İklim değişikliği ve malzeme bilimi çözümleri üzerine düşünceler

İklim değişikliği, içinde yaşadığımız dönemin en önemli konularından bir tanesi. Hatta belki de en önemlisi. Eğer bu cümle size biraz abartı gibi geliyorsa, bunun nedeni konunun ciddiyetinin ana akım medyada yeterince öne çıkarılmaması kadar, bizim de kendimizi bilgilendirme konusunda yeterli gayreti göstermiyor olmamız diye düşünüyorum. Bu yazıda hem bu konuya bir giriş yapmak, hem de malzeme biliminin iklim değişikliği alanında ne gibi çözümler üretebileceği konusunda bazı düşünceleri dile getirmek istiyorum.

son buzul erimedenİlk olarak iklim değişikliği konusunun önemli bir probleminin altını çizmek istiyorum: Kirli bilgi. Kirli bilgi neden var? Çünkü iklim değişikliği bazı kesimleri rahatsız eden bir konu: Hem kişilerden yaşam tarzı değişikliği talep ediyor, hem şirketlere ek maliyet kalemleri yaratıyor, hem de hükümetlerden kendi iktidar dönemlerinde hanelerine başarı olarak yazılmayacak, etkileri kendilerinden onlarca yıl sonra görülecek bazı iyileştirmeler için çalışmalarını ve fon ayırmalarını talep ediyor. Dolayısıyla pek görmek ve duymak istemediğimiz, mümkün olduğunca arka planda kalmasını istediğimiz bir konudan bahsediyoruz.

Ama iklim değişikliği gerçek ve maalesef önümüzdeki senelerde konunun gerçekliğini daha da ciddi bir şekilde hissetmeye başlayacağız. Yazının girişinde iklim değişikliği konusunda kendimizi bilgilendirme konusunda yeterli gayreti göstermediğimizden bahsetmiştim. Levent Kurnaz’ın geçtiğimiz haftalarda çıkan bir kitabı sayesinde, artık bu konuda pek mazeretimiz kalmadığını düşünüyorum: Son Buzul Erimeden, bu konuda kendini bilgilendirmek isteyenlere hiç tereddütsüz tavsiye edebileceğim bir kitap. Çıkar çıkmaz aldım. Kitabın herhalde ilk okuyucularından biri olduğumu tahmin ediyorum. Boğaziçi Üniversitesi İklim Değişikliği ve Politikaları Uygulama ve Araştırma Merkezinin Müdürü olan Levent Kurnaz’ın kirli bilgilerden uzak, akademik bir netlik ve doğruluk çerçevesinde kaleme aldığı bu kitabın, iklim değişikliği konusuna giriş yapmak ve bilgi sahibi olmak isteyen herkesi tatmin edebilecek seviyede olduğuna inanıyorum. Öncelikle bu tavsiyeyi vererek başlayalım.

lk
Sanırım ilk okuyanlardan oldum. İklim değişikliği konusundaki cehaletimi fark etmemi sağlayan, nefis bir kitap olmuş. Not almaktan kitabı zor bitirdim. Herkese tavsiye ediyorum.

İklim değişikliği hakkında bilmeniz gereken en temel bilgi

İklim değişikliği gerçek mi, konu çarpıtılıyor mu, hava durumu mu değişiyor yoksa gerçekten bir ısınma söz konusu mu gibi sorular aklınızı kurcalıyorsa, kısa ve net bir cevapla başlayalım: İklim değişikliği su götürmez bir gerçek arkadaşlar. Levent Kurnaz’ın kitabını okuduğunuz takdirde konunun akademik çerçevede ne kadar ciddi bir şekilde ele alındığını ve bugün gelinen noktada artık iklim değişikliğinin kabul edilmiş bir gerçek olduğunu sizler de göreceksiniz – eğer ki kuşkunuz varsa tabii.

fourierMerak edenler için burada da giriş seviyesinde biraz bilgi vermek faydalı olabilir: İklim değişikliğinin sebebi atmosferde bulunan sera gazları, daha doğru bir ifadeyle sera etkisi yaratan gazlar. Bazı gazlar, güneş ışınlarıyla ısınan cisimlerden yayılan ve dünyayı terk etmeye çalışan kızılötesi ışımayı kısmen engelledikleri için, atmosferi terk edemeyen enerjinin doğal olarak atmosferde kalmasına yol açıyorlar. Bunun sonucu olarak da atmosfer ısınıyor. Aslında konu en temel haliyle bu kadar basit.

Bunun yeni keşfedilen bir tarafı da yok: 1800’lü yılların başından beri bilimsel altyapısı bilinen bir konudan bahsediyoruz: Fransız matematikçi ve fizikçi Jean Baptiste Joseph Fourier 1824 senesinde kızılötesi ışınların atmosfer tarafından soğurulduğunu ve bu etki nedeniyle atmosferin dünyayı ısıttığını ilk kavrayan bilim adamı oldu. Bu kavrayışın üzerinden yaklaşık iki yüz yıl geçmesine rağmen, bugün hala bu kavrayışa gelmekte zorlanan insanlarla yaşıyor olmamız maalesef trajik bir komedidir.

Sera gazları ifadesi gözünüzü korkutmasın. Bu gazların sayısı çok da fazla değil: Sera etkisi yaratan gazlar dediğimizde, karbondioksit (CO2), metan (CH4), diazot monoksit (N2O), ozon (O3) ve kloroflorokarbon (CFC) gazlarından bahsediyoruz. (Bunlara ek olarak su buharı da (H2O) sera etkisi yaratıyor, ancak su buharının atmosferde doğal olarak bulunan bir gaz olması nedeniyle, insan etkisiyle ortaya çıkan gazlar arasında su buharının adı geçmiyor.) Sera gazları arasında atmosferde en yüksek oranda bulunan gaz CO2. O nedenle sera gazlarından bahsedilirken genellikle sadece CO2‘den bahsedildiğini, ya da diğer gazların da dikkate alınarak, gazların toplam etkisinin COeşdeğeri (CO2-e ya da CO2-eq) şeklinde gösterildiğini görebiliyoruz.

Şimdi gelelim esas soruya: Atmosferdeki CO2 miktarı neden artıyor? Elbette birçok nedeni var ama en büyük etken kömür, petrol ve doğal gaz yakıyor olmamız. Kömür, petrol ve doğal gaz yakmayı bırakmadığımız sürece de iklim değişikliğinin önüne geçmemiz pek olası görünmüyor. Dünya tarihi boyunca atmosferdeki COseviyesinin ne düzeyde seyrettiğini değerlendirmemizi sağlayan çeşitli yöntemler mevcut. Levent Kurnaz’ın kitabında bu metotlar hakkında da bilgiler bulabilirsiniz. Şimdilik şunu bilmemiz yeterli: Tarih boyunca atmosferdeki CO2 miktarı yaklaşık olarak 180 – 280 ppm aralığında seyretmiş. Buzul çağında ∼180 ppm civarına düşen COseviyesi, hava tekrar ısındığında ∼280 ppm düzeyine çıkmış. Yüz binlerce yıl boyunca tekrar tekrar kendini göstermiş bir çevrimden bahsediyoruz. Şimdi gelelim konunun vahim tarafına: 2019 senesi itibariyle atmosferdeki CO2 seviyesi ∼410 ppm değerine  ulaşmış durumda. Ve her geçen sene 2-3 ppm daha artmaya devam ediyor. Böyle bir artışın bizlere neler getireceği bambaşka yazıların konusu ama ben bu yazıları bekleyemem diyenler için adres yine Levent Kurnaz’ın kitabıdır arkadaşlar. (Bu arada merak edenler için: Yaşadığınız bölgedeki günlük CO2 seviyesini siz de buradan görebilirsiniz.)

Biz genelde atmosferdeki sera gazlarının seviyesinden bahsediyoruz, ama konunun tatsız bir diğer yönü daha var: Atmosferdeki CO2 miktarı bir yana, bu seviyeye nasıl bir hızda ulaşmış olduğumuz da ayrıca ele alınması gereken bir konu. Atmosferdeki CO2 seviyesinin artış hızının çok yüksek olması, doğanın bu artışa uyum sağlamasını da imkansız hale getiriyor ve tahrip gücünü maalesef daha da arttırıyor.

Malzeme tercihleri ve CO2 salımı

Sera gazlarının çok çeşitli kaynakları var ve konuyu malzeme bilimi perspektifinden ele almak istersek, gerçekten dipsiz bir kuyuya girmiş oluruz. O nedenle konuyu belli sınırlar dahilinde ele alıp, adım adım irdelemekte fayda var diye düşünüyorum. İlk olarak sanayi üretimiyle başlayalım.

Sanayi üretimi değerlendirildiğinde, en fazla CO2 salımı yapan sektörlerin başında çimento ve çelik üretiminin geldiğini görüyoruz. Bu süreçlerde CO2‘nin nasıl üretildiği başka bir yazının konusu olabilir. Ancak bu noktada şunu anlamak önemli: Sanayi üretimi söz konusu olduğunda, çimento ve çelik üretimi kaynaklı CO2 salımı uğraşmamız gereken problemlerin başında geliyor. İklim değişikliği üzerine yayımlanan çoğu veride bu iki sektörün CO2 salımı açısından önemini açıkça görebiliyoruz.

Çelik üretimini ele alalım: Son yıllarda ulaşım araçlarını hafifletme amacıyla alüminyum alaşımlarının öne çıktığını ve alüminyumun nispeten “temiz” bir metal olarak değerlendirildiğini sizler de duymuşsunuzdur. Ancak veriler pek öyle iç açıcı bir duruma işaret etmiyor: Çok detaya girip sizi boğmak istemiyorum ama kısaca konuyu şu şekilde özetleyebilirim: Alüminyumun CO2 salımlarında henüz öne çıkmıyor olmasının nedeni yıllık üretiminin çeliğe kıyasla yaklaşık 30 kat daha düşük olması. 2018 verilerine göre dünyada 1.8 milyar ton (kaynak: worldsteel.org) düzeyinde ham çelik üretilmiş olmasına rağmen, aynı sene içinde küresel birincil alüminyum üretimi 64 milyon ton (kaynak: world-aluminium.org) düzeyinde seyretmiş durumda.

alüminyum ve çelik sera gazıYandaki grafik, alüminyum ve çelik üretimi kaynaklı sera gazı salımlarının kıyaslamasını gösteriyor. Ancak bu grafikte veriler toplam küresel çelik ve alüminyum üretimleri dikkate alınarak değil, 1000 USD ürün bedeli dikkate alınarak derlenmiş durumda sunuluyor. Grafiğin gösterdiği durum şu: Aynı ticari değere sahip ürünler kıyaslandığında, alüminyum kaynaklı küresel ısınma potansiyeli (GWP: Global Warming Potential) çeliğe kıyasla daha yüksek. Bu da, temiz bir metal olarak değerlendirilen alüminyumun sanayideki kullanımı arttıkça, bu nedenle bir takım kısıtlamalara maruz kalabileceğine işaret ediyor. Bu elbette bir yorum ve bir tahmin. Ama çok da temelsiz bir tahmin değil.

Çelikte ise farklı bir durum söz konusu. Elbette mevcut salım değerleri üzerinden konuşacaksak, şu anda tonajın yüksekliği nedeniyle çeliğin ciddi bir problem olduğunu açıkça görüyoruz. Ancak çelik üretimi için yüksek fırına alternatif olabilecek yöntemler üzerinde çalışmalar da devam ediyor. Bu konuyla ilgili şu aşamada en dikkat çeken girişim, Amerika’daki Boston Metal diye düşünüyorum: Demir oksiti kömürle yakmak yerine, ergimiş oksit elektroliziyle daha ucuza ve sıfır CO2 salımıyla çelik üretilebilen bir süreç üzerinde çalışıyorlar. Ekipte MIT’nin ünlü profesörlerinden Donald Sadoway de yer alıyor. Girişimi destekleyenler arasında Bill Gates’in yatırımcı olarak desteklediği Breakthrough Energy Ventures firmasının da olduğunu belirtmekte fayda var. Kısa bir tanıtım videosunu aşağıda bulabilirsiniz.

İklim değişikliğine yol açan sera gazı salımlarının en önemli kaynaklarından birine çözümün malzeme bilimciler tarafından geliyor olması, bence bu mesleğin dünya problemlerine sunabileceği çözümleri fark etmek açısından oldukça güzel bir örnek.

Eğer bu tür girişimler başarılı olur ve çelik üretiminde böyle bir devrim yaratılabilirse, sanayi devrimini mümkün kılan bu malzemenin gelecekte de yerini sağlamlaştıracağını ve rakip durumdaki alternatif malzemelerin önünü net bir şekilde kesebileceğini öngörebiliriz. Çünkü çeliğin en güçlü tarafı ucuz olması: Bu ucuz malzeme binek araçlarda alüminyuma benzer bir hafifletmeyi sağlayabildiği için, daha bugünden bu özelliğiyle dikkat çekiyor ve elektrikli araçlarda da kullanılıyor. Örnek olarak Tesla Model 3’deki durumu aşağıdaki resim üzerinde inceleyebilirsiniz.

tesla-model-3-steel-aluminum-underbelly
Yüksek dayanımlı çelik alüminyuma eşdeğer bir hafifletme etkisini daha ekonomik bir şekilde sunuyor. O nedenle Tesla Model 3’te ağırlıklı olarak yüksek dayanımlı çelik tercih ediliyor.

Sonuç

Toparlayalım. İklim değişikliğinin ana akım medyada yeterince öne çıkarılmıyor olması nedeniyle, bu konuda bilinçlenmek adına bizim biraz gayret göstermemiz gerekiyor. Levent Kurnaz’ın geçtiğimiz Eylül ayında yayımlanan kitabı sayesinde artık kapsamlı Türkçe kaynaklara ulaşma konusunda fazla bir mazeretimiz kalmadı diye düşünüyorum. Konuya giriş yapmak adına güzel bir kaynak. Umarım sizler de vakit ayırır ve bu önemli konuda kendinizi bilgilendirmek için gayret gösterirsiniz.

Mühendishane’de ben de fırsat buldukça bu konuyu öne çıkarmayı ve malzeme bilimi perspektifinden gözüme çarpan bazı çözümleri ele almayı planlıyorum. Bu yazılar için yoğunluk nedeniyle maalesef çok zaman yaratmıyorum. O nedenle çok sık yayımlanmayan bu yeni yazılardan mail yoluyla haberdar olmak isterseniz, sayfanın en altındaki Takip Et kutucuğundan e-posta aboneliği yaptırmanızı önerebilirim.

İlgili bağlantılar

İklim değişikliği konusunda daha fazla bilgi almak isteyenler için bazı bağlantılar paylaşmak istiyorum. Girişi ben yapayım, devamını sizler getirirsiniz.