POLİTİK FİZİK – RICHARD A. MULLER

Nükleer Santrallerden Küresel Isınmaya, Manşetlerin Arkasındaki Fizik

(Değerli okuyucularım, 2009 yılında Kuzey Kaliforniya Kitap Ödülü’nü kazanan bu önemli eserin özetini sunuyorum.)

Dr. Muller, Kaliforniya Üniversitesi Berkeley yerleşkesinde fizik profesörüdür. Üst düzey hükümet danışmanıdır. Kitap Tuncay İncesu tarafından son derecede başarı ile tercüme edilmiştir. Berkeley’de atom demetleri konusunda önemli araştırmaları vardır.

Fizik sizi korkutuyor mu? Küresel ısınma, casus uydular, ICBM (Kıtalararası Balistik Füzeler), ABM (Anti Balistik Füzeler), fisyon ve füzyon sizi hayrete mi düşürüyor? Bombalarda ve güç santrallerindekiler dahil bütün nükleerlerin, aslında aynı şey olduğunu mu düşünüyor sunuz? Bir yanda fosil yakıtların tükenmekte olduğunu iddia edenler ile diğer yanda tükenmediğini söyleyenler arasında şaşırıp kalıyor musunuz? Küresel ısınma konusunda tartışmalar süregelirken, kimi önemli bilim insanlarının tartışmalar bitmiştir demesi aklınızı  karıştırıyor mu? Fizik ve yüksek teknoloji sizi kaybolmuş, şaşkın ve sarhoş gibi mi hissettiriyor?

Eğer öyleyse dünya lideri olmaya hazır değilsiniz. Dünya lideri bu konuları mutlaka anlamalıdır. Size birileri bir teröristin Manhattan’ın ortasına bir kirli bomba bıraktığını söylediği an, yerel bilim danışmanınıza telefon açıp durumun gerçekten ne kadar kötü olduğunu öğrenmeye çalışmanız için uygun bir zaman değildir. En kötü ihtimali varsayarak, bütün devlet kaynaklarını diğer projelerden çekip hemen bu yeni acil duruma yöneltmeye karar vermek için de iyi bir zaman değildir. Akıllı, çabuk ve orantılı davranmak için yeterli bilgiye sahip olmanız gerekir.

Güncelliği sebebi ile ve bizi doğrudan enerji konularına yönelteceği için terörizmle başlıyorum. Her şeyden önce, bir bomba, çok büyük bir enerjiyi çabucak ufak bir hacme salıveren aygıttan başka nedir ki? Fiziği anladığınız zaman Dünya Ticaret Merkezi’nde olanlar size daha berrak görünecektir. Hatta ilgili fiziği anladığınız zaman biyolojik silahları bile daha kolay anlayacaksınız.

Kapsayacağım ikinci konu, bütün dünya liderlerini ilgilendiren enerji konusudur. Enerji sayesinde ekonomiler yükseliyor, ya da zora giriyor; ülkeler enerji için savaşa giriyor; enerjinin lüzumsuz kullanımı çevre şartlarını bozuyor. Enerjiyi nereden elde ederiz, nasıl kullanırız, israf etmeyi önleyebilir miyiz? Enerji hakkında muhtemel hidrojen ekonomisinden, kömür, petrol ve güneş enerjisine kadar birçok sürprizler-gelecek teknolojileri tanımlayan ve sınırlayan gerçekler- vardır. Anlaşılıyor ki fosil yakıtları bu kadar çok sevmemizin temelleri de fiziktedir.

Enerjiye çok yakından ilgili konu nükleerdir; radyoaktivite, bombalar, reaktörler, atık tehlikesi gibi. Bunlar da kitabın üçüncü ana bölümünün konularıdır. Yönetici kamuyu korumalıdır, ama bu nükleerleri kullanmak mı yok saymak anlamına mı geliyor? Burada kolay bir cevap yoktur ve karar verirken ayrıntılar-fiziksel ayrıntılar- dikkate alınmalıdır.

Aşikardır ki geleceğimiz göklerde, uzaydadır. Yoksa öyle değil mi? Apollo-11’den sonra otuzdokuz yıl geçti, ama henüz aya geri dönemedik. Neler oluyor? Bizi alıkoyan nedir? Ekonomi mi, insan iradesi mi ya da fizik mi? Kitabın dördüncü kısmı uzay, uydular ile kütleçekimin potansiyeli ve sınırlarına ayrılmıştır.

En sonunda da bütün konuların en sıcağına –küresel ısınma- dokunuyorum. Bu konu fiziğin birçok değişik alanını ilgilendirdiği için ayrı bir bölümü hak ediyor. Dahası, bu öyle bir konu ki yanlış bilinenler, gerçekler kadar yaygın. Doğru bildiğiniz kimi olayları unutmanız gerekebilir; ama bunu, yönetici olduğunuzda daha akıllı kararlar verebilmek için yapmak zorundasınız.

Zaman zaman ekonomiye dokunulsa da esas konu başkadır. Dünya lideri olmak için bilmeniz gereken fizik işte budur. Gerisi artık size kalmıştır.

TERÖRİZM

Bir sonraki terörist saldırının ne zaman yapılacağını sanıyorsunuz? Nükleer bir patlama? Kirli bir bomba? Aynı anda patlatılan bir düzine ticari uçak? Ya da daha bildiğimiz bir şey, bir gökdelene çarpan bir uçak gibi?

Eğer yönetici sizseniz, böyle bir terörizmi karşılamak ve engel olmak en büyük sorumluluğunuzdur. Kuşkusuz ulusal güvenlik danışmanınızdan, CIA’den, Enerji Bakanlığı’ndan, kabinenizden ve birkaç köşe yazarından yardım alacaksınız. Ama sorumluluk sizin omuzlarınızdadır. Doğru kararı almazsanız kendinizi asla affetmeyeceğiniz gibi tarih de sizi affetmeyecektir. Sorumluluk ağırdır. Bu işi istediğinizden emin misniz?

Yönetici olmak kolay değil. Ama biraz fizik bilgisi yardımcı olabilir. Muhtemel saldırıların hepsi aynı derecede uygulanabilir ya da aynı derecede tehlikeli ya da aynı derecede karşı konulması zor değildir. 11 Eylül’ü hepimiz biliyoruz. Olaylara yeniden, ama bu defa fizik açısından bakarak neler olduğunu aydınlatmaya ve gelecekteki gerçek tehlikelerin ipuçlarını aramaya çalışalım.

ONBİR EYLÜL

Onbir Eylül 2001’de bu tür bir terörist saldırı hiç beklenmiyordu. El-Kaide 1.8 kiloton TNT’ye eşit enerji açığa çıkaran bir silah kullandı. Bu enerji Kuzey Kore’nin 9 Ekim 2006’da denemesini yaptığı nükleer silahın enerjisinden oldukça fazladır. Tahribatı yapan uçağın çarpması değildi. Uçağın ağırlığı 131 tondu ve satte 990 km hız yapıyordu. Hareket enerjisi 1 ton TNT’ye eşitti. Yıkıcı enerjinin gerçek kaynağı son derece basitti: Herbir uçağın Birleşik Devletleri boydan boya geçmesi için taşıması gereken 60 ton jet yakıtı vardı. İşte burada saldırının arkasındaki şaşırtıcı fizik gerçeği ortaya çıkıyor: Bir ton jet yakıtı ya da benzin havada yakıldığı zaman 15 ton TNT’nin enerjisini açığa çıkarır. Yani 60 ton benzin 900 ton TNT enerjisi açığa çıkarır. İki uçak için toplam 1800 ton, yani 1.8 kiloton TNT eşdeğeri eder.

Bu gerçek çok kişiyi hayrete düşürür. Ama bu konuda düşündüğünüz zaman olayı anlarsınız. TNT yüksek enerji taşıdığı için kullanılmaz, enerjiyi çok çabuk açığa çıkardığı için kullanılır. Bunu gerçekleştirebilir, çünkü benzin gibi hava ile birleşmesi gerekmez. TNT moleküllerindeki atomlar sıkıştırılmış ve bağlanmış yaylar gibidir: bağı kopardığınız zaman enerji uçarcasına açığa çıkar. TNT’nin bir molekülü kırılınca, çıkan enerji çevredeki bağları da koparır. Böylece TNT kimyasal bir zincir reaksiyon sonucu patlar. Saniyenin milyonda biri kadar bir süre içinde, yayların enerjisi hareket enerjisine dönüşür. Moleküllerin hızı yüksektir, bu da sıcak oldukları anlamına gelir. 11 Eylül teröristleri Dünya Ticaret Merkezi’ni tahrip etmek için yüksek bir güç kullanmadılar, jet yakıtının yüksek enerjisini kullandılar. Açığa çıkan enerji yüksek sıcaklık meydana getirdi. Yapının çeliklerindeki moleküllerin hızla hareket etmesini (titreşimi) sağladı. Moleküller ileri geri sallanırken yakındaki molekülleri iterler. Isınan cisimlerin genleşmesi bu yüzdendir. Ama çelik moleküllerinin birbirinden uzaklaşması aynı zamanda aralarındaki çekim kuvvetini zayıflatır. Sonuç olarak sıcak çelik soğuk çelikten daha zayıftır. En sonunda çelik yapının zayıflaması binanın çökmesine yol açtı. 11 Eylül teröristleri bu gerçeklerden çok iyi yararlandılar. Mohammet Atta Boston’da Amerikan Havayollarının 11 uçuş numaralı uçağına bindiği zaman taşıdığı yasal olmayan tek şey niyetiydi. Yanında silah, patlayıcı, uzun bıçak, hiçbiri yoktu. Havayolu kontrollerimizin çok iyi belgelenmiş tüm zaafiyetine rağmen, Atta ve diğer terörist arkadaşları için silahla yakalanma riski, şanslarını bu yolda denemeyecek kadar fazlaydı. Denemeleri de gerekmiyordu. Operasyonun en zekice yanı düşük risk faktörü idi. Patlayıcılara ihtiyaç yoktu. Uçağın içine hiçbir illegal silah sokulmasına gerek yoktu. Hemen hemen hiçbir alt yapı organizasyonu lazım değildi. Planın ortaya çıkarılma tehlikesi çok düşüktü, çünkü görevin ayrıntılarını bilmek zorunda olan teröristler pilotlardı. Atta’nın planı havayolları politikasına dayanıyordu; pilotları uçak kaçıranlarla işbirliği yapmaya yönlendiriyordu; o günlerde bu politika geçerliydi ama bir daha asla uygulanmadı. Tartışma, tehdit etme, sadece ne derlerse yap. Bu yaklaşım geçmişte birçok insanın canını (ve uçakları) kurtarmıştı. Atta, 11 Eylül’ün uçakların kolaylıkla kaçırılabileceği son gün olduğunun bilincindeydi. 11 Eylül’den sonra uçaklardaki sivil hava güvenlik görevlileri lüzumsuz hale geldi, çünkü artık hiçbir pilot uçağın kontrolünü istiyerek bir teröriste teslim etmeyecekti. Uçak kaçıran kişi pilotları öldürse bile, yolcuların ve personelin cesaret ve hiddeti artık durdurulamayacaktı. Dünya Ticaret Merkezi’ne yapılan saldırıdan tam bir saat onbeş dakika sonra United Havayollarının 93 numaralı uçuşundaki olay buydu. Tüm yolcular hemen pilot kabinine koştular.

Eğer bomba imal ettiyseniz, patlayıcının buharları muhtemelen bulunacaktır. Koklayıcı sistem geliştirilmiştir. Bu sistemin bombanın kendisini saptamasına gerek yoktur. İyi sarmalanmışsa zaten bombayı algılayamabilirler. Ama elbiselerinizden, saçınızdan, tırnaklarınızdan ve yanınızda taşıdığınız diğer şeylerden bomba kokusunu yok etmek çok zordur. Diğer insanlar bomba malzemesi gibi kokmazlar, patlayıcılarla uğraşmış olan teröristler bomba kokar. Sonuçta Dünya Ticaret Merkezi’ni yıkan, bir patlama değildi. Uçağın çarpması değildi. Yangındı.

BÜYÜK NÜKLEERLER

Füzelerimizde taşınan herbir savaş başlığı bir adamdan büyük değildir, ama yine de 100 kiloton TNT eşdeğeri enerji açığa çıkarır. Böyle bir bombanın yok etme menzili 800 m’den fazladır ve ısı radyasyonu 3 km’yi aşar. B-52’lerle taşınan M83 bombası megaton mertebesinde savaş başlığına sahiptir, yok etme yarıçapı 3 km ve ısı etkisi 8 km’ye uzanır. Böyle bir bomba, Manhattan’ın aşağı yarısının tümünü tahrip edebilir. Teröristlerin böyle bir silahı imal edebilme ihtimalleri pek yoktur. Nükleer silahlar bölümünde anlatacağım gibi, böyle büyük patlamalar elde edebilmek için iki kısımlı bomba kullanmak gerekir. Nükleer birincil kısım ikincil hidrojen kısmını ateşler. Tanıdığım uzmanların hepsi böyle bir tasarımı hiçbir terörist grubun başaramayacağı konusunda birleşiyorlar. Bunu yapabilmek için gerekli büyük bilimsel ve mühendislik programları, birçok ülkenin bile kapasitesi dışında olabilir. II.Dünya Savaşı’nda ABD’nin nükleer silah programı, Manhattan projesine katılmış olan fizikçi Luis Alvarez’e göre Sovyet silahları bile gizlice kurcalandıkları zaman kendisini imha edecek veya -nükleer patlama ile değil, bomba tasarımını tahrip eden bildiğimiz konvansiyonel patlamayla- şekilde tasarlanmışlardır.

TERÖRİST KİRLİ BOMBA

Radyolojik silahlar kirli bombanın şatafatlı ismi fisyon ya da füzyon silahları gibi nükleer patlama gerektirmezler, ama içinde bulunan radyoaktif maddeleri ortalığa yayan bildiğimiz patlayıcıları kullanırlar. Haberlere göre Saddam Hüseyin 1987’de böyle bir silahın denemesini yaptı, ama ne kadar etkisiz olduğunu görünce çalışmalara son verdi. 1995’te Çeçen asiler Moskova’nın İsmailovski parkına dinamit ve az bir miktar Cesium-137 gömdüler. Sonra bir TV kanalına yerini söylediler. Muhtemelen gerçeği fark ettiler; bombanın harp değeri patlamadan önce keşfedilmesinden daha fazlaydı. Bu tür silahların psikolojik etkisi sebep olabilecekleri sınırlı zarardan daha büyüktür.

Radyoaktif malzemelerin zararsız olduklarını söylemiyorum. Brezilya’nın Goiania şehrindeki hurdacıların hikayesini hatırlayın. 1987’de terk edilmiş bir radyoterapi makinasını bulmuş ve parçalarına ayırmışlardı. Makinada 1400 Curie’lik sezyum-137 bulunuyordu. (Bir Curie 1 gram radyumun radyoaktivitesidir.) İki erkek, bir kadın ve bir çocuk aşırı radyasyon zehirlenmesinden öldü; diğer 250 kişiye de radyasyon bulaştı. Boşaltılan 41 evden birkaçı yeterli derecede temizlenemedi ve yıkılmaları gerekti.

Böyle bir radyasyonun birkaç evle sınırlı kalmadığını, bir patlama ile bütün şehre yayıldığını hayal edin. Zayiat daha fazla olur muydu? Şaşırtıcı olarak cevap “hayır”dır. Eğer radyoaktivite bu şekilde saçılırsa, daha geniş bir alanın boşaltılması gerekir, ama bu olaya atfedilebilecek hiçbir özel ölüm vakası olmayacaktır. 1400 Curie’lik sezyum kaynağından 1 metre kadar uzakta yarım saatten az bir süre durursanız 450 rem’lik radyasyon alırsınız. Radyasyon zararı rem adıyla anılan bir birimle ifade edilir. Sezyum 137 için bu radyasyon dozu LD50 dir. Bunun anlamı tedavi edilmezseniz birkaç ay içinde bu radyasyondan ölme ihtimaliniz %50’den fazladır. Verilecek zararı arttırabilmek için, 1400 Curie’yi geniş bir alana, diyelim ki 1.5 km kenarı olan bir kareye yayacak patlayıcılar kullandım. Bunun sonucu 1 m²’ye 0.6 mili curie’lik bir radyoaktivite olacaktır. Dikkatli bir hesaplama gösterir ki, bu bölgede bulunursanız, bir saat süreli bir ışına maruz kalma sonunda aldığınız ışıma 0.006 rem yani 6 mili rem olacaktır. Bu radyasyon hastalık eşiğinin (100 rem) çok altında, minnacık bir miktardır, yani hiç hasta olmayacaksınız. Eğer hala bu alanda kalırsanız bir ay sonra bile dozunuz sadece 4 rem olacaktır ki, yine de radyasyon hastalığı eşiğinin oldukça altındadır. Eğer patlamadan dolayı hiç kimse hemen ölmemişse, hiçbir ölüm vakası olmayacaktır.

Şimdi kanser riskine bakalım. Orta derecede dozlar için tarihi ışınlamaların sonuçları gösteriyor ki, rem başına kanser riski artışı %0.04’tür. 4 rem’i %0.04 ile çarpın, kanser oluşması tehlikesini %0.16 bulacaksınız. Birleşik Devletler’de “doğal sebeplerden” kanser oranını yaklaşık olarak %20 alırsak, kirli bomba bölgesinde gece-gündüz bir sene süre ile yaşamak kanserden ölme ihtimalini %20.16’ya çıkarır. Bu elbette kötüdür, ama evinizi boşaltmanızı gerektirecek kadar kötü müdür? (Sanıyorum ki bir sene sonra radyoaktivite zaten temizlenmiş olacaktır.)

Dikkatlice hazırlanmış patlayıcıları tespit etmenin iyi bir yöntemi yoktur. En çok ilgiyi patlayıcılardaki azotu belirleyen nötron aktivasyonu yöntemi çekmiştir. Ama bu teknikte azot içeren deri ve diğer malzemelerden dolayı çok sayıda –her uçuşta birkaç defa- yanlış alarm üretilir. Bomba dedektörünü uyaran bir bagajı ne yapar sınız? Patlatır mısınız? Bol miktarda yanlış alarm olduğu sürece iyi bir çözüm bulmak mümkün değildir.

Daha iyi patlayıcı dedektörleri geliştirilmektedir. Nükleer elektrik kuadrapol-azot çekirdeğinin etrafındaki kimyasal çevreyi algılayan bir yöntem- daha az yanlış alarm ile gerçek bir umut sunuyor, ama henüz havaalanlarına monte edilmeye hazır durumda değil.

Osama bin Laden Afganistan’da laboratuarlar kurdu. Zamanla sadece gram değil kilolarca spor üretilebilir. Sovyet laboratuarlarında tonlarca şarbon yetiştirildi ve Aral Denizi’ndeki (İran ve Afganistan’ın hemen kuzeyinde) Vozrozhdeniye  Adası’na muhtemelen bir miktar suçiçeği virüsüyle beraber gömüldü. (Çamaşır suyuyla işleme tabi tutuldu, ama denemeler gösteriyor ki çoğu halen canlı durumdadır.) Sovyet şarbonunun antibiyotiklerin çoğuna dirençli olduğu rapor edilmişti. Yani Birleşik Devletlere karşı yapılan bu ilk biyolojik savaşın verdiği sınırlı kayba rağmen, ilerde neler olabileceği konusundaki tahminler kötümserdir. Ama şimdi vatandaş duyarlılığı o kadar yükselmiştir ki bu tür gruplar hemen fark edilecek ve rapor edilecektir. Teröristler DC-3 gibi bir uçağı yakıtla doldurup bir Pazar akşamı futbol stadyumu gibi bir yere yönlendirebilirler. Böyle bir saldırıyı önlemenin en iyi yolu, bu tür uçaklarla ilgili camiaların uyanık olmasıdır. Düzgün veri toplama yöntemleri yayılmanın kaynağını bulmak ve izole etmek için esastır.

ENERJİ

Enerji önemlidir, çünkü refahla doğrudan bağlantılıdır. Birleşik Devletler ile Çin’i ele alalım. Toplam üretimimiz onlarınkinin 20 katı. Enerji kullanımımız da onlarınkinin 20 katı. Çin’in neden deli gibi yeni güç santralleri, ortalama haftada bir yeni dev (gigawatt) tesis inşaa ettiğine şaşmamak lazım.

- Benzin eşit ağırlıktaki TNT’nin verdiğinden 15 misli enerji verir.

- Aynı enerjiyi veren kömür benzinden 20 defa ucuzdur.

- kenarı 1.6 km olan kareye öğlen vakti düşen güneş ışığı bir gigawatt elektrik   

  gücü verir. Bu miktar büyük bir kömür, hidroelektrik ya da nükleer santralin                         

  gücü kadardır.

GÜÇ

Eğer TNT bu kadar az enerji taşıyorsa neden hala onu kullanıyoruz?cevap çok büyük güç verir de ondan. Halk arasındaki konuşmalarda güç ve enerji aynı anlama gelir, ama bilim insanları ikisini ayırt ederler; bu ayırımı yarının liderinin bilmesi yararlıdır; güç enerjinin kullanılma hızıdır, yani birim zamanda kullanılan enerjidir. TNT benzinden daha az enerji içerir, ama o az enerjiyi öyle bir hızla verir ki kayaları parçalar.

ENERJİNİN BEDELİ

İşte en önemli gerçek: aynı miktar enerji için, Birleşik Devletler’de kömür benzinden 20 defa daha ucuzdur. Yarının lideri için bu sayıyı dikkate almak önemlidir. Bu, bazı gelişmekte olan ülkelerin enerji ihtiyaçları için petrolden ya da doğal gazdan çok kömüre yöneleceklerini işaret eder.

GÜNEŞ GÜCÜ

Acaba neden herkes çatısına güneş hücreleri koymuyor? Ne kadara mal olur, bunu dikkate alalım. 2008 yılında tipik masraf (tesisatı inşa masrafı) öğlen vakti watt başına 3.5 dolardır. Güneşin tam tepede olmadığı zamanları da hesaba alırsak bu miktar herbir watt için 14 dolara ulaşır ve sizin bir-kilowattlık eviniz için 14.000 dolar olur ve elektrik kullanım ücreti ödemezsiniz: hala işler yolunda görünüyor. 14.000 dolar yatırım yaptınız ve elektrik ücreti ödemek zorunda değilsiniz. Ne kadar para kar ettiniz? Elektrik güç şirketleri 1 kilo-watt’ı 1 saat süre için ortalama 10 sente veriyorlar. Senede 8760 saat olduğu için, bir sene için elektrik şirketine 876 dolar ödemelisiniz. İşte bu, çatınıza güneş hücreleri döşetirseniz biriktireceğiniz miktardır. Aslında 14.000 dolar yatırımla 876 dolar kazanıyorsunuz. Bu da ortalama yatırımınızın %6.2’sinin geri dönmesi demektir ve tipik bir banka hesabıyla kazanabileceğinizden daha iyidir. Yani, doğal hücreleri yenilemek zorunda kalmadığınız sürece para kazanıyorsunuz. Varsayalım ki hücreler sadece 10 sene dayanıyor. O halde ilave olarak her yıl ortalama 1400 dolar tutan bir değiştirme maliyeti var. Senelik 876 dolar kar yapmak yerine, değiştirme maliyetini çıkardığınız zaman, net senelik 524 dolar zararınız oluyor. Başa baş gelebilmek için, istatistiksel hayat süreci hesapları yapılırsa (%3 faiz oranı varsayarak) hücrelerin 22 yıl dayanması gerektiği ortaya çıkar. İspanya’da Sevilla güneş güç santrali elektriğin kilowatt’ını yaklaşık 28 sente mal ediyor. (Oysa fosil yakıtlarla 10 sent)

PETROLÜN SONU

Son zamanlarda keşfedilen kaynaklardan Alaska’nın kuzey eğimleri, en verimli senesinde 2 milyar varil petrol üretti ve şimdi her sene 1 milyar varilden az veriyor. Bu da senelik 30 milyar varil olan toplam dünya üretiminin sadece %3’üdür. Üretim giderek düşüyor. Petrol kuyu ilk delindiği zaman yukarıya kendiliğinden çıkar. Çünkü üzerindeki materyelin ağırlığı ile oluşan müthiş basınç, petrole doymuş kayayı sıkıştırır. Ama petrolün sadece %30 ile %40 kadarı bu şekilde yukarı çıkar. Geri kalanı çıkarmak için karbondioksit gibi bir gaz ya da su gibi bir sıvı kayanın içine pompalanır. (Bu kuyulara karbondioksit pompalamak onu atmosferden uzak tutmanın yararlı bir yoludur. Küresel ısınmayı tartışırken bunu daha ayrıntılı inceleyeceğiz.) Bu yöntemlerle petrolün fazladan %30 ile %60’ı dışarı itilebilir. Ya geri kalanı? Onu dışarı çıkarmak zordur, çünkü kayalara yapışma eğilimindedir. Bu problemle başa çıkabilmek için aşağıya deterjan pompalamaktan, petrolü daha akıcı yapabilecek polimerler şırınga etmeye kadar, her türlü fikir denenmiştir. Petrol kaya ara yüzünde biyolojik bakteri filmleri üreterek yüzeyin kayganlaştırılması bile önerilmiştir. Suudi Arabistan’da varili 2 dolara çıkarılan petrol Birleşik Devletler’e varili 100 dolar ve daha fazlaya satılmaktadır. Kömür ucuzdur.  Birleşik Devletler, Çin, Hindistan ve Rusya’da oldukça bol bulunur. petrol fiatı varil başına 50 doları aşınca, bu ülkeler kömür rezervlerini yeryüzüne çıkarıp Fisher-Tropsch adı verilen bir dizi kimyasal reaksiyondan geçirerek petrole dönüştürebilirler.

Kömür ne zaman tükenecek? Birleşik Devletler’de büyük rezervler var. Aşağı yukarı 2 trilyon ton olarak biliniyor, ama bunun 2 misli kömür mevcut olabilir. Her sene kabaca bir milyar ton kömür tüketiyoruz. Eğer kömür kullanımımız artmazsa, bu kaynak 1000 yıl yetecektir. Eğer çok daha fazla kullanırsak- mesela pahalı petrol yerine- sadece birkaç yüzyıl dayanabilir. Kuşkusuz o zamana kadar füzyon ya da güneş gücünü kullanıyor olabiliriz.

RADYOAKTİVİTE VE ÖLÜM

Radyoaktivite, atomun hemen hemen kütlesine ve enerjisine sahip olan minnacık çekirdeğin patlamasıdır. Patlama aniden ve gelişigüzel meydana gelir ve her atom başına TNT’nin milyon katı kadar enerji açığa çıkar. Bu faktör fisyon için daha da büyük, 20 milyon katıdır. Radyoaktiviteyi bu kadar tehlikeli yapan işte bu müthiş enerjidir. En ünlü radyoaktif atomlar bilinen isimlere sahiptir: uranyum, plütonyum, radyo-karbon, stronsiyum-90 ve eski Rus karşıtı istihbarat subayı Alexander Litvinenko suikastında kullanılan madde olan Polonyum-210.

Radyasyon çekirdek patladığı zaman fırlayıp giden parçanın adıdır.

Yaklaşık 1700 yılına kadar devam eden, daha sonra Küçük Buz Çağı olarak tanınan dönemin başlangıcı olduğunu bilemezlerdi. IPCC, son 50 senede gözlenen küresel ısınmanın en azından bir kısmından, %90 ihtimalle insanların sorumlu olduğunu buldu.

Ortaçağ sıcak döneminin Avrupa’da yaşandığı kesin. Kağıtlarda, ağaç halkalarının kalınlıkları, buzullardaki ağır su ile ışık arasındaki ilinti çalışması ve tarihi belgeler dahil, kuzeydeki limanlarda hiç buzlanma olmayan bir devri gösteren bir sürü kanıt var. Buz çağları seyrek olaylar değildi. Geçen bir milyon sene içinde olağan hale gelmişlerdi. Aslında ortalama 90.000 sene sürdükleri ve 10.000 sene süren sıcak bir dönemde kesildikleri ortaya çıkıyordu. Sonra bu döngü her 100.000 senede bir tekrar ediliyordu.

Birleşik Devletler ve Sovyetler Birliği atmosferdeki denemeleri 1963’te sona erdirdi; Fransa 1974’e kadar devam ettirdi. Çin 1990’da durdurdu. Linus Pauling kesilmiş gibi sona erdiğini gösteriyor. Biz bu değişimin dünyanın yörüngesindeki bir değişim tarafından tetiklendiğini düşünüyoruz. Neden o kadar hızlı meydana geldiğini bilmiyoruz.

SERA ETKİSİ

Sızıntıları tıkarsanız dünya daha sıcak olacaktır. Atmosferi -karbondioksit ve diğer sera gazlarını pompalıyarak- daha iyi bir battaniye haline getiriyoruz. Eğer sera etkisini kuvvetlendirirsek dünya yüzeyinin sıcaklığı artacaktır. IPCC, süregelen karbondioksit salınım hızının, IR sızmasını tıkamada önemli bir rol oynadığını ve hayat süreniz içinde 1.5^o ile 5.5^o c arasında bir sıcaklık yükselmesine sebep olacağını öngörüyor.

KARBONDİOKSİT

Karbondioksit atmosferin çok küçük bir –sadece %0.038- bileşenidir. Ama hayat için son derece önemlidir. Bu eser gaz varlığımızın ana kaynağıdır. Hemen hemen bitkilerdeki karbonun hepsi, gıdalarımızın kaynağı, havadaki bu minnacık miktardan gelir. Bitkiler şeker ve nişasta gibi hidrokarbonları üretmek için, güneş ışığının enerjisini kullanarak, fotosentez denilen bir işlem sonucunda CO₂ ile suyu birleştirirler. Bu hidrokarbonlar, gıdalarımızın ve yakıtlarımızın yapı taşlarıdır. Fotosentez aynı zamanda atmosfere oksijen salar. Biz oksijeni nefes alarak gıdalarla birleştirdiğimiz zaman bitkilerin güneş ışığından soğurduğu enerjiyi geri alırız. Milattan sonra 800’den 1800’lerin sonlarına kadar karbondioksit 280 ppm seviyesinde oldukça sabitti. Geçen asırda 380 ppm’e fırladı; %36’lık bir artış. Bu değerler Grönland ve Antarktika’daki yaşlı buzullardan örnekler alıp içindeki atmosfer gazını çıkararak elde edilmiştir. 1958’den günümüze kadar veri noktaları Roger Revelle’nin önerisi ile hareket eden Charles Keeling tarafından doğrudan atmosfer ölçmeleri ile elde edilmiştir.

2006’ya kadar Birleşik Devletler, karbondioksit artışının en büyük kaynağı idi. Senelik toplamın %25’ini sağlıyordu. 2006’da Çin, Birleşik Devletleri geçti ve katkısı artmaya devam ediyor. Çin her sene 50-70 gigawatt’a eşdeğer (çok büyük) yeni, kömür yakan tesis inşa ediyor. Sadece bir gigawatt her 10 saniyede bir ton kömür yakar. CO₂ yapmak için iki oksijeni atmosferden alıp karbona ekleyin, bu da her 10 saniyede, her bir tesis için 3 ton karbondioksit demektir. Dünyanın toplam güç üretimi yaklaşık 1000 gigawatt’tır.

Hayrete şayandır ki bulut oluşumunu anlamadaki yetersizliğimiz iklim hesaplamalarındaki en büyük belirsizliğin sorumlusudur. Bulutlar karmaşıktır. Yama gibidirler, birbirlerini etkilerler, yansıtma kabiliyetleri yüksektir ve kalınlıklarına bağlıdır ve hareket ederler. Bazen yağmura yol açarlar. Bunların hepsi bir fizikçinin en büyük ve en iyi bilgisayarla bile hesaplayabileceğinden çok daha karmaşıktır. Böylece yaklaşımlara ve geçmiş deneyimlerden kalan empirik bağıntılara başvururuz. Sonuç olarak karşımıza dev gibi büyük belirsizlikler çıkar. İşte karbondioksitin sıcaklığı arttırdığından %100 emin olamamızın sebebi budur.

DİĞER BİR TEHLİKE: ASİT OKYANUSLARI

Atmosferdeki karbondioksitin artması diğer bir potansiyel probleme yol açar. Atmosfere salınan karbondioksitin yaklaşık yarısı, okyanusların yüzey suyu içinde çözünür bu da okyanusu biraz daha asidik yapar. Özel bir endişe, suda çözünmüş karbondioksitin, planktonlardan ve algealardan korallara kadar birçok organizmada dış iskeletlerin ve kabukların oluşmasını engellediği gerçeğine dayanır. 0.2 lik bir pH değişiminin okyanus hayatında dikkate değer değişimler yaratması muhtemeldir.

OZON DELİĞİ

UV (Ultra Viyole) tehlikelidir, çünkü herbir foton görünür ışık fotonlarının taşıdığı enerjiden çok daha fazlasını taşıyabilir. Bu fotonlar derinizde DNA’yı parçalarına ayırabilir ve mutasyonlara sebep olabilir. Bunlar atmosferde O₂ molekülünü iki oksijen atomuna ayrıştırır. Bu atomlar kendilerini bozulmamış bir O₂ molekülüne bağlayarak ozon olarak bilinen O₃ molekülünü meydana getirirler. Ozon da güneşten gelen UV radyasyonunun çok güçlü bir soğurucusudur. Bu pozitif geri beslemenin başka bir örneğidir. Ozonun büyük bir kısmı 12.000-18.000 metre arasındaki yüksekliklerde yaratılır. Bu bölge “ozon tabakası” olarak bilinir. Net sonuç bizim için yararlıdır. UV yukarı atmosferde soğurulur ve bu ölümcül ışınların çoğundan kurtulmuş oluruz. Al Gore, “Sakıncalı Bir Gerçek” te küresel ısınmadan insanların sorumlu olduğu iddiasını şu sözlerle vasıflandırıyor: “Deliller çok güçlü ve inkar edilemez”. Filmin bazı noktalarında son 100 senedeki ısınmanın tamamından insanların sorumlu olduğunu öne sürüyor. IPCC neden daha kuvvetli bir sonuca ulaşamıyor? Temelde belirsizlik bir olaydan kaynaklanıyor: bulut tabakası. Hemen hemen iklim modeli tahminlerindeki belirsizliğin tümü, sıcaklık yükseldiği zaman bulutların nasıl değiştiğini tahmin etme konusunda modelin yeteneğinin zayıf olmasından doğuyor. 2007’de korkutucu bir makale yayınlandı. Burada Çin’deki kömür santrallerinden çıkan iş ve kurumun Pasifik Okyanusunun rüzgar ve su akımlarının dolaşım rotalarını değiştirmeye yetecek kadar yerel iklimi etkileyebileceği gösteriliyordu. Eğer bu doğruysa, o zaman Alaska’nın erimesinin küresel ısınmadan değil, bunun yerine, daha sıcak bölgelerden kuzeye gelen ılık akıntıların yüzünden olduğunu kabul etmek akla yakındır. Eğer doğruysa, o zaman hemen acil olarak harekete geçip Alaska’daki ısınmayı –Çin güç santrallerine kurum kontrolü için sistemler takarak- durdurabilir ya da tersine çevirebiliriz.

ÇARPITMA

GRACE diye adlandırılan iki uyduyu kullanarak Antartik buzunun 2002’den 2005’e kadar olan sürekli değişimler ölçüldü. Antartika her sene 148 km küp buz kaybediyordu. Dikkatinizi çekerim, bu metre değil, kilometreküp. Los Angeles gibi dev bir şehir bile senede dört kilometreküp su harcıyor. Eğer Antartika’nın tamamı erirse deniz seviyesi 75 metreden fazla yükselecek, Newyork şehri dahil olmak üzere dünya kıyı şeridinin çoğu sular altında kalacaktır. 1900-2004 arasındaki kasırgalardan dolayı ABD’nin hesaplanan parasal zararı kitapta 272. Sayfada çok açık gösterilmektedir. ABD’de karaya ulaşan tropik fırtınalar, 1900’den 2000 yılına kadar yüzlercedir. Şekil 22.2’de ayrıntılı olarak gösterilmektedir. Şekil 22.3’de Birleşik Devletler’de 1950-2006 yılları arasında olan hortumların sayısı çok fazladır. Sadece 1975 yılında 120 hortum, 2005’te 22 hortum olmuştur.

Çin beklenen ekonomik gelişmesiyle bile kendisine bir asırdan fazla yetecek kömüre sahiptir.

Eğer otomobilleri çok daha hafif yaparak yakıt sarfiyatını önemli ölçüde geliştirebilirsek, hidrojen kullanılabilir. Otomobiller 1 litre benzinle 45 kilometre ve sıvı hidrojenle de 15 km yapabilirse, 40 litrelik bir depoyla 600 km menzile sahip olabilirler. Hidrojen imal edilir. Hidrojeni suyu elektroliz yaparak elde ederiz.

Elektrikli arabalar iyi bir fikir gibi geliyor. Ama çok ciddi sorunları var.

FÜZYON

İnsanoğlu füzyonu ilk defa 1952’de ABD ilk hidrojen bombasını patlattığı zaman fethetti. Bunu hidrojenin ağır hidrojen (ya da döteryum) ve iki misli ağır (ya da trityum) diye adlandırılan iki türünü alıp, bunları fisyon temelli atom bombasıyla birçok milyon santigrat derecesine ısıtarak yaptılar.

Birgün bu rüya gerçekleşecektir. Bunun için değişik teknolojiler vardır. En önde gelenleri tokamaktır. Tokamak geniş bir manyetik şişedir. Büyük stabilite problemleri yaşanmış ve yaşanmaktadır. Problemin büyüklüğünü şöyle değerlendirebilirsiniz: tek bir gigawatt’lık elektrik güç santralının her 3 saniyede bir ton karbondioksit ürettiğini hatırlayın. Bir adet bu tür santral (dünyanın yaklaşık enerji kullanımı bu kadar) her 3 saniyede 1000 ton üretir. Tüm bu CO₂ nin hakkından gelmek için çok fazla ağaç yetiştirmek gerekir. Problem o kadar yıldırıcı görünüyor ki milyarder Richard Branson CO₂ den temizlenmek için pratik bir yol önerecek kişiye 25 milyon dolarlık “Dünya Meydan Okuması” ödülü vaad etti. Kyoto antlaşmasını 164 ülke imzaladı. Birçok ABD vatandaşının yüzünün kızarmasına rağmen Birleşik Devletler tarafından kabul edilmedi. Aslında Başkan Clinton ya da Bush tarafından Senato’ya sunulmadı bile. Tasarruf çok önemlidir.

BİYOYAKITLAR, YENİ TEKNOLOJİLER

Bitkilerden yapılan yakıtlara karbon nötral yakıtlar denir. Bugünkü dünyada biyoyakıtlar asla tamamen karbon-nötral olamazlar, çünkü bitkileri büyütürken çoğu zaman fosil yakıtlardan yapılan enerji ve gübreler kullanılır. Sonuç olarak mısır etanolü kullanımı son en iyi hesaplamalara göre sera gazlarını sadece %13 azaltır. Bunun aksine, Brezilya’da şeker kamışından elde edilen etanol kullanımı sera gazı salınımını %90 azaltır. Brezilya’da şimdi otomobil yakıtının hemen hemen yarısı şeker kamışı etanolüdür. Mısır etanolü tartışmasız en kötüsüdür. Dikkat edin: bir başkan adayı olarak aday oylamasının ilk yapıldığı Iowa eyaleti tarafından mısır etanolüne destek vermenizi sağlamak için müthiş bir politik baskıya maruz kalacaksınız.

Şimdi ABD’nin mısır üretiminin beşte biri etanol yapımına ayrılmıştır. Ekonomist dergisine göre yakın bir gelecekte mısıra olan talep üretilen miktarı aşacaktır. Mısır fiatı fırladı, arazi soyadan ve buğdaydan mısıra kaydırıldı ve bu, hububat, kümes hayvanları ve et fiyatlarını yukarı itti. Bu en çok fakirlere zarar veriyor. Bir dönüm mısır her sene 340 litre etanol üretebilir, aynı alanda mischantus yetiştirirseniz senede 1088 litre üretirsiniz; üç mislinden fazla.

GÜNEŞİ YOĞUNLAŞTIRMA

Güneş ışığından mümkün olan en fazla enerjiyi çıkarmak farklı renkleri dönüştüren ayrı tabakalar gerektirir. Bu karmaşık güneş hücreleri şimdi imal edilmektedir. Ana imalatçılardan biri Boeing’dir. Uzay için ihtiyaçları vardır. Yüzeyine düşen güneş gücünün %41’ini elektriğe çevirir. Solar konstrasyon teknolojisi: Nevada’da ikibuçuk km² alanı kaplayan 30.3 cm boyutlu yoğunlaştırıcı güneş hücrelerinden ibaret bir sistemi düşünün. Bu sistemde 5280 x 5280 = 27.874.400 adet bu tür modül vardır. 30.3 cm yükseklikte olduğu için sistem rüzgara karşı sağlamdır. Küçücük elektrik motorlarıyla modüllerin hepsi aynı yönde, güneşe doğru yönlendirilmiştir. Her birinden alınan 41 watt’la gün ortasında toplam elektrik enerjisi çıkışı bir gigawatt’ın üzerindedir.

Ümit veren diğer bir teknoloji CIGS (Bakır, İndium, Galyum ve Selenyum) denilen çok ucuz güneş hücreleridir. %19 verime ulaşmıştır. Yakında ürettiği her watt için 1 doların altında bir fiyata inebilir. Bunlar kütlelerden yapılmış değildir, cam ya da film üzerine buharlaştırılmış ya da sıçratılmışlardır. Yatırımcılar o derecede iyimserler ki şimdiden maliyeti 100 milyon doları aşkın fabrikaların inşaasına başladılar.

GÜVENİLİR NÜKLEERLER

Nükleer gücün yeniden değerlendirilmesi konusunda yükselen bir anlayış ortaya çıkıyor. Kitabın nükleer güç kısmında anlatılan pebble bed (çakıltaşı yataklı) nükleer reaktörlerdir. Böyle bir reaktör Almanya’da inşa edildi ve işletildi. Pebble bed teknolojisi şimdi aktif olarak MIT ve Güney Afrika ve Hollanda ve Çin’de bazı firmalar tarafından geliştirilmektedir. Bazı nükleer tasarımlarından önemli derecede daha güvenliklidir.

TEMİZ KÖMÜR

Birleşik Devletler’de kömürün toptan fiyatı ton başına 40  ile 90 dolar arasındadır. Avustralya’da bir ton kömürün çıkarma maliyeti sadece 2.5 dolardır. Eşit miktarda enerji için 750 litreden fazla benzine ihtiyacınız vardır. Litresi bir dolardan 750 dolar tutar. Benzinle karşılaştırılınca kömür sudan ucuzdur.

Kötü haberse kömürün aynı enerjiyi veren petrol ve doğal gazın her ikisinden de daha fazla karbondioksit üretmesidir.

Bununla beraber temiz kömür mümkündür. Kömür bir tesiste harcandığı zaman, karbondioksit hapsedilerek yer altında muhafaza edilebilir. Bu işlem bazen CCS kısaltması ile anılır. Bu sıralarda her yıl 1 milyon ton karbondioksit toprağa, Kuzey Denizi’ndeki kuyulara pompalanmaktadır. Hapsetme Kanada’da uygulanmaktadır. Zamanımızda petrol şirketleri CO₂’yi, kısmen boşalmış kuyularda kalan petrolü yukarıya itmek için toprağa pompalıyorlar.

Hapsetme aynı zamanda Norveç Slepnier petrol alanında ve Cezayir’de Salah tesislerinde de uygulanmaktadır.

YENİLENEBİLİR ENERJİ

Genel olarak yenilenebilir başlığı altında listelenen teknolojiler güneş, rüzgar, hidroelektrik ve jeotermali içerir.

Jeotermal enerji topraktan gelen ısıyı kullanır. Bu ısının en temel kaynağının nükleer olduğu ortadadır. Dünyanın kabuğunda ve mantosunda bulunan uranyum, potasyum ve toryum radyoaktif çözünüme uğrarlar ve çözünümlerden çıkan ısı gayzerlerimizin, volkanlarımızın ve yerin altından gelen genel ısı akımının gücünü temin eder. Dünya yüzeyinde dışarıya ortalama ısı akımı her metrekare alan için 0.08 watt’tır. Güneşin en tepe değeri olan metrekare başına 1.111 watt’la karşılaştırın; bundan 14.000 kere daha zayıftır. Bu sebepten jeotermal enerji sadece dünyanın onu doğal olarak yoğunlaştırdığı, sıcak su kaynakları, gayzerler ve volkanlar gibi yerlerde pratik değere sahiptir. Diğer bölgelerde enerji dağınıktır ve dünya kabuğunun ısı iletme katsayısı düşük olduğu için yoğunlaştırmak zordur.

20.04.2019

Doç.Dr.Çetin ERTEK

x