ENERJİ NEDİR VE ÇEŞİTLERİ NELERDİR? | İlim ve Medeniyet

GİRİŞ

Yaşamak için enerji şarttır. Herhangi bir elektronik aygıtın enerjiye ihtiyaç duyması gibi insanlar da günlük hayatlarını devam ettirebilmek için aldığı besinleri bir takım kimyasal işlemlere sokarak elde ettiği enerjiye ihtiyaç duymaktadır. Bizim biyolojik ihtiyaçlarımız dışında yukarıda bahsedildiği gibi herhangi bir elektronik aygıtla sınırlı kalmayıp aklımıza gelen her türlü maddenin enerjiye ihtiyacı vardır. Doğa bu enerjiyi çeşitli biçimlerde sunar. Petrol, doğal gaz ve kömür gibi fosil yakıtlardan tutulsun rüzgar, güneş, deniz enerjisine kadar farklı çeşitlerde enerji üreten kaynaklar mevcuttur. Bu yazıda bu kaynaklar detaylı şekillerde incelenecektir.

ENERJİ NEDİR?

Enerjiyi daha iyi anlamak adına güç ve enerji tanımlaması yapılmalıdır zira kavramsal karmaşalar ortaya çıkabilir. Güç ve enerji birbirinden farklı ama çok bağlantılı kavramlardır. Enerjiyi daha rahat kavramanın yollarından birisi iş yapma bir diğeri ise evrenin en küçük yapıtaşı olan maddeyi anlamadır. Herhangi bir maddenin bir yerden daha yüksek bir yere kaldırılması durumunda yapılan işe göz atılabilir. Kişi maddeyi o yükseklikte bir yere kaldırırken vücudun daha önce sindirip kimyasal enerjiye dönüştürmüş olduğu besinleri kaslar yardımıyla kinetik enerjiye çevirip işi yapmak amacı doğrultusunda kullanılır. Aslında madde ile ilgili verilecek örnek de iş yapılırken verilen örnekle bağlantılı olacaktır. Bu açıklamayı yapmadan önce enerji ve madde toplamının evrende değişmediği gerçeğini bilmemiz gerekmektedir. Bu bilginin ışığında, tuğlayı kaldırırken kullanılan enerji dönüştürülmüş bir yapıdadır. Maddenin dönüşmüş hali kullanılmıştır. O zaman madde donmuş veya katı enerji olarak adlandırılabilmektedir. Enerjiyle bağlantılı bir kavram olan güce baktığımız zaman ise enerjinin bir formdan farklı bir forma geçerken ki oranı denilebilir. Enerji ve güç belirli zaman aralıklarında genellikle denk geldiğinden dolayı birbiriyle aynı tutulan fakat farklı kavramlardır.[1]

ENERJİ KAYNAKLARI

Enerji kaynakları kullanışlarına yani yenilenebilir veya yenilenemez ve dönüştürülebilirliklerine yani birincil ve ikincil olarak ikiye ayrılmaktadır. Herhangi bir dönüşümden geçmemiş yani başka enerji kaynaklarından elde edilmemiş birincil kaynaklar (primer) ve bu kaynakların dönüştürülmesiyle elde edilenler de ikincil (sekonder) kaynaklar olarak adlandırılmaktadır. Birincil kaynaklara kömür, petrol ve doğal gaz gibi fosil yakıtlar, güneş ve rüzgâr gibi yenilenebilir kaynaklar son olarak hidro ve nükleer dediğimiz yeni kaynaklar örnek verilebilirken ikincil kaynaklara elektrik, benzin, mazot, motorin, kok kömürü, kömür, petrokok, hava gazı, sıvılaştırılmış petrol gazı (LPG) örnek verilebilir.

Doğal kaynaklardan ve kendi kendine yenilenebilen ve tükenmeyen kaynaklara yenilenebilir, tükenen ve sınırsız rezervi olmayan kaynaklara ise yenilenemez kaynaklar denmektedir. (Şekil-1)[2]

Şekil-1: Enerji Kaynaklarının Sınıflandırılması[3]

FOSİL YAKITLAR

Fosil yakıtlar petrol, doğal gaz ve kömür ve bunların türevlerinin hepsine verilen toplu isimlendirmedir. Bu şekilde denmesinin sebebi, bitki ve hayvan kalıntılarının çok uzun yıllar boyunca kayaların atında yüksek basınç altında ezilip fosilleşmeleridir. Günümüzde en sık kullanılan yakıtlara baktığımız zaman ilk sıralarda fosil yakıtlar yer almaktadır. (Şekil-2) Bunları tüketen ülkeler incelendiğinde de gelişmiş ülkeler listenin ilk sıralarında yer almaktadır. Sırasıyla Çin, ABD, Hindistan, Rusya, Japonya şeklinde devam etmektedir. (Şekil-3)

Şekil-2: Dünyada enerji kaynakları tüketim oranları[4]

Şekil-3: Ülkelerin enerji kaynakları tüketim oranı[5]

Enerji ihtiyacı nüfus artışıyla doğru orantılıdır. Nüfusun artmasıyla gelişecek olan sanayi ve kentleşme düşünülünce birincil kaynakların kullanımı sürekli artış halinde olacaktır. Bu artışın en büyük sebebi gelişmekte olan ülkelerde orta sınıfın artması ve bu artıştan ötürü enerjiye duyulan ihtiyacın artmasıdır. Nüfusun artmasıyla birlikte sanayi alanında da gelişmeler meydana gelecektir. Bundan kaynaklı olarak enerjinin sanayi alanındaki kullanım oranı da artacaktır.[6] Bu artış karşısında enerji sınırlı kaynaklardan sağlandığı için tükenmeye başlayacaktır. 2015 verilerine göre fosil yakıt rezervlerinden 114 yıl ile en fazla kömürün daha sonra 52,8 yıl ile doğal gazın ve son olarak 50 yıl petrolün tüketim ömrü kalmıştır. (Şekil-4)

Şekil-4: Fosil Yakıt Rezervlerinin Kaç Yıl Daha Kullanılabileceği ile İlgili Grafik[7]

A-) PETROL

Petrol fosil yakıtlarından birincisi olup dünyada en çok tüketilen enerji kaynağı olarak bilinmektedir. Yukarıda anlatıldığı gibi ölen bitki ve hayvanların kalıntılarından oluşmaktadır. Zamanlar kum ve tortul tabakaların altında kalmaya ve bu tabakların ağırlığının ve derinliğinin artmasıyla her geçen gün daha fazla basınca maruz kalmaktadır. Bu basınç organik kalıntıları petrole dönüştürmektedir. Daha sonrasında oluşan petrol gözenekli tortul kayaların arasından yukarı çıkıp ve ceplerde birikmeye başlamaktadır. Uygun ve elverişli şartlar geçekleşince kuyular açılarak petrol çıkartılmaktadır. Ancak petrol yenilenebilir enerji kaynağı değildir ve rezervlerinin oluşması milyonlarca yıl sürdüğü için yenilerini oluşturmak pratikte imkansızdır. Teknolojinin yardımıyla sınırlı kaynakları en verimli şekilde kullanması ve bu kapsamda günden güne tükenen bu kaynağın bitiş süresinin uzatılması adına çalışmalar sürdürülmektedir.[8]

B-) DOĞAL GAZ

Doğal gaz fosil yakıtlarda tüketim oranı olarak üçüncü sırada yer almaktadır. Ancak günden güne kullanım oranı yükselmektedir. Bunun en büyük sebebi diğer fosil yakıtlara göre daha az sera gazı salınımı yapmasıdır. Doğal gazın oluşumu incelendiği zaman bütün süreçlerin petroldekiyle aynı olduğu görülmektedir. Doğal gaz tortul kayaların gözeneklerinden yükselerek yukarıya çıkmaktadır. Daha sonrasında ceplerde petrol sıvı şeklindeyken doğal gaz, gaz halindedir. Petrolden farkı burada ortaya çıkmaktadır. Doğal gaz ana maddesi renksiz ve kokusuz metan olan gaz karışımıdır. (Şekil-5). Uygun şartlar altında kuyu açılarak çıkarılabilir. Şirketler güvenlik önlemi olarak çürük yumurtaya benzer bir kokusu olan merkaptan eklemektedirler. Bunun asıl sebebi kuyu açarken tehlikeleri önlemek için doğal gazın kokusunu önceden algılayabilmektir. Yenilenebilir enerji olmayan doğal gaz genellikle ısıtma için kullanılmaktadır.

Şekil-5: Petrol ve Doğal gazın tortul kayaların üzerindeki durumu[9]

C-) KÖMÜR

Toprağa gömülen ve ölen bitkilerin çoğu kısa zaman sonra toprak altında kalır ve kömüre dönüşmeleri binlerce yıl almaktadır. Toprağın altında kalan bitkiler basınca maruz kalır ve sıkışınca bünyesindeki suyu, oksijeni, gazlarını kaybetmektedir. Geriye kalan karbon sıkışarak çeşitli kömür türlerini oluşturmaktadır. Aşamaları incelediğimiz zaman sırasıyla turbo, linyit, taş kömürü, antrasittir. Turba çürümüş bitkilerin ilk fosil halidir. Linyit, kayaların altında sıkışan turbanın dönüşmüş halidir. Daha yüksek basınç linyiti taş kömüre ve taş kömürde en kaliteli ve en yüksek oranda sıkışan antrasiti oluşturur. Günümüzde kömür kazarak çıkarılmakta ve yakarak ısı ve elektrik üretilmektedir. Kömürün çıkarılma sürecinde teknolojik maden işletmeciliği kullanılmaktadır.[10]

D-) NÜKLEER ENERJİ

Nükleer enerjiye bakarsak atomdan elde edilen enerji kaynağı olarak kısa şekilde tanımlanmaktadır. Nükleerin kaynağına baktığımız zaman füzyon ve fisyon denilen iki reaksiyonun gerçekleştiği görülmektedir. Füzyon genellikle güneşte gerçekleşen ve güneş ışınlarının da yayılmasını sağlayan reaksiyondur. Hafif çekirdek ağırlığına sahip olan atomların yüksek basınç ve sıcaklıktan etkilenerek birbirleriyle bağ kurmaları şeklinde gerçekleşmektedir. Bu bağı kurarken ortaya çıkan enerji kullanılmaktadır. Fisyon ise tam tersi şekilde ağır ve kararsız olan çekirdeklerin daha kararlı hale gelebilmek amacıyla bölünmesine denmektedir. Fisil (Tek sayılı atom kütle numarasına sahip kolay bölünebilen maddeler (U-235)) madde değil ise dışardan etki ile bir nötron soğurması yapılıp tepkimenin zincirleme bir reaksiyon şeklinde devam etmesi sağlanmaktadır. (Şekil-6)

Şekil-4: Fisyon ve Füzyon reaksiyonları[11]

Bu reaksiyon sırasında kullanılan maddeler sık kullanılandan aza doğru uranyum, plütonyum, toryum ve bunların izotopları yani farklı diziliş ve kütle numaralarına sahip olan türleridir. Uranyumun sınırlı olması sebebiyle yenilenebilir bir enerji kaynağı değildir.

Nükleer santrallere artan insan nüfusunun ihtiyaçlarını, tükenen enerji kaynakları ve bu tükenen kaynaklardan dolayı artan maliyetleri karşılamak, maliyet etkin olması gibi birçok nedenden ötürü ülkeler için verimli bir alternatif enerji kaynağıdır.

E-) JEOTERMAL ENERJİ

Jeotermal kelimesi Yunan kökenli geo(yeryüzü)-therme(sıcaklık) kelimelerinin birleşiminden oluşmaktadır. Dünyanın çekirdeğinde yani yüzeyden 4600 km uzakta üretilmektedir. Jeotermal enerji, yerkabuğunun çeşitli derinliklerinde bulunan birikmiş ısının oluşturduğu sıcaklıkların, bölgesel atmosferik ortalama sıcaklığının üzerinde olan ve çevresindeki normal yeraltı ve yerüstü sularına göre daha fazla çözülmüş mineral, çeşitli tuzlar ve gaz içerebilen basınç altındaki sıcak su ve buhar (akışkan) yolu ile sürekli yüzeye taşınan ısı olarak tanımlanmaktadır.[12]

İklim şartlarından etkilenmemesi nedeniyle diğer yenilenebilir enerji kaynaklarına göre ve aynı zamanda karbon salınımının düşük miktarda gerçekleşmesi dolayısıyla daha avantajlıdır. Genel olarak sıcak su turizminin önemli unsurlarından biri olan bu kaynak özellikle son dönemlerde enerji kaynağı olarak kullanılmaya başlanmıştır.[13]

F-) DALGA ENERJİSİ VE HİDROELEKTRİK ENERJİ

Sudan enerji üretmek mümkündür. Okyanus veya denizlerdeki dalga gücünden yararlanarak veya baraj göllerinde toplanan suyu akıtarak üretilme yolları olan bir enerji türüdür. Birinci üretim yolunda dalgaların ileri geri hareketi esnasında tirbünler dönmekte ve elektrik üretim döngüsü başlamaktadır. Hidroelektrik enerji santralleri ise genellikle dik bir vadinin ağzına inşa edilmektedir. Bu santrallerde enerji üretimindeki ana faktör suyun akış hızıdır. Hızla kanallardan akması sağlanan bu su tribünlere çarparak onları döndürmekte ve elektrik üretimi sağlanmaktadır.

Coğrafi konum enerji üretmekte kullanılan bu kaynak için oldukça önemlidir. Engebeli ve sulak arazilerde başarılı bir üretim kaynağı olacaktır.

G-) RÜZGAR ENERJİSİ

Rüzgâr enerjisi güneş ışıklarının dünyaya ulaşması sonucu üretilir. Güneş ışıkları dünya yüzeyini ısıtmak üzere özellikle tropik bölgelerde yoğunlaşır. Isı, çevre bölgelere göre daha yoğun bir ortam oluşmasına sebep olmaktadır. Rüzgâr, alçak basınçtan yüksek basınca doğru hareket ettiğine göre sıcak olan bölgelerden soğuğa doğru yayılacaklardır. Rüzgâr sonucunda türbinler sayesinde elektrik üretilebilir. Tropik bölgelerin yanı sıra denize kıyısı olan sahillerde kullanılmaktadır. Güneş ışınları toprağı denizlere göre daha hızlı ısıtır. Bundan kaynaklı olarak tropikal bölgede gerçekleşen hareket burada da gerçekleşmektedir. Yenilenebilir enerji kaynaklarından olan rüzgâr, güneş var olduğu sürece hep olacaktır. (Şekil-5) 

Şekil-5: Deniz ve karadaki hava basıncı değişikliği

H-) GÜNEŞ ENERJİSİ

Güneş her gün dünyanın bir yılda ihtiyaç duyduğu enerjiyi bir günde yayan devasa bir enerji kaynağıdır. Bu ışınlar güneşte meydana gelen füzyon faaliyetleri sonucunda meydana gelmişlerdir. Füzyon, güneşte sıcaklık ve basınçtan dolayı hidrojenlerin birleşmesi ve daha ağır olan helyum elementini oluşturması sonucunda gerçekleşmektedir. Bu olay sonucunda ortaya çıkan ışığın küçük bir kısmı yayılarak dünyamıza ulaşmaktadır. Bu ışınlarda fotovoltaik güneş panelleri ve buhar üretmek için yoğunlaştırma, elektrik üretmek amacıyla güneşi kullanmanın iki yoludur. Gakat Fotovoltaik enerji fosil yakıtlardan daha maliyetlidir ve bundan dolayı sadece %0,04 kadarı insanlar tarafından kullanılabilmektedir.[14]

Özellikle son yıllarda bu alandaki yatırımların artması ve teknolojik maliyetlerin düşmeye başlaması ile giderek yaygınlaşmaktadır. Ülkelerin yenilenebilir enerji kaynakları arasında güneşe ayrı bir önem verdikleri görülmektedir.

I-) ÇÖP GAZI ENERJİSİ

Her gün her evden en az bir çöp poşeti dolusu çöp çıkmaktadır. Bunlar toplama noktalarına götürülüp her geçen gün büyüyen çöp dağları oluşmaktadır. Uzun süredir bu çöpün nasıl değerlendirilmesi gerektiği üzerine düşünen insanlar bunu bir enerji kaynağı olarak kullanmanın yolunu bulmuşlardır. Çöplüklere bu kapsamda biyoreaktörler yerleştirilmekte ve çöplerin çıkardığı metan gazı elektrik üretmek amacıyla kullanılmaktadır.

Biyoreaktörler atıkları yakıt olarak kullanmamıza yarayan makinelerdir. Çöplükte biriken metan gazını alması sayesinde atmosfere salınan metan gazı oranı azaltılmaktadır.[15]

İ-) BİYOYAKITLAR

Büyük potansiyel taşıyan yenilenebilir enerji kaynağıdır. Genellikle taşıtların yakıtlarına karıştırılan bu yakıtların en ünlüsü etanoldür. Bu yakıtlar genellikle bitki atıkları, soya fasulyesi, mısır ve bazı yosun türlerinden elde edilmektedir. Bu yakıt türü doğal süreçlerden elde edilmekte olup güneş ışınlarını ve atmosferdeki karbondioksiti kullanmaktadır. Bitkiler toplandıktan sonra enzimler yardımıyla bitkilerdeki maddeler şekere çevrilmektedir. Oluşturulan şekerler mikroplar yoluyla yakıt olarak kullanılan etanole dönüştürülür.

Avantajları bulunan bu yakıt türünün aynı zamanda dezavantajları da bulunmaktadır. Bitkilerden üretilen yenilenebilir bir enerji olmasına rağmen yakıt için ekim yapmak daha az tahıl anlamına gelmektedir. Aynı zamanda üretimi için daha fazla tarla açmak hayvanların yaşamlarını daha da daraltmaya sebebiyet verecektir. Yakıt olarak kullanılan bu enerji kaynağı petrole göre daha az kirliliğe sebep olmaktadır. Ancak üretimi esnasında bu yakıtların sağladığı enerjiden daha fazla enerji gerekecektir. [16]

KAYNAKÇA

[1] FERGUSON, Charles D. Nükleer Enerji. Dü. Vedat ÇELİK. Çev. Fatih GÜDÜK. 1. Ankara: Buzdağı, Mayıs 2015.

[2] ŞENEL, Mahmut Can. Rüzgâr Türbinlerinde Güç İletim Mekanizmalarının Tasarım Esasları-Dinamik Davranış. Master’s thesis, Ondokuz Mayıs Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 2012. Samsun, 2012.

[3] KOÇ, Erdem, and Mahmut Can ŞENEL. “Dünyada ve Türkiye’de Enerji Durumu- Genel Değerlendirme” Mühendis Ve Makina, 54th ser., no. 639 (February 12, 2013): 32.

[4] AKINOĞLU , Güney, Ahmet KORKMAZ ve Ayhan HORUZ . «Biyoyakıt Bitkileri ve Teknolojisi.» Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Dergisi 3.2 (2015): 69-81.

[5] Enerdata. 2018. 16 Eylül 2018. <https://yearbook.enerdata.net/total-energy/world-consumption-statistics.html>.

[6]ExxonMobil 2018 Enerji Görünümü: 2040’a Bakış. Dünya Enerji Konseyi Türk Milli Komitesi, Texas: ExxonMobil, Şubat 2018, 14-25

[7] BP. BP Statistical Review. Londra: BP Statistical Review of World Energy, Haziran 2016.

[8] «Petroleum.» Intermediate Energy Infobook 2017-2018: 18.

[9] Natural Gas. Intermediate Energy Infobook. 2017-2018. 18.

[10] Coal-A Fossil Fuel. Energy Information Administration, tarih yok. 16 Eylül 2018. <http://www.ei.lehigh.edu/learners/energy/readings/coal.pdf>.

[11] GÜRGÖRDÜ, Birkan. «Füzyon Nedir? Nasıl Oluşur?» BilgiUstam.com. tarih yok. https://www.bilgiustam.com/fuzyon-nedir-nasil-olusur/ (erişildi: Eylül 12, 2018).

[12] İĞDELİ, Bilal. Jeotermal Nedir ? 2009. Powerpoint Sunusu.

[13] KARAGÖL, Enes Tanas ve İsmail KAVAZ. «Dünyada ve Türkiye’de Yenilenebilir Enerji Kaynakları.» Seta-Analiz 197 (2017): 16-17.

[14] Mohtasham, Javid. «Renewable Energies .» ScienceDirect 2015: 1291-1292.

[15] Discovery Education. Enerji Nedir? Çev. Kozan DEMİRCAN. İstanbul: Doğan Egmont Yayıncılık, 2011.

[16] AKINOĞLU , Güney, Ahmet KORKMAZ ve Ayhan HORUZ . «Biyoyakıt Bitkileri ve Teknolojisi.» Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Dergisi 3.2 (2015): 69-81.