Enerji Kaynakları ve Bilimsel Gelişmeler

Bataklıktaki bitkiler Güneş’in enerjisini fotosentezle depolar; denizdeki minik canlılar (plankton) da öyle. Ocaktaki doğal gazın, depodaki benzinin enerjisi işte bu eski güneş ışığıdır.

Canlılar ölünce üstleri tortuyla örtülür ve derine gömülür. Milyonlarca yıl süren basınç ve sıcaklıkla bitkiler kömüre, planktonlar petrol ve doğal gaza dönüşür. Oluşumu bu kadar uzun sürdüğü için bunlar yenilenemez kaynaklardır.

Yakıt oksijenle yanar ve ısı verir: yanma ekzotermiktir ($\Delta H < 0$). Yakıttaki karbon $\text{CO}_2$’ye, hidrojen suya dönüşür. Alevlerin üstündeki raflarda biriken toplar $\text{CO}_2$ molekülleridir.

Üç yakıt da $1000$ kJ ısı verene kadar yanıyor. Karbon $112$ g, oktan $64$ g, metan $49$ g $\text{CO}_2$ bırakıyor. Yakıtta hidrojen oranı arttıkça ısının bir kısmı su oluşumundan gelir; $\text{CO}_2$ azalır.

Dördüncü rafta hiç $\text{CO}_2$ yok: hidrojen yanınca yalnız su buharı oluşur. Gram başına en çok ısıyı da hidrojen verir, yaklaşık $143$ kJ. Ama doğada serbest bulunmaz; üretilmesi gerekir.

Kömürdeki kükürt yanınca $\text{SO}_2$ olur; kazanda havanın azotu $\text{NO}_2$’ye dönüşür. Bu gazlar bulutta suyla $\text{H}_2\text{SO}_4$ ve $\text{HNO}_3$ oluşturur: asit yağmuru.

Bacaya kireç taşı ($\text{CaCO}_3$) filtresi takılınca $\text{SO}_2$ filtrede kalır ve alçı taşına dönüşür. $\text{NO}_2$ ise geçer; yağmurda yalnız $\text{HNO}_3$ kalır.

Bu üç kaynak yakıt yakmaz ve kendini yeniler: yenilenebilir kaynaklar. Panel ışığı doğrudan elektriğe çevirir, türbini rüzgâr döndürür, jeotermal santral yer altındaki sıcak sudan beslenir. Çubuklar anlık üretimi gösterir.

Güneş ve rüzgâr kesintilidir: ışık ya da rüzgâr yoksa çubukları söner. Jeotermal enerji yerin iç ısısından gelir; hava durumuna bakmadan gece gündüz üretir.

Bitki havadan $6$ $\text{CO}_2$ alıp şeker yapar. Şeker mayalanınca $2$, etanol motorda yanınca $4$ $\text{CO}_2$ havaya döner: toplam $6$. Fosil yakıt ise yer altındaki eski karbonu havaya ekler.

Katalizör üstündeki sodyum borhidrür ($\text{NaBH}_4$) suyla tepkimeye girer. Turuncu haleli H kristalden, mavi haleli H sudan gelir: her $\text{H}_2$’de birer tane. Türkiye’nin bor yatakları bu yüzden önemlidir.

Anotta $\text{H}_2$ elektron verir, yani yükseltgenir. Elektronlar dış devreden lambayı yakıp katoda gider; $\text{H}^+$ iyonları zardan geçer. Katotta $\text{O}_2$ indirgenir ve su oluşur; pil potansiyeli $1{,}23$ V’tur.

Bir nötron $^{235}\text{U}$ çekirdeğine çarpar; çekirdek iki orta çekirdeğe bölünür, $2$–$3$ nötron ve çok büyük enerji açığa çıkar. Bu bir yanma değildir: $\text{CO}_2$ oluşmaz. Çizimdeki nükleon sayısı temsilîdir.

Saçılan nötronlar başka çekirdekleri böler: zincir büyür. Kontrol çubukları nötron soğurur; indikçe daha az çekirdek bölünür. Santralde bu ısı suyu buhara çevirir, buhar türbini döndürür.

$1$ kg alüminyumu cevherden elektrolizle üretmek yaklaşık $13{,}4$ kWh ister; hurdadan eritmek yalnız $0{,}67$ kWh ($\%5$). PET ve kâğıtta da tasarruf var, ama fark en çok alüminyumda. Bu, sürdürülebilir üretimin bir örneğidir.

$1\ \text{nm} = 10^{-9}$ m. Saç teli yaklaşık $80\,000$ nm, virüs $100$ nm, DNA sarmalı $2$ nm, atom $0{,}3$ nm. Her durakta görüş on kat küçülür; sağdaki cetvelde boyalı $1$–$100$ nm bandı nano ölçektir.

Kenarı $1$ cm olan küp, kenarı $10$ nm olan küplere bölünürse $10^{18}$ küp oluşur ve toplam yüzey $10^{6}$ katına çıkar. Yüzeydeki atom oranı artınca renk, erime noktası ve tepkime yatkınlığı değişir.

Fosil yakıtlar yenilenemez ve $\text{CO}_2$, $\text{SO}_2$, $\text{NO}_x$ salar. Güneş ve rüzgâr kesintili, jeotermal sürekli; biyokütle karbonu döngüde tutar. Hidrojen yalnız su verir, fisyon $\text{CO}_2$ salmaz ama atık bırakır. Geri dönüşüm ve nano boyut geleceği şekillendirir.