Kimyasal enerji, kimyasal bileşiklerin bağlarında bulunan enerji türüdür. Bu enerjiyi, kovalent bağları içinde tutulan bir kimyasal reaksiyon sırasında serbest bırakıldığında atomlarda veya moleküllerde bulabiliriz. Enerjiye erişildiğinde ısı açığa çıkar ve ekzotermik bir reaksiyon oluşturur.
Bağları kırmak için önce enerjiyi serbest bırakmak için gereken enerjiye endotermik denir.
Kimyasal enerji ilk olarak Josiah Gibbs tarafından Amerika Birleşik Devletleri’nde teorik bilimin titizlikle uygulanmadığı bir dönemde önerildi. O zamanlar fikirlerini anlamak zordu ve kayınbiraderi makalelerini yayınlardı. Bu, o sırada güvenilirliği için pek bir şey yapmadı.
Gibbs, editoryal açıdan iyi tanınmamış olsa da, 200’den fazla önemli bilim insanı ile düzenli olarak iletişim kurdu. Zamanla, Gibbs’in fiziksel kimya ve istatistiksel matematik üzerindeki etkisi, küresel toplumumuzu modern bilimi nasıl anladığımıza daha da yaklaştırmaya yardımcı oldu.
Bugün kullandığımız enerji türlerinin çoğu, kullanılabilir enerji sağlamak için kimyasal enerjiye dayanmaktadır. Bir ürün her yandığında, daha sonra tüketeceğimiz kimyasal enerji açığa çıkarır. Fosil yakıtlar, insan yapımı ürünler ve hatta nükleer reaksiyonlar bize kimyasal enerjiye erişmemizi sağlar.
Bu kaynağı incelerken göz önünde bulundurulması gereken kimyasal enerjinin birçok avantajı ve dezavantajı vardır. Bunlar dikkate alınması gereken ana kilit noktalardan bazılarıdır.
Kimyasal enerjinin ana avantajlarının listesi
1. Kimyasal enerji inanılmaz derecede boldur.
Bu enerji kaynağı, bugün erişebildiğimiz en bol enerji seçeneklerinden biridir. Hemen hemen her tür organik malzeme, kullanabileceğimiz kimyasal enerji sağlama potansiyeli sunar. Birçoğumuz bu tür enerjiyi her gün farkında bile olmadan kullanırız. Gazlı şöminenizi ya da kamp ateşini yakarsanız, kimyasal enerji üreten süreçleri kullanıyorsunuz demektir.
2. Enerjiye oldukça kolay ulaşabiliyoruz.
Kimyasal enerjinin tüm potansiyeline erişmek için gereken birkaç özel süreç vardır. Çoğu durumda, enerjiye anında erişebiliriz. Örneğin bir gazlı fırını açarsanız, yemeğinizi pişirecek ısıyı yaratmak için kimyasal enerji sürecini kullanıyorsunuz. Yanma kolayca kontrol edilebilir. Direkt bakımı yapılabilir. Bu yüzden bugün kullanabileceğimiz en ucuz enerji formlarından biridir.
3. Kimyasal enerji gelecekte kullanılmak üzere fiziksel olarak depolanabilir.
Hepimiz gün boyunca enerji kullanmamıza rağmen, onu farklı seviyelerde kullanırız. Kimyasal enerji sağlayan kaynaklarımız kolayca depolanabilir veya ileride kullanılmak üzere saklanabilir, bu da ihtiyacımız olmadığında enerji tasarrufu yapmamızı sağlar. Amerika Birleşik Devletleri’nde, birden fazla nesil için mevcut enerji ihtiyacımızı karşılayacak kadar depoda kömür var. Bir arka bahçede, bir sobanın tüm kış boyunca ısı sağlaması için depoda yeterli odun olabilir.
4. Tüketildiğinde tüketicilere yüksek yoğunluklu şarj sağlar.
Kimyasal enerji süreçleri, çeşitli amaçlar için tüketebileceğimiz şaşırtıcı derecede büyük miktarda enerji açığa çıkarır. Bu enerjinin yüksek yoğunluklu doğası, uçakları uçurmamıza, arabaları kurutmamıza veya soğuk bir günde sıcak kalmamıza izin verir. Kimyasal enerjinin potansiyeline ilişkin farkındalığımız, bir gün güneş sistemimizde nasıl yeni bir sömürge dönemi yaratacağımızın temeli haline gelebilecek bu önemli kaynağa dayanan yeni teknolojiler geliştirmemize olanak tanır.
5. Çevremizdeki kimyasal enerjinin etkilerini kontrol edebiliriz.
Kimyasal enerjinin kontrolsüz ve düzensiz kullanımının yol açtığı zarar oldukça derindir. Son 40 yılda, gezegen atmosferimizde, bazıları kimyasal enerji tüketimimize atfedilen birçok değişikliğin meydana geldiğini gördük. Ozon tabakasındaki delikten yaşanan küresel ısınma trendlerine kadar, kimyasal enerji sorumlu bir şekilde tüketildiğinde, gelecek nesilleri sağlıksız bir gezegeni miras alma riskine sokmadan geçmişteki hasarı onarabileceğimizi bulduk.
6. Kimyasal enerji verimli bir enerji kaynağıdır.
Kimyasal enerji reaksiyonlarının etkili olması için, reaksiyonu tamamlamak için bir oksijen kaynağı bulunmalıdır. Yanma sürecinin mümkün olduğunca verimli olmasını sağlamak için mikro ortamları hassas bir şekilde kontrol etme yeteneğine sahibiz. Kimyasal enerji süreçleriyle açığa çıkan enerji, hemen tüketileceği yere yönlendirilebilir ve yaşanan toplam enerji kaybı miktarı azaltılabilir.
7. Yüksek düzeyde ekonomik faaliyet üretebilir.
Baştan sona kimyasal enerji döngüsü, modern yaşam tarzlarını sürdürmemize yardımcı olan ekonomik faaliyetler yaratır. Yakıt olarak mısır veya şeker kamışı yetiştiren çiftçiler bu temel kaynağı sağlayarak gelir elde ediyor. Madenciler hammaddeye erişerek geçimlerini sağlıyorlar. Rafinericiler daha sonra temel malzemeleri tüketilebilir bir yakıta dönüştürerek gelir elde ederler. O yakıtı tüketirken kariyer peşinde koşuyor, ailelerimize bakıyor ve eğitim fırsatları yaratıyoruz. Ardından, üretim döngüsünün başlarında daha verimli olmak için öğrendiklerimizi alır ve baştan başlarız.
8. Yenilenebilir enerji kaynakları yaratmak için kullanabiliriz.
Kimyasal enerji reaksiyonları benzersiz bir tüketim gerektirse de, enerjiyi yenilenebilir enerji sağlayacak elementler oluşturmak için kullanabiliriz. Bize rüzgardan enerji getiren türbinler oluşturmak için kimyasal enerji kullanılabilir. Güneş ışığından enerji toplamamızı sağlayan fotovoltaik paneller oluşturmak için kullanılabilir. Hızlı büyüyebilen organik elementlerden de kimyasal enerji elde edebiliriz. Bir hektar şeker kamışı hasat başına 180 ton kamış sapı üretebilir ve bazı yerlerde yılda 2-3 hasat yapılır.
9. Kimyasal enerji yoluyla açığa çıkan enerji de ileride kullanılmak üzere saklanabilir.
Diyelim ki bu içeriği bir akıllı telefondan okuyorsunuz. Bataryadan dolayı telefonunuz açık. Bu pili yerel dağıtım ağınızdan elektrik gücü alan bir prizden şarj edin. Bugünlerde iyi bir telefon, bekleme modundayken, enerji depolama özelliği sayesinde başka bir şarja ihtiyaç duymadan 7 günden fazla hizmet verebilir. Kimyasal enerji hemen açığa çıksa da, ihtiyaç duyduğumuzda tüketmek için onu depolama yeteneğine sahibiz. Tesla tarafından üretilen dünyanın en büyük pili, 100 megawatt güç depolama kapasitesine sahip.
Kimyasal enerjinin ana dezavantajlarının listesi
1. Kimyasal enerjiye erişmek için genellikle yanmaya güvenmeliyiz.
Kimyasal enerji yoluyla enerji elde etmek için genellikle bir yanma reaksiyonu oluşturmamız gerekir. Yanma, enerjiyi anında kullanılabilir hale getirdiği için bir avantaj sağlar. Ancak her tepkime için eşit ve zıt bir tepki olmalıdır. Eşyaları yaktığımızda onları yok ediyoruz. Bir maddeyi kimyasal enerji ile tükettiğimizde yok olur. Tekrar tekrar kullanamayız.
2. Temiz bir enerji türü değildir.
Yanma işlemi, uzun vadeli zararlı etkileri olabilecek yan ürünleri atmosfere bırakır. Salınan yan ürünlerin miktarı, kimyasal enerji süreçleriyle tüketilen malzemenin türüne bağlıdır. Kömür yandığında büyük miktarlarda partikül madde, karbondioksit ve karbon monoksit açığa çıkarır. Doğal gaz ise temiz yakalama teknolojileri ile çok az emisyon salmaktadır. Temiz enerji gerektiğinde, kimyasal enerji süreçleri genellikle kullanılamaz.
3. Kimyasal enerji kaynaklarını değiştiremeyiz.
Gezegenimizde şu anda rezervde milyarlarca varil ham petrol var. Trilyonlarca metreküp doğalgazımız var. Ancak bu enerji kaynakları tüketildiğinde yok olurlar. Daha fazla enerji elde etmek için daha fazla ürüne ihtiyacımız var. Odun yakıtı, bitki yakıtları ve diğer biyolojik kaynaklar için arzımızı yenilemek daha kolaydır, ancak ilke hala geçerlidir. Kimyasal enerjiyi kullandıktan sonra, istenen sonuçları almaya devam etmek için daha fazla tüketmeniz gerekir.
4. Kimyasal enerji kaynakları çok pahalı olabilir.
Çoğu kimyasal enerji türü, doğal kaynaklar aracılığıyla üretilir. Birçoğu organik bazlıdır. Bu, bu kaynaklara erişmenin pahalı olabileceği anlamına gelir. Arabalarımızı sürmek için önce petrolü benzine dönüştürmeliyiz. Kömürün elektrik üretmesi için onu çıkarmamız ve sonra tüketileceği yere taşımamız gerekiyor. Odun sobası olan evler bile enerji tüketmek için bir ağacı kesmeli ve kütükleri ayırmalıdır.
5. Bazı kimyasal enerji kaynaklarının mevcudiyeti oldukça sınırlıdır.
Bugün kullandığımız en verimli kimyasal enerji biçimlerinden biri uranyumdan geliyor. Uranyum yoluyla kimyasal enerjiden elde edilen enerji, diğer enerji türlerinden 20.000 kat daha fazla olabilse de, uranyumun gerçek mevcudiyeti oldukça sınırlıdır. Sadece bir avuç ülke erişilebilir uranyum kaynakları buldu. Uranyum tüketildikten sonra, bu teknolojiyi kullanmaya devam etmek için değiştirilmelidir. Bu, kullanılan temel malzemelere erişimi kaybedersek, kimyasal enerji çözümleri için inşa ettiğimiz altyapıların işe yaramaz hale gelebileceği anlamına geliyor.
6. Kimyasal enerji toksik atık üretebilir.
Kimyasal enerjinin en büyük dezavantajlarından biri, ısının sadece salınımının bir yan ürünü olmasıdır. Birçok kimyasal enerji formu, güç üretim süreci sırasında radyasyon yayacaktır. Karşılaşabileceğimiz tehlikeleri azaltmasa da, bu radyasyon emisyonuna maruz kalma seviyelerini kontrol eden teknolojilerimiz var. Teknoloji icat edildiğinden beri gemilerde veya denizaltılarda elektrik tesisatları ve reaktörler içeren bir düzineden fazla nükleer olay yaşandı. Kara akciğer hastalığı, kömür madencileri için sürekli bir sorundur.
7. Kimyasal enerji teknolojilerini kullanarak başkalarına zarar verebiliriz.
Suriye ihtilafında zehirli gaz kullanımı, kimyasal enerji teknolojilerini kullanarak diğer insanlara nasıl zarar verebileceğimizin sadece bir örneğidir. Kimyasal silah üretimini durdurmak için ABD, İngiltere ve Fransa’nın Suriye’deki tesislere fırlattığı füzeler, kimyasal enerjiyi silaha dönüştürmenin bir başka yolu. Kimyasal enerji ile yapabileceklerimizin en yıkıcı örneği, Japonya’da II. Dünya Savaşı’nın son günlerinde gösterildi. Kimyasal enerji teknolojileri ile doğru koşullar altında gezegenimizi yok etme gücüne tam anlamıyla sahibiz.
8. Kimyasal enerjinin bizim bile bilmediğimiz istenmeyen olumsuz yanları olabilir.
Sanayi Devrimi’nin başlangıcından bu yana gezegenimiz birçok yaşam tarzı avantajı yaşadı. Hastalığı ortadan kaldırmak için çalıştık. Ömrü uzatan gelişmiş teknolojilere sahibiz. Ayrıca okyanusları daha asidik hale getirdik, atmosferimizi potansiyel olarak 2 dereceden fazla ısıttık ve gelecek nesiller için gezegenimizin sağlığını etkileyebilecek uzun vadeli bilinmeyen başka sorunlar yarattık. Bundan 10, 50 veya 100 yıl sonra neler olabileceğini düşünmeden genellikle bu kaynağın anlık faydalarına bakarız.
Kimyasal enerjinin başlıca avantajları ve dezavantajları, bu kaynağın bizim için ne kadar faydalı olduğunu görmemizi sağlar. Ayrıca bize belirli koşullar altında kimyasal enerjinin ne kadar yıkıma neden olabileceğini gösteriyorlar. Kimyasal enerjiyi bugün, yarın ve gelecekte bize fayda sağlayacak şekilde kullanma sorumluluğumuz var.