıdaki şekilde üçe bölünmüş olarak gösterilmektedir.
Üç boyutlu rüzgar yenilenebilir enerji potansiyeli hesaplamanın şeması: politik – ekonomik (yeşil), teknik (mavi) ve fiziksel (mor).
Uzun süreli düşük güneş enerjisi dönemleri
Sonuçlarımız, SAI kullanılması durumunda, ister orta düzey emisyon senaryosuyla ister yüksek emisyon temel senaryosuyla karşılaştırıldığında, güneş enerjisi potansiyelinin dünyanın hemen hemen her yerinde azalacağını göstermektedir.
Aşağıdaki haritalar, SAI senaryosunda orta (sol) ve yüksek (sağ) ısınma senaryolarına kıyasla güneş enerjisi potansiyelindeki artışı (yeşil gölgeleme) ve azalışı (mor) göstermektedir.
Genellikle orta düzeyde ısınma altında yüksek düzeyde ısınmaya göre daha büyük farklar buluyoruz çünkü küresel sıcaklıkların bu kadar yüksek olmadığı bir dünyada güneş enerjisi potansiyeli daha büyüktür. Güneş paneli verimliliği çok daha sıcak bir dünyada önemli ölçüde azalır.
Coğrafi olarak, en büyük göreceli azalmalar orta ila yüksek enlemlerdedir. (Bunun nedeni, güneş ışınlarının daha yüksek enlemlere daha düşük bir açıyla ulaştığını belirten güneş geometrisidir; bu da yüzeye ulaşırken daha fazla aerosol parçacığının içinden geçmek zorunda olduğu anlamına gelir.)
Ancak belki de daha da önemlisi, SAI kullanımı düşük güneş potansiyeline sahip uzun dönemlerin sıklığını artırıyor.
(SAI senaryosu ile orta (sol) ve yüksek (sağ) senaryo arasındaki güneş enerjisi potansiyelinin göreli farkı. Gölgelendirme artışları (yeşil) ve azalmaları (mor) göstermektedir. Açık gri alanlar rüzgar/güneş yenilenebilir enerji dağıtımı için uygun kabul edilir, ancak önemsiz bir değişiklik gösterir.)
SAI’nin ilkesi gelen güneş ışınımını azaltmak olduğundan güneş enerjisi potansiyelinde bir düşüş beklenmelidir.
Oysa SAI’nin aslında güneş enerjisini destekleyen iki etkisi var. Gelen güneş ışığının doğrudan azalmasının bir kısmını telafi eden tropikal bulutların incelmesi ve yüksek ısınma senaryosuna kıyasla daha düşük ortam sıcaklıkları, güneş panellerinin verimliliğini artırıyor.
Ancak bu iki etkinin hiçbiri güneş enerjisi potansiyelindeki genel azalmayı telafi etmiyor.
SAI ayrıca güneş panellerinin nasıl konumlandırılacağını da etkileyebilir. Tipik olarak, paneller panellerin yüzeyine ulaşan doğrudan radyasyon miktarını en üst düzeye çıkarmak için eğilir. Ancak, SAI altında, panellere ulaşan radyasyonun daha az doğrudan ve giderek daha dağınık olduğunu görüyoruz. Bu nedenle eğimli güneş panelleri daha az kullanışlı hale gelebilir.
Bölgesel rüzgar potansiyelindeki azalmalar
Bulgularımız, SAI kapsamında kara ve deniz rüzgarı potansiyelindeki değişimlerin güneş enerjisi potansiyelindeki değişimlere benzer büyüklükte olabileceğini, ancak bu etkinin enerji potansiyelinde artışa mı yoksa azalmaya mı yol açacağının konuma ve mevsime bağlı olarak oldukça değişken olduğunu göstermektedir.
Genel olarak bu değişimlerin rüzgar potansiyeli üzerinde küresel çapta ihmal edilebilir bir etkisi olsa da bölgesel maliyetler yine de önemli olabilir; özellikle Çin ve Orta Asya’da, Meksika’da, ABD’nin batısında ve güney yarımkürenin birçok yerinde düşüşler yaşanabilir.
Aşağıdaki haritalarda, SAI senaryosunda açık deniz rüzgar enerjisi potansiyelindeki artış (yeşil) ve azalış (mor) orta (sol) ve yüksek (sağ) ısınma senaryolarına göre gösterilmektedir.
(SAI senaryosu ile orta (sol) ve yüksek (sağ) senaryo arasındaki açık deniz rüzgar enerjisi potansiyeli arasındaki göreli fark. Gölgelendirme artışları (yeşil) ve azalmaları (mor) göstermektedir. Açık gri alanlar rüzgar/güneş yenilenebilir enerji dağıtımı için uygun kabul edilir, ancak önemsiz bir değişiklik gösterir.)
SAI altında rüzgar potansiyelindeki değişimler, büyük ölçekli atmosferik sirkülasyondaki değişikliklerden kaynaklanır; bu da esas olarak enjekte edilen aerosoller tarafından emilen ısının bir sonucudur .
Rüzgar potansiyeli üzerindeki etki güneşe göre daha nüanslıdır. Örneğin, SAI altında yüzey rüzgarlarında genel bir uzun vadeli yavaşlama vardır. (Bu, çalışmamızda kullanılandan farklı bir iklim modeli kullanılarak yapılan simülasyonlarda da gözlemlenmiştir .)
Ancak rüzgar türbinlerinin çalıştığı bölgelerdeki rüzgar hızlarının hassas aralığı nedeniyle, daha yavaş rüzgarlar aslında potansiyelin artmasına veya azalmasına yol açabilir.
Elbette, rüzgar enerjisi potansiyelindeki değişiklikler yalnızca alanlar rüzgar enerjisi için gerçekten kullanılırsa gerçekleşir. Ancak, rüzgar potansiyelindeki büyük bölgesel değişiklikler, üretilen enerjiyi en üst düzeye çıkarmak için rüzgar çiftliklerinin konumlandırılmasında farklı bir stratejiye ihtiyaç duyulacağı anlamına gelebilir. Ancak, SAI geçici bir önlem olarak düşünülürse, bu daha sonra sorunlara yol açacaktır.
Karbonsuzlaştırmanın etkileri
SAI kullanıldığında rüzgar ve güneş potansiyelinin azalmasıyla, SAI’nin devreye alınmasının aslında karbonsuzlaşmanın yavaşlamasına yol açması riski bulunmaktadır. Bu da, güneş jeomühendisliğinin daha uzun süre uygulanması gerektiği anlamına gelir.
Bu tür zincirleme etkiler, iklim değişikliğinin hafifletilmesi için “zaman kazanmak” amacıyla jeomühendisliğin kullanılması kavramını sorgulanır hale getiriyor.
Aslında, SAI kapsamında yenilenebilir enerji üretiminin azalması nedeniyle, SAI olmadan üretilecek enerji miktarının aynısını üretmek için bile nispeten daha fazla yenilenebilir enerji kapasitesinin kurulması gerekecektir.
Aynı zamanda, yenilenebilir teknolojinin optimum enerji üretimi için SAI sirkülasyon ve radyasyon koşullarına uyarlanması gerekebilir. Bu, güneş panellerinin eğimini ayarlamayı ve rüzgar çiftliği yerleştirme stratejisini ve rüzgar türbini özelliklerini uyarlamayı içerebilir.
Jeomühendisliğinin azaltma üzerinde sahip olabileceği önemli etki ve tersi iklim jeomühendisliğinin daha kapsamlı değerlendirmelerine doğru ilerlerken bu tür bağlantıları dikkate almanın önemini vurgulamaktadır.
