Enerji Nedir, Ne Değildir?

Yazan: Mehmet Haşim Çevik

Düzenleyen: Ümit Sözbilir

Özet: Daha iyi hayat standartları ve refah için yeterli ve devamlı enerji arzı gerekmektedir. İnsan ihtiyaçlarını gidermek için yıllardır kullanılan enerji kaynakları sağlık, çevre ve ekonomik açıdan çeşitli olumsuz etkiler yaratmıştır. Bu olumsuz etkilerin azaltılması için fosil yakıtlardan temiz enerji kaynaklarına geçiş zorunlu hâle gelmiştir.

Giriş

Küresel Enerji Değerlendirme (Global Energy Assesment) kitabının Enerjinin Temelleri (Energy Premier) bölümü “Hayat, sürekli enerji dönüşüm sürecinden başka bir şey değildir.” diye başlamaktadır [1]. Canlılar hareket etmek, beslenmek ve avlanmak gibi günlük yaşam ihtiyaçlarını besinlerden, hücre solunumu veya fotosentez sonucunda ortaya çıkan enerjiyi harcayarak gidermektedirler. Bu biyolojik ihtiyaçların giderilmesi için kimyasal tepkimeler sonucu ortaya çıkan enerjinin tüketilmesinin yanı sıra insanlar bir yerden bir yere yolculuk etmek, geceleri karanlık mekânları aydınlatmak, soğuk kış aylarında ısınmak veya sıcak yaz aylarında serinlemek gibi ekonomik ve sosyal yaşamlarını devam ettirmek için de enerji kaynakları kullanmaktadırlar.

Her ne kadar günlük kullanılan dilde enerji tüketmek veya enerji harcamak gibi kelimeler kullanılsa da enerji, harcanan veya tükenebilen bir şey değildir [1]. Termodinamiğin birinci yasasında belirtildiği gibi enerji yoktan var edilemez, vardan yok edilemez, yalnızca şekil değiştirir. Küresel Enerji Değerlendirme kitabında da değinildiği gibi enerji dönüşen, dönüştürebilen bir şeydir. Bir başka deyişle, bir enerji türü bir başka enerji türüne sürekli dönüşmektedir. En bilindik ve en temel örneklerden biri şöyledir; yüksek bir yerde duran bir cismin potansiyel enerjisi vardır. Eğer aşağıya doğru hareket ettirilirse potansiyel enerjisi kaybolmaz aksine kinetik enerjiye dönüşür.

Enerjinin temel bilimlerde bilinen ve araştırılan diğer çeşitleri (ısı, ışık, ses vb.) de bulunmaktadır. Fakat bu yazıda enerji, canlıların temel ihtiyaçlarını gidermek için kullandıkları ya da temel bilimlerin araştırma alanlarını doğrudan ilgilendiren bir olgu olarak ele alınmamaktadır. Bunun yerine enerji, insanların sosyoekonomik yaşamlarının bağımlı olduğu, ekonomik krizlere neden olabilen ve daha da önemlisi iklim krizinin en büyük etkeni olarak düşünülen bir olgu olarak incelenmektedir. Enerji kaynakları, enerjinin iklim değişikliği, sağlık ve ekonomik refah ile ilgisi sistemik bir biçimde mercek altına alınmaktadır.

Enerji Kaynakları ve Enerjiye Sistemik Bakış

İnsan yaşamının ekonomik ve sosyal yönlerinin her işlevinde enerji kaynakları kullanılmaktadır. Sağlık hizmetleri, ulaşım, sanayi ve tarım üretimi, eğitim, su ve elektrik gibi temel ihtiyaçlara erişim ve ticaret gibi insan yaşamının üzerine kurulduğu tüm teknik ve sosyal altyapı enerji kaynaklarına ve enerji sistemlerine bağlıdır. Bu enerji kaynakları yenilenebilir ve yenilenemez olarak ikiye ayrılmaktadır. Yenilenebilir kaynaklar şunlardır [2]:

• Güneş
• Rüzgâr
• Hidrojen
• Hidrolik
• Dalga ve gelgit
• Jeotermal
• Biyokütle

Yenilenemez enerji kaynakları ise kendi içerisinde ikiye ayrılmaktadır [2]:

• Fosil kaynaklı kaynaklar; kömür, doğal gaz ve petrol
• Çekirdek kaynaklı kaynaklar; uranyum ve toryum (Nükleer enerji kaynakları)

Yenilenebilir enerji kaynakları, kullanımı sırasında sera gazı salımına neden olmadıkları için günümüzde yaygın bir şekilde kullanılan fosil yakıtlara alternatif olarak sunulmaktadırlar. Yenilenemez enerji kaynaklarından nükleer enerji de kullanımı esnasında sera gazı salımına neden olmaz. Fakat fosil yakıtlar sera gazı salımına yol açtıkları için küresel ölçekte sorunlara sebep olmaktadırlar. Sanayi devrimi, küresel ticaret hacminin büyümesi, ekonomik kalkınma ve artan nüfus ile enerjiye talebin artması ile özellikle 20’nci yüzyılın başından bu yana fosil yakıtlar artan bir biçimde kullanılmaya başlandı ve bütün sosyoteknik altyapı fosil yakıtlara uygun ve bağımlı olarak kuruldu ve günümüzde hâlâ bu durum büyük ölçüde devam etmektedir [3]. Böylelikle insan hayatının temel ihtiyaçları giderilirken bile iklim değişikliği, çevresel bozulma, hava kirliği, ekonomik refah ve yoksulluk gibi sorunlara etki edilmektedir.

İnsan ihtiyaçlarının karşılanmasında rol oynayan enerji, bir sistem ile bu ihtiyaçların giderilmesini sağlar. Enerjinin bir eylemi (telefonu şarj etmek, evi ısıtmak, araç sürmek vb.) yerine getirmek için kullanılması esnasında dönüştüğü biçimler ve geçirdiği tüm safhalar enerji sistemlerini oluşturur. Bir başka deyişle enerji üretim, dönüşüm ve tüketimini oluşturan tüm bileşenler enerji sistemini oluştururlar [1]. Enerji, işlenmemiş bir kaynak olarak doğadan alınıp çeşitli süreçlerden geçirilerek son kullanıcının hizmetine sunulana kadar bir sistem içinde farklı farklı türlere bürünmektedir. Enerji sistemleri enerji kaynakları, enerji taşıyıcıları ve enerji hizmetleri olmak üzere üç bileşenden oluşmaktadır [1]. Görsel-1 bir enerji sisteminin nasıl çalıştığı, hangi bileşenlerin tam olarak neye tekabül ettiği, enerji sektörleri ve enerji teknolojilerin neler olduğunu örneklemektedir.

Şema 1’den de anlaşılacağı üzere, madenden çıkarılan birincil enerji kaynağı kömür, bir termik santralde yakılarak su kaynatılması sağlanır. Kaynama sonucu oluşan su buharı ile bir türbin döndürülerek elektrik üretilir ve elektrik şebekesine aktarılır. Elektrik ve elektrik şebekesi birer enerji taşıyıcısıyken termik santral bir enerji dönüştürücüsü rolünü oynayan enerji teknolojisidir. Elektrik konutlara veya iş yerlerine elektrik şebekesi ile aktarıldıktan sonra herhangi bir elektrikli aletin kullanılması yani son kullanıcının hizmetine sunulması insan ihtiyaçlarının giderilmesini sağlamaktadır. Elektrikli aletler bu örnekte birer enerji taşıyıcısıdır. Enerji hizmeti ise bu aletten elde edilen çıktıdır. Örneğin yemek pişirmek bir enerji hizmeti iken elektrikli ocak elektriği ısı enerjisine dönüştüren bir enerji taşıyıcısı ve dönüştürücüsüdür.

Bir enerji sisteminin düzenli, verimli ve kesintisiz çalışması sosyoekonomik refahı sağlamanın en önemli etkenlerinden biridir [4]. Genellikle enerji kullanıcıları enerjinin nasıl üretildiği, nasıl taşınıp hizmetlerine sunulduğu ile ilgilenmese de arka planda gerçekleşen bütün bu süreçler yaşamları üzerinde derin etkilere neden olabilmektedir [1]. Enerji sistemleri dünyanın her yerinde ekonomik, çevresel, iklim krizi, hava kirliliği ve güvenlik endişeleri ve sorunlarıyla karşı karşıya kalmaktadırlar [5]. Bu yazının diğer bölümleri bu etkileri ve endişeleri incelemektedir.

Enerji ve İklim Değişikliği İlişkisi

Daha önce sitemizde yayımlanan İklim Değişikliği başlıklı yazıda enerji üretim ve kullanımın küresel sera gazı salımlarının %73’ünden sorumlu olduğu belirtilerek enerji ve iklim değişikliği ilişkisine değinilmişti. Bu bölüm enerji kaynaklarına ve sera gazı salımlarının daha detaylı bir görünümünü vermektedir.

Enerjiden kaynaklı sera gazı salımları büyük ölçüde ulaşım, elektrik üretimi ve ısınma gibi temel ihtiyaçların giderilmesi ve refah seviyesi yüksek bir yaşam tarzının sürdürülebilmesi için kurulan enerji sektörlerinin fosil yakıt kullanımına bağımlı olmasının sonucudur. Elektrik ve ısı üretimi enerjiden kaynaklı CO₂ salımlarının yaklaşık %40’ını oluştururken bu oran ulaşım sektöründe %27’dir. Geri kalan salımlar ise hanelerde ve sanayideki enerji kullanımını oluşturmaktadır. Elektrik ve ısı üretimi, ulaşım, sanayi ve binalarda kullanılan enerji arzının %80’i hâlâ fosil yakıtlardan elde edilmektedir [6]. Fosil yakıtlardan petrol küresel enerji arzının %31’ini karşılayarak ilk sırada yer alırken doğal gaz ve kömürün payları sırasıyla %27 ve %23’tür. Fakat bu durum CO₂ salımlarında değişkenlik göstermektedir. Fosil yakıtların kullanılmasında ortaya çıkan CO₂ salımının %42’si kömür kaynaklı iken bu oran petrol için %34, doğal gaz içinse %22’dir [6]. Kömür kullanımı ve sağladığı enerji arzı en düşük fosil yakıt olmasına rağmen en yoğun CO₂ salımına neden olan enerji kaynağıdır.

İklim değişikliğinin sebep olduğu olumsuz etkilerin azaltılmasının en temel çözümü sera gazı salımının (özellikle CO₂) azaltılmasıdır [7]. Sera gazı salımlarına en fazla katkıda bulunan insan faaliyetlerinin ve ekonomi sektörlerinin önemli ölçüde enerji üretim ve tüketim süreçlerine bağlı olmasından dolayı kullanılan enerji üretim ve tüketim yöntemlerinin değiştirilmesi gerekmektedir. CO₂ salım yoğunluğunun en yüksek seviyede olduğu enerji kaynaklarının yerine CO₂ salmayan enerji kaynaklarına geçiş bir zorunluluk hâline gelmiştir. Her ne kadar enerji geçişinin nasıl olması gerektiği ve dünyada neler yapıldığı bu yazının kapsamı dışında olsa da enerji geçişine kısaca değinmekte fayda vardır. Enerji geçişi küresel ölçekte CO₂ salımlarının azaltılması için fosil yakıtların ve bu yakıtlara bağımlı teknik altyapının ve insan davranışlarının mümkün olan en kısa sürede düşük veya sıfır karbonlu enerji kaynakları ve enerji sistemleri ile değiştirilmesini amaçlamaktadır. Bu geçiş yapılırken yıllardır insan hayatının bağımlı olduğu dünyanın en büyük ve en stratejik sektörleri arasında yer alan fosil yakıtların aşamalı olarak ortadan kaldırılması gerekmektedir. Aksi takdirde çok keskin bir enerji geçişi sürekli artan enerji talebini karşılayamamasına neden olabilir. Bu durumda yeni ve daha şiddetli ekonomik ve sosyal sorunlar ortaya çıkarken iklim değişikliği gibi hayati bir konuda ilerleme sağlanamayabilir. Bu nedenle enerji geçişi hem adil hem de daha ciddi sorunlara sebebiyet vermemek için iyi planlanmış karma politikalar ile gerçekleşmelidir.

Enerji, Hava Kirliliği ve Enerji Kaynaklarının Sebep Olduğu Erken Ölümler

Enerji üretim ve kullanımının insan ve çevre üzerindeki bir diğer olumsuz etkisi de hava kirliliğine sebep olmasıdır. Hava kirliliği atmosferde doğal olarak bulunan gazların seviyesindeki dengenin bozulması ve hava kirleticilerinin atmosfere salınması ile oluşmaktadır. Hava kirliliğinin başlıca sebebi artan nüfus ve şehirleşme ile fosil yakıtların ısınma, sanayi, ulaşım ve elektrik üretiminde yaygın bir şekilde kullanılmaya başlanmasıdır. Fosil yakıtların hanelerde ve elektrik üretim santrallerinde yakılmasından, araç egzozları ve fabrika bacalarından atmosfere karışan kirleticiler atmosferdeki hava kalitesini düşürmektedirler [8]. Hava kirliliği özellikle sanayileşmiş, kalabalık ve taşıt kullanımının yüksek olduğu bölgelerde uzun vadede astım, çocuklarda akciğer gelişiminin sekteye uğraması ve kronik obstrüktif akciğer hastalığı (KOAH) gibi solunum yolu hastalıklarına ve erken ölümlere neden olmaktadır [9] [10]. Uluslararası Enerji Ajansının (Internatonal Energy Agency, IEA) 2019 yılında yayımlanan raporuna göre 2018 yılında dünyada yaklaşık 2,5 milyon ölüm doğrudan hava kirliliğine bağlı sebeplerden dolayı gerçekleşmiştir [11].

Ayrıca modern ve temiz enerji teknolojileri ve kaynaklarına erişimin kısıtlı olduğu yoksul ülkelerde kapalı alanlarda ısınma, aydınlatma ve pişirme için kömür, gazyağı, hayvansal yakıt, odun ve diğer biyoyakıtların kullanıldığı soba, gaz lambası veya ocaklar kapalı alanların hava kalitesini düşürerek kapalı alan hava kirliliğine (indoor air pollution) neden olmaktadır. Buna bağlı olarak özellikle günün önemli bir kısmını evde geçiren kadın ve çocuklarda, yakıtlardan duman ve is olarak salınan zehirli gazların solunumu nedeniyle akciğer kanseri dâhil olmak üzere solunum yolu enfeksiyonları ve hastalıkları sıkça görülebilmektedir [10]. Bu durumdan sakınmak için temiz ve modern enerji teknolojileri ve yakıtların sağlanması gerekmektedir. Fakat günümüzde dünya genelinde temiz ve modern ısınma ve pişirme teknolojilerine erişimi olmayan yaklaşık 2,8 milyar insan bulunmaktadır [10]. Bu teknolojilere erişimi olmayan nüfusun kayda değer bir kısmı Sahraaltı Afrika ülkelerinde bulunmaktadır. Bu durumun artan nüfus ve enerji ihtiyacı ile daha da kötüye gitmesi olasıdır.

Karbona dayalı yakıt kullanımının hava kirliliğine sebep olduğu ve dolaysıyla sağlık üzerinde olumsuz etkilerinin bulunduğu açıklandıktan sonra hangi enerji kaynaklarının insan sağlığı açısından daha tehlikeli veya güvenilir olduğu sorusu da incelemeye değerdir.

Kullanılan bütün enerji kaynaklarının olumsuz etkileri bulunmaktadır. Bunlar birbirinden farklı ölçülerde etkili olabilmektedir. Fakat hem çevre hem insan sağlığı üzerindeki olumsuz etkileri bakımından fosil yakıtların tartışmasız bir şekilde en tehlikeli enerji kaynakları oldukları belirtilmektedir. Enerji ve iklim değişikliği çalışmaları ile bilinen Hannah Ritchie (2020), 150 bin kişinin yaşadığı ve her yıl 1 teraWatt saat (TWh) enerji tüketen, nüfus ve enerji talebi değişmeyen hayali bir kasabada herhangi bir enerji kaynağının yılda kaç kişinin ölümüne sebep olabileceğine dair enerji ve sağlık verileri kullanarak bir tasarım gerçekleştirmiştir. Bu tasarım yapılırken herhangi bir santralde olabilecek kazalar (termik santralin patlaması, rüzgâr santrallerinin yanması, nükleer santralde gerçekleşebilecek radyoaktif sızıntı vb.) da hesaplanmıştır. Öte yandan, hesaplamalarda fosil yakıtlar aleyhine taraflılık oluşmaması açısından günümüze kadar olan toplam ölümler karşılaştırılmamıştır. Nitekim fosil yakıtlar, özellikle petrol ve kömür, yüzyılı aşkın bir süredir düzenli kullanılırken rüzgâr ve güneş gibi teknolojiler daha yenidir. Bu tasarıma göre her şeyin aynı kaldığı bu kasabada enerji kaynakları sırasıyla her yıl şu kadar insanın erken ölümüne neden olabilmektedirler [12]:

• Kömür: 25 kişi
• Petrol: 18
• Doğal gaz: 3
• Hidroelektrik: 1
• Rüzgâr: Ortalama bir yılda kimsenin ölümüne sebep olmayabilir. 25 yılda 1 insanın doğrudan erken ölümüne neden olma ihtimali vardır.
• Nükleer: 33 yılda 1 insanın ölümüne neden olabilir.
• Güneş: 50 yılda 1 insanın ölümüne neden olabilir.

Bu verilerden de anlaşılacağı üzere, sera gazı salımına sebep olmayan enerji kaynakları (yenilenebilir kaynaklar ve nükleer enerji) fosil yakıtlardan çok daha güvenlidirler.  Gerçekleşmesi olası ölümlerin büyük çoğunluğunun da hava kirliliğine bağlı olacağı öngörülmektedir [12]. Nitekim bu bölümün önceki paragraflarında da belirtildiği gibi fosil ve biyoyakıtların kullanımıyla atmosfere salınan gazlar uzun vadede oldukça ölümcül riskler taşımakta ve hastalıklara neden olabilmektedirler.

Enerji, Ekonomi ve Enerji Yoksulluğu

Herhangi bir ekonomik sektörün verimli ve kesintisiz bir biçimde çalışması yeterli enerji arzını elde edebilmesine bağlıdır [4] [13]. Bu gereklilik yerine getirilmediği takdirde üretim ve hizmetler durma noktasına gelebilmektedir. Tarihte çeşitli örnekleri bulunan ve günümüzde de içinden geçtiğimiz enerji krizleri daha uzun vadeli ve daha büyük ölçekli ekonomik krizleri tetiklemektedir. Doğrudan insan yaşamını etkileyen, temel hayat işlevlerini yerine getirmenin bile ekonomik olarak büyük yük hâline geldiği enerji krizleri, sanayi ve diğer üretim sektörlerinde artan maliyetler yüzünden işsizlik, enflasyon ve ekonomik küçülmelere sebep olarak ekonomik krizleri derinleştirmektedir. Örneğin artan doğal gaz ve elektrik fiyatları yüzünden Avrupa’da enerji kullanımına yoğun bir biçimde bağımlı demir-çelik fabrikaları üretimi durdurmak zorunda kalırken insanlar dünyanın genelinde elektrik faturalarının artan yükünün altından kalkamama tehlikesi ile karşı karşıya kalmaktadır [14]. Bu sebeplere bağlı olarak diğer sosyal hizmetlerde de büyük bir kesinti yaşanabilirken ortalama yaşam kalitesinde belli ölçülerde bir düşüş meydana gelebilmektedir. Ekonomik ve sosyal refahın anahtarı ucuz ve güvenilir enerjiye erişimdir [13]. Gelişmiş ülkelerde enerjinin daha verimli kullanılması, iklim değişikliğine sebep olan kaynakların yerine alternatiflerinin bulunması gibi tartışmalar yaşanırken gelişmemiş veya gelişmekte olan ülkelerin ana enerji gündemleri ekonomiyi canlandırmak ve temel hayat işlevlerinin (eğitim, sağlık, yemek pişirmek vb.) yerine getirilmesi için ülkenin tamamını saran güvenilir bir enerji ağı kurmaktır.

Enerji sistemlerinin yeterli olup olmamasına bağlı olarak da enerji tüketimi değişkenlik göstermektedir. Dünyada kişi başı enerji tüketimi verilerinde ülkeden ülkeye çok büyük uçurumlar bulunmaktadır. Örneğin kişi başı yıllık enerji tüketimi 75.000 kiloWatt saati (kWh) geçen ABD, Kanada, Norveç ve Suudi Arabistan gibi enerji zengini ve iyi ekonomilere sahip ülkeler bulunurken Sahraaltı Afrika ülkelerinin büyük çoğunluğunda bu sayı 1.000 kiloWatt saati altında kalmaktadır [15]. Ayrıca gelişmemiş ülkelerde nüfusun tamamının elektriğe erişimi hâlâ tam olarak sağlanmamıştır. Gana, Güney Afrika ve Kenya gibi görece daha iyi durumda olan bazı Sahraaltı Afrika ülkelerinde bütün nüfusun elektriğe erişimi ancak 2030 yılında sağlanması planlanırken daha yoksul ülkelerde yakın gelecekte aşılması zor bir sorun olarak kalmaya devam edecektir [11]. Yukarıda enerji ve sağlık ilişkisinde değinilen temiz ve modern pişirme aletlerine erişim de büyük bir sorun olarak kalmaya devam etmektedir.

Yeterli ve devamlı enerji kaynaklarına erişim olmadığı takdirde iyi hayat standartlarına erişim imkânsızdır. Akşam aydınlatma olmadığı için daha fazla ders çalışamayan öğrencilerin eğitimi geri kalır, sosyal ve ekonomik hayat yalnızca gündüz ve elektriğin kesilmediği zamanlarda devam eder ve herhangi bir üretim işletmesinin çalışmaya devam edebilme ihtimali kalmayacağı için ekonomik büyüme yeterli düzeylere çıkamaz. ABD gibi dünyanın en iyi ve güvenilir elektrik şebekelerine sahip bir ülkede bile elektrik kesintileri yıllık bazda milyarlarca dolar zarara neden olmaktadır [16]. Bu nedenle ortalama bir yaşam standardına sahip olabilmek için yeterli enerjiye erişimin sağlanması gerekmektedir. Enerji Geçişleri Komisyonunun (Energy Transitions Commission) hesaplamalarına göre normal bir hayat standardı için kişi başı yıllık enerji tüketiminin 80-100 gigajoule (Gj) arasında olması gerekmektedir [13].  

Sonuç

İnsan ihtiyaçlarını gidermek, ekonomik refahı arttırmak ve insan hayatının konforunu yükseltmek amacıyla kurulan enerji sistemleri sanayi devriminden bu yana fosil yakıtlara bağımlı hâle gelmiş ve teknik altyapının neredeyse tamamı bu yakıtlara uygun kurulmuştur. Zamanla teknolojik gelişmelerle yeni enerji üretme yolları bulunmuş olsa da fosil yakıtlar uzun yıllar boyunca daha ekonomik seçenekler olarak kalmaya devam etmişlerdir. Fakat fosil yakıtlara bağımlı enerji sistemleri insan hayatı ve çevre üzerinde çeşitli olumsuz etkiler yaratmıştır. Fosil yakıt kullanımından kaynaklanan sera gazları, küresel ölçekte iklim krizinin en büyük tetikçilerinden biri olmasının yanı sıra hava kirliliği gibi sorunlara da neden olarak insan sağlığı ve doğayı tehdit etmektedir. Bu olumsuz etkileri azaltmanın çözümü fosil yakıtlardan temiz enerji (yenilenebilir, nükleer vb.) kaynaklarına geçiş olacaktır. Böylelikle sera gazı salımı azaltılacak, iklim krizinin getireceği olumsuz etkilerde düşüş yaşanırken daha kaliteli ve temiz hava sağlık sorunlarını azaltacaktır.  

Bütün bu planlamalar yapılırken enerjiye erişimi olmayan veya kısıtlı olan ve enerji tüketiminin ücretlerini ödeyemeyen enerji yoksulu nüfusların da sorunlarının çözülmesi gerekmektedir. Nitekim, sağlıklı ve refah seviyesi iyi bir hayat yaşamanın en önemli unsuru yeterli enerjiye erişebilmektir.

Konuyla alakalı diğer yazılarımız

Füzyon Enerji Çağı: ITER Montajı Başlıyor

Jeotermal Enerji Sandığımız Kadar Çevreci mi?

Yenilenebilir Enerjinin Artıları ve Eksileri

Güneş Enerjisi Tamamen Temiz Enerji midir?