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 1.5o
ile 5.5o 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
