GELENEKSEL VE YENİLEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI

Enerji birçok bilimsel kaynakta “iş yapabilme yeteneği” olarak tanımlanmaktadır. İş yapabilme yeteneği ifadesi, Newton Mekaniğinde yer almakla birlikte enerji, bir cismin veya sistemin, konumu veya durumu nedeniyle iş yapabilme yeteneği olarak açıklanmaktadır. Biraz daha açıklamak gerekirse belirli bir kütleye sahip cismin konumunun değiştirilebilmesi için iş, işi yapabilmek için kuvvet, kuvveti yaratabilmek için de enerji gereklidir. Doğru yanıt A’dır.

Enerji türleri hakkında bilgiler vermeden önce enerji ile ilgili hesaplamalarda kullanılan birimler bilinmelidir. İngiliz Isıl Birimi (Btu) 68°F’deki (20°C) 1 lbm (0,454 kg) suyun sıcaklığını 1°F arttırabilmek için verilmesi gereken enerji olarak tanımlanmaktadır. Kalori (cal) ise 15°C’deki 1 g suyun sıcaklığını 1°C’ye arttırabilmek için verilmesi gereken enerji olarak ifade edilmektedir.

Birim                 Sembol             Tanım

Joule                       J                    1J = N.m = 1kg.m2/s2

Kilojoule                  kJ                  1kJ = 1000 J

Watt                       W                  1W = 1 J/s

İngiliz Isıl Birimi       Btu                1Btu = 1055 J

Kalori                     cal                  1cal = 4,1868 J

Elektronvolt            eV                  1eV = 1,602 x 10-19 ± 4,9 x 10-26 J

Doğru yanıt E’dir.

Manyetik, elektrik ve yüzey gerilimi etkilerinin olmadığı durumlarda sistemin toplam enerjisinin kinetik, potansiyel ve iç enerjilerinin toplamına eşit olduğu düşünülebilir. Bir sistemin iç enerjisi hissedilir, gizli, kimyasal ve nükleer enerjilerden ibarettir. Hissedilir iç enerji, atom ve moleküllerin çevrim, dönme ve titreşimleri nedeniyle oluşmaktadır. Gizli enerji, maddelerin faz değişimi sırasında sabit sıcaklıkta soğurduğu veya saldığı enerji olarak tanımlanabilir. Kimyasal enerji ise atom ve moleküllerin bağlarındaki potansiyel enerji olarak düşünülebilir. Nükleer enerji ise atom çekirdeğindeki parçacıkların arasındaki etkileşimde depolanan enerjidir.  Doğru yanıt E’dir.

Mekanik enerji, bir cismin kinetik ve potansiyel enerjilerinin toplamına eşittir. Doğru yanıt C’dir.

Termodinamiğin birinci kanununun daha modern olan açıklamasına göre enerji kinetik, mekanik, potansiyel, kimyasal, elektrik, iç, nükleer, ısı ve iş olarak bulunabiliyor. Bunların her birisi bir başka biçime dönüştürülebilmekte ve toplam enerji sabit kalmaktadır. Bir yakıt yakıldığında kimyasal bağlarının sahip olduğu kimyasal enerji ısı olarak açığa çıkıyor. Eğer amaç yaşam ortamını ısıtmak ise enerji doğrudan havanın veya sıvının ısıtılmasına verilebilmektedir. Eğer amaç mekanik enerji veya iş yaratmak ise ısı işe dönüştürülmelidir. Bu içten yanmalı motorlarda veya dıştan yanmalı buhar motorlarında olduğu gibi kolaylıkla yapılabilir. Eğer amaç elektrik enerjisi üretmek ise ısı öncelikle mekanik enerjiye daha sonra elektrik enerjisine çevrilmelidir. Doğru yanıt C’dir.

Doğal gaz dünyada en çok kullanılan üçüncü enerji kaynağıdır. Artan önemiyle birlikte çok parlak bir geleceği vardır. Doğal gaz temelde metan gazından oluşmakla birlikte diğer bazı bileşikler de bulunmaktadır. Bunlar etan, propan, butan ve daha uzun zincirli hidrokarbonlar olmakla birlikte azot, karbondioksit ve hidrojen sülfür gibi diğer safsızlıklardır. Bunların, satılmadan önce, doğal gazdan ayrıştırılması gerekmektedir.

Doğal gazın içerisinde rezervuara ve üretim koşullarına bağlı olarak su da bulunmaktadır. Doğal gazın taşınması sırasında boru hatlarının korozyondan zarar görmemesi için suyun doğal gazdan uzaklaştırılması gerekmektedir. Benzer şekilde karbondioksit ve hidrojen sülfür de asidik karakterde oldukları için boru hatlarında korozyona sebep olup tehlike yaratabilirler. Doğru yanıt D’dir.

Yenilenemeyen enerji kaynakları arasında yer alan ham petrol dünyadaki bir numaralı enerji kaynağıdır ve bu yerini 20. yüzyılın başından beri muhafaza etmektedir. Dünya, taşımacılıkta kullanılan yakıtlar, petrokimyasallar ve asfalt nedeniyle petrole çok bağımlıdır. Petrol sonlu bir enerji kaynağı olup yıllık üretim miktarı piyasa koşullarına göre değişmektedir. Bu nedenle petrol fiyatları kimi zaman artmakta ve kimi zaman da azalmaktadır. Doğru yanıt A’dır.

Birçok süreçte enerji sürekli olarak bir biçimden diğer bir biçime dönüşmektedir. Buna enerjinin dönüşümü denilmektedir. Örneğin, güneş enerjisi, bitkilerde su ve karbondioksit fotosentez yoluyla besine sentezlenerek kimyasal enerjiye dönüşmektedir. Suyun yüksekten düşüşüyle oluşturduğu mekanik enerji jeneratörlerde elektromanyetik enerjiye dönüşmektedir. İçten yanmalı motorlarda yakıtın potansiyel kimyasal enerjisi önce ısıya, sonra pistonları hareket ettirerek aracın hareket etmesiyle birlikte kinetik enerjiye dönüşmektedir. Bir enerji dönüşüm cihazına veya surece giren enerji, diğer enerji biçimlerine dönüşürken cihaza veya surece giren ve çıkan enerjiler birbirine eşittir. Bunun nedeni herhangi bir sistemdeki enerjinin şekil değiştirmesi sırasında enerjinin korunumudur. Doğru yanıt A’dır.

Doğadan doğrudan elde edilebilen enerji kaynakları olan birincil enerji kaynaklarını da üç farklı başlık altında toplayabiliriz. Bunlar:

Uluslararası Enerji Ajansı (IEA) tarafından 2015 yılında yayınlanan bültendeki verilere göre 2013 yılı itibariyle Dünyadaki toplam enerji ihtiyacının %28,9’u kömürden, %31,1’i petrolden, %21,4’u doğal gazdan ve %4,8’i de nükleer yakıtlardan üretilmektedir.

Geriye kalan %13,8’lik kısım ise yenilenebilir enerji kaynaklarından ve atıklardan sağlanmaktadır.

Toplam enerji arzı 13541 Mtoe (milyon ton eşdeğer petrol) olup, 1 toe = 11630 kWh = 41870 MJ’dur.

İkincil enerji kaynakları, birincil enerji kaynaklarının elektrik enerjisi veya benzin, fueloil, metanol, etanol ve hidrojen gibi yakıtlara dönüştürülmesiyle elde edilir. Güneş, rüzgar, biyokütle, jeotermal enerji gibi yenilenebilir enerji kaynakları birincil enerji kaynakları olup genellikle kullanılabilir enerji olarak nitelendirilen elektrik veya ısıl enerjiye dönüştürülürler. Doğru yanıt D’dir.

Enerjinin verimli kullanımı genellikle enerji tüketiminin azaltılması ve enerji kullanım veriminin arttırılmasıyla gerçekleştirilmektedir. Enerjinin verimli kullanılmasıyla hem ekonomik açıdan hem de çevrenin korunması açısından kazanç sağlanabilir. Enerjinin geri kazanımı ile bir sistemin toplam atık enerjisini azaltarak sistem içerisindeki bir sürecin işletilebilmesi için gerekli olan enerji girdilerinin azaltılması amaçlanmaktadır. Doğru yanıt D’dir.

Enerji­ birçok bilimsel kaynakta “­iş yapabilme yeteneği­” olarak tanımlanmaktadır. İş yapabilme yeteneği­ ifadesi­, Newton Mekaniğinde yer almakla birlikte enerji­, bir cismin veya sistemin, konumu veya durumu nedeniyle ­iş yapabilme yeteneği­ olarak açıklanmaktadır. Biraz daha açıklamak gerekirse belirli­ bir kütleye sahip cismin konumunun değiştirilebilmesi­ ­için iş, iş­ yapabilmek ­için kuvvet, kuvvet­ yaratabilmek i­ç­in de enerji­ gereklidir. Doğru cevap B’dir.

Termodinamiğin I. yasasına göre toplam enerji­: mekanik, termodinamik, elektromanyetik ve nükleer enerjinin toplamına eşittir. Elastik enerjisi bunlardan biri değildir. Doğru cevap A’dır.

Manyetik, elektrik ve yüzey gerilimi etkilerinin olmadığı durumlarda sistemin toplam enerjisinin kinetik, potansiyel ve iç enerjilerinin toplamına eşit olduğu düşünülebilir. Bir sistemin ­iç enerjisi hissedilir, gizli, kimyasal ve nükleer enerjilerden ibarettir. Hissedilir iç enerji, atom ve moleküllerin çevrim, dönme ve titreşimleri nedeniyle oluşmaktadır. Gizli enerji, maddelerin faz değişimi sırasında sabit sıcaklıkta soğurduğu veya saldığı enerji olarak tanımlanabilir. Kimyasal enerji ise atom ve moleküllerin bağlarındaki potansiyel enerji olarak düşünülebilir. Nükleer enerji ise atom çekirdeğindeki parçacıkların arasındaki etkileşimde depolanan enerjidir. Doğru cevap A’dır.

İngiliz Isıl Biriminin sembolü Btu’dur. Btu 68°F’deki (20°C) 1 lb_m (0,454 kg) suyun sıcaklığını 1°F arttırabilmek için verilmesi gereken enerji olarak tanımlanmaktadır. Doğru cevap E’dir.

Nükleer enerji, atom çekirdeğinin daha küçük parçacıklara ayrıldığı fisyon tepkimesi veya iki­ hafif atom çekirdeğinin bir araya gelerek daha ağır bir çekirdek oluşturduğu füzyon tepkimesi sonucu açığa çıkar. Nükleer f­isyon tepkimesinde atom çekirdeğinin ayrılması sonucu serbest nötronlar ve gamma ışını (y) biçiminde fotonlar üretilmektedir. Gamma ışınları, dalga boyu 10 p­ikometreden (1 pm=10^-12 m) daha az, frekansı 10¹⁹ Hz’den daha büyük olan elektromanyetik radyasyondur ve bu nedenle enerjileri 100 keV’dan daha fazladır. Bir nükleer güç santralinde nükleer yakıt olarak uranyum kullanılmaktadır. Uranyum atomlarına nötronların çarpması veya bir başka deyişle nötron bombardımanıyla atomlar parçalanmakta, meydana gelen fi­syon reaksiyonu sonucunda ısı ve nötronlar açığa çıkmaktadır. Doğru cevap D’dir.

Enerji, kullanılabilir hâle gelmeden önce pek çok süreç içerisinde bir seri enerji dönüşümü gerçekleşir. Örneğin, elektrikli bir cihazın çalışabilmesi için gerekli elektrik enerjisi aşağıda verilen enerji dönüşüm süreçlerinden geçerek elde ed­ili­r.

Doğru cevap B’dir.

Enerji kaynaklarını birincil ve ikincil enerji kaynakları olmak üzere iki alt başlık altında değerlendirmek mümkündür. Birincil enerji kaynakları, doğadan alındığı gibi kullanılabilen kaynaklardır. İkincil enerji kaynakları ise birincil enerji kaynaklarının işlenerek elektrik enerjisi veya yakıt hâline dönüştürülmesiyle elde edilirler. Bunlara elektrik enerjisi veya benzin, fuel oil, metanol, etanol ve hidrojen gibi yakıtları örnek verebiliriz. Doğru cevap C’dir.

Doğadan doğrudan elde edilebilen enerji kaynakları olan birincil enerji kaynaklarını üç farklı başlık altında toplayabiliriz. Bunlar:
• Yenilenemeyen enerji kaynakları: kömür, ham petrol, doğal gaz ve nükleer yakıt.
• Yenilenebilir enerji kaynakları: su gücü, biyokütle, güneş enerjisi, rüzgâr enerjisi, jeotermal enerji ve dalga enerjisi.
• Atıklar
Doğru cevap B’dir.

Termodinamiğin kanunlarından biri de bir enerji dönüşümü sisteminin ne kadar verimli olacağının sınırlarını belirler. Bilim insanları ısıyı herkesin anladığından daha farklı tanımlarlar. Eğer farklı sıcaklıklardaki iki cisim birbiriyle temas ettirilirse enerji sıcak cisimden soğuk cisme doğru akar ve her iki cismin sıcaklığı aynı olana kadar bu durum devam eder. Aktarılan bu enerji ısı olarak adlandırılır. Her cismin sıcaklığı, sahip olduğu iç enerjiye bağlıdır. Bu enerji, moleküllerin hareketi ve titreşmesiyle meydana gelen kinetik enerjilerinin bir sonucudur ve maddenin sıcaklık ve basıncının bir fonksiyonudur. Sıcak maddenin moleküller daha hızlı hareket eder. Enerji ısı olarak aktarıldığında sıcak olan cismin iç enerjisinin bir kısmını kaybeder ve soğuk olan cismin iç enerjisi artar. Doğru cevap D’dir.

Enerjinin verimli kullanımı genellikle enerji tüketiminin azaltılması ve enerji kullanım veriminin arttırılmasıyla gerçekleştirilmektedir. Enerjinin geri kazanımı ile bir sistemin toplam atık enerjisini azaltarak sistem içerisindeki bir sürecin işletilebilmesi için gerekli olan enerji girdilerinin azaltılması amaçlanmaktadır. Enerjinin verimli kullanılması ya da geri kazanımı ile hem ekonomik açıdan hem de çevrenin korunması açısından kazanç sağlanabilir. Doğru cevap C’dir.