hemen hemen herkes enerji nedir diye sorduğumuzda bir şekilde cevap verebilecek durumdadır. enerji, nesnelerin sahip olduğu, başka nesnelere transfer edilebilen, ya da başka formlara dönüşebilen fizisel bir özellik ya da kapasite olarak adlandırılabilir ancak bu da kesinlikle yeterli bir tanımlama değildir. gerçi türkçe kaynaklara baktığınız zaman, enerji iş yapabilme yeteneği olarak tanımlanmıştır ki bu kesinlikle yanlıştır, neden yanlış olduğunu da yazının devamında anlayacaksınız zaten. benzer şekilde termodinamiğin birinci kanunu olan, enerjinin korunumu da herkes tarafından az çok bilinir, ancak buradaki bir diğer önemli kavram olan ekserji (exergy), hatta bir diğeri de entropi (entropy) birer gizem olarak kalırlar ve pek kimse tarafından bilinmezler. herkesin anlayabileceği şekilde bu iki konsepti anlatmaya çalışacağım.

öncelikle termodinamiğin birinci kanununu da çok doğru bilmiyoruz. bizim için enerjinin en kullanılabilir çeşidi iştir (work). yani genelde termodinamik döngüler sonucunda iş üretmeye çalışırız. yakıtlarda var olan kimyasal enerjiyi işe çevirmektir amaç. yakıtlarda var olan bu kimyasal enerjiyi kullanılabilir hale getirmek için de öncel bir ısı girdisi olmalıdır, yani önce enerji vermemiz gerekir ki sonucunda enerji alabilelim. yanma reaksiyonları ve suyun buharlaştırılması bunlara örnektir. nasıl mangalda çıranın kendi kendine tutuşmasını beklemiyor çakmakla biz tutuşturuyorsak, aynı şekilde termodinamik döngülerde de önce biz enerji sağlıyoruz. enerjinin korunumu kanunu der ki, bir sisteme giren toplam enerji çıkan toplam enerjiye eşittir. ancak bu çıkan toplam enerji, bizim arzu ettiğimiz işe eşit değildir, buna bizim istemediğimiz sürtünme sebebiyle açığa çıkan ısı, kinetik ve potansiyel enerjiler, radyasyon ve internal loss’lar gibi bir çok farklı enerji formu da dahildir. bu noktada verimlilik konusunu gündeme gelir. elde ettiğimiz net iş’in, bizim sisteme sağladığımız enerji girdisine oranına sistemin “termal verimliliği” (thermal efficiency) denir. örneğin onlarca yıldır birçok geliştirme yapılan kömürle çalışan termik santrallerin termal verimliliği bile %33-%37 civarındadır, %40 yapanın elini ayağını öperler.

enerjiden arzu ettiğimiz oranlarda iş elde edemesek de, sonuçta bir enerji korunumundan söz ediyoruz ve eğer bir enerji korunumundan söz ediyorsak neden kendi kendine yeten sonsuz döngüler geliştiremiyoruz ya da neden hep yeni kaynaklar arıyoruz?

bu sorunun cevabı da termodinamiğin 2. kanununda yatar. doğadaki hiçbir döngü bire bir geri dönüştürülebilir değildir. her termodinamik çevrimin ardından entropi açığa çıkar. entropi kısaca enerjinin iş potansiyeli olmaması durumuna denir. düzensizlik olarak da bilinir. yani her bir döngünün ardından entropi üretimiyle birlikte, enerjinin iş yapabilme potansiyeli düşer ve düzensizlik artar.

entropinin artması ise ekserjinin düşmesi demektir, çünkü ekserji enerjinin faydalı iş üretebilme yeteneğidir. aslında ekserjiyi, enerjinin ekonomik değeri olarak da adlandırabiliriz. örneğin, ortalama sıcaklığın 30⁰c olduğu bir ortamda, bir tane aynı sıcaklıkta demir parçası olsun elimizde, bir de 0⁰c’de bir demir parçası. hangisinin enerjisi daha yüksek diye bir soru sorarsak, cevabı ilk demir parçasıdır, çünkü daha sıcaktır. ancak hangisinin ekserjisi daha yüksektir diye bir soru yönelttiğimizde, bunun cevabı ikinci demir parçası olacaktır. ortamla aynı sıcaklıkta olan bir maddenin termal anlamda bir iş potansiyeli ve ekonomik değeri yoktur, eğer o ortamda 30⁰c sıcaklık isterseniz camı açarsınız ama aynı ortamda 0⁰c sıcaklığa sahip bir maddenin bir termal değeri ve dolayısıyla bir ekonomik değeri vardır. dolayısıyla her bir termodinamik çevrim sonrasında ekserji yıkımı gerçekleşir, bu da sistemde var olan enerjinin her çevrim sonrası faydalı iş yapabilme potansiyelini ve dolayısıyla ekonomik değerini düşürür.

şimdi olaya daha büyük bir çerçeveden bakmak gerekirse; evrendeki her bir aktivite aynı zamanda termodinamik bir çevrimdir. dolayısıyla evrendeki faydalı iş yapabilme potansiyeline sahip enerji miktarı her bir an azalmaktadır. enerji bizim mutluluğumuzun olduğu kadar, evrendeki her şeyin de kaynağı ve yapıtaşıdır. enerji korunsa dahi niteliği ve faydalı olma potansiyeli her bir an azalmakta ve yok olmakta. bu bilgiler ışığında, ne insanlık, ne dünya ne de evren için ilerleyen zamanla birlikte daha güzel ve daha iyiyi beklemek pek mümkün değildir. sonuç olarak, her bir an azalmakta olan bu ekserji, evreni son nefesine bir adım daha yaklaştırmaktadır. yani evren bu sebeple bir gün yok olacaktır!

ps: olabildiğince yalın anlatmaya ve çok fazla detaya girmemeye çalıştım, çünkü her bir açıklama beraberinde birçok yeni açıklama ve detay getiriyordu. umarım düşündüğüm kadar anlaşılır olmuştur. iyi okumalar!