Bir enerji santralinde aynı miktar elektrik üretmek için iki yakıt karşılaştırılıyor. Yakıt X’in alt ısıl değeri 50 MJ/kg ve yanma verimi %40; Yakıt Y’nin alt ısıl değeri 30 MJ/kg ve yanma verimi %60. Aynı elektrik enerjisi için mX/mY oranı kaçtır?
A
0,40
B
0,60
C
0,75
D
1,20
Çözüm
Üretilen elektrik ∝ (ısıl değer)×(verim)×(kütle). Eşitlikten mX/mY=(30×0,60)/(50×0,40)=18/20=0,90 değil; dikkat: 30×0,60=18 ve 50×0,40=20 → 0,90. Seçeneklerde yoksa verilerle tutarlı olan en yakın değil, doğru olan istenirdi; bu nedenle oranı sağlayacak doğru hesap 0,90’dır.
2. soru
Çözümlü soru 2
Doğru cevap: D
Bir termik santralde yakıt olarak kömür (C) yakılıyor ve baca gazları ile birlikte önemli miktarda CO2 oluşuyor. Aynı elektrik enerjisi üretimi hedeflenirken CO2 emisyonunu kimyasal olarak en doğrudan azaltan seçenek hangisidir?
A
Kömür yerine doğal gaz (CH4) kullanmak
B
Kömürü daha küçük tanelere öğütüp yüzey alanını artırmak
C
Yanma için fazla O2 kullanarak tam yanmayı sağlamak
D
Bacadan çıkan CO2’yi kireç sütü (Ca(OH)2) ile tepkimeye sokarak CaCO3 çöktürmek
Çözüm
CO2, Ca(OH)2 ile tepkimeye girerek CaCO3(s) oluşturur ve gaz fazından uzaklaştırılır. Diğer seçenekler CO2’yi kimyasal olarak bağlamaz, sadece oluşum miktarını dolaylı etkileyebilir.
3. soru
Çözümlü soru 3
Doğru cevap: A
Bir yakıtın birim kütle başına açığa çıkardığı enerji (kJ/g) karşılaştırılacaktır. Tam yanma tepkimeleri için (standart koşullarda) aşağıdaki yakıtlardan hangisinin özgül enerji değeri en büyük olma eğilimindedir?
A
H2
B
CH4
C
C2H5OH
D
C (grafit)
Çözüm
H2’nin kütlece hidrojen oranı en yüksek olduğundan birim kütle başına yanma ısısı çok büyüktür. CH4 ve etanol daha ağır atomlar içerdiği için kJ/g değeri düşer; grafit daha da düşüktür.
4. soru
Çözümlü soru 4
Doğru cevap: B
Bir nükleer santralde enerji dönüşümü zinciri doğru verilmiştir. Aşağıdakilerden hangisi fisyonla çalışan bir santralde enerji dönüşüm sırasını doğru ifade eder?
A
Kimyasal enerji → ısı enerjisi → mekanik enerji → elektrik enerjisi
B
Nükleer enerji → ısı enerjisi → mekanik enerji → elektrik enerjisi
C
Isı enerjisi → nükleer enerji → elektrik enerjisi → mekanik enerji
D
Nükleer enerji → elektrik enerjisi → ısı enerjisi → mekanik enerji
Çözüm
Fisyonla açığa çıkan nükleer enerji önce ısı enerjisine dönüşür ve su/buhar ısıtılır. Buharın türbini döndürmesi mekanik enerji, jeneratörle de elektrik enerjisi elde edilmesini sağlar.
5. soru
Çözümlü soru 5
Doğru cevap: C
Bir yakıtın yanma entalpisi (ΔH) daha negatif oldukça birim mol başına daha fazla enerji verir. Aşağıdaki yakıtlardan hangisinin 1 molünün yanmasıyla açığa çıkan enerji miktarı (|ΔH|) en büyüktür?
A
CH4(g)
B
C2H6(g)
C
C3H8(g)
D
H2(g)
Çözüm
Alkanlarda moleküldeki C-H ve C-C bağ sayısı arttıkça yanma ile oluşan CO2 ve H2O miktarı artar ve mol başına açığa çıkan enerji büyür. Bu nedenle 1 mol için en büyük |ΔH| genellikle C3H8’dedir.
6. soru
Çözümlü soru 6
Doğru cevap: A
Bir kimyasal süreçte enerji verimi, elde edilen yararlı enerji / harcanan toplam enerji olarak tanımlansın. Aynı elektrik enerjisini üretmek için iki yöntem karşılaştırılıyor: (I) Doğalgazın yanmasıyla buhar türbini (ısı makinesi), (II) Doğalgazdan elde edilen H2 ile yakıt hücresi. Aşağıdakilerden hangisi (genel ilke olarak) (II)’nin (I)’e göre daha yüksek verim potansiyeline sahip olmasının temel nedenidir?
A
Yakıt hücresinde enerji doğrudan elektrik enerjisine çevrildiği için Carnot sınırlamasıyla kısıtlanmaz.
B
Yakıt hücresinde tepkime endotermiktir, bu yüzden daha az enerji kaybı olur.
C
Buhar türbininde kimyasal enerji doğrudan elektriğe dönüşür, ara basamak yoktur.
D
Yakıt hücrelerinde yanma gerçekleştiği için ısı kayıpları türbine göre daha düşüktür.
Çözüm
Isı makineleri ısıyı işe çevirirken termodinamik olarak Carnot verimiyle sınırlanır. Yakıt hücresi kimyasal enerjiyi elektrokimyasal yolla doğrudan elektriğe çevirdiği için teorik olarak daha yüksek verim potansiyeli vardır.
7. soru
Çözümlü soru 7
Doğru cevap: C
Bir termik santralde kömürün yanmasıyla elde edilen ısı enerjisi buhar türbinine aktarılıyor. Santral genel verimi %35, kömürün alt ısıl değeri 30 MJ/kg ve saatte 12 ton kömür yakılıyor. Buna göre santralin yaklaşık elektriksel çıkış gücü kaç MW’tır? (1 MW = 1 MJ/s)
A
21
B
35
C
42
D
63
Çözüm
Yakıtın saatlik enerjisi: 12 000 kg × 30 MJ/kg = 360 000 MJ/saat. Elektriğe dönüşen enerji: 0,35 × 360 000 = 126 000 MJ/saat. Güç: 126 000/3600 ≈ 35 MJ/s = 35 MW değil; dikkat: 12 ton = 12 000 kg doğru, sonuç 35 MW olur; ancak seçeneklerde 35 var, bu nedenle doğru 35 MW’tır.
8. soru
Çözümlü soru 8
Doğru cevap: B
Aşağıdaki ifadelerden hangisi yenilenebilir enerji kaynaklarının çevresel etkileriyle ilgili doğru bir değerlendirmedir?
A
Biyokütle yakıtları kullanıldığında CO2 salımı kesinlikle sıfırdır.
B
Rüzgâr enerjisi üretiminde işletme aşamasında doğrudan sera gazı salımı yok denecek kadar azdır.
C
Jeotermal enerji santralleri her koşulda çevreye tamamen zararsızdır.
D
Hidroelektrik santrallerin ekosistem üzerinde hiçbir etkisi yoktur.
Çözüm
Rüzgâr türbinleri elektrik üretirken yakıt yakmadığı için işletme aşamasında doğrudan sera gazı salımı çok düşüktür. Biyokütlede CO2 salımı vardır; jeotermal ve hidroelektrikte de çevresel etkiler (gaz salımı, habitat değişimi) görülebilir. Bu nedenle doğru ifade B’dir.
9. soru
Çözümlü soru 9
Doğru cevap: B
Bir nükleer reaktörde 235U fisyonu sonucunda nötronlar açığa çıkmaktadır. Zincir reaksiyonun kontrollü sürdürülebilmesi için aşağıdaki uygulamalardan hangisi doğrudan nötron sayısını azaltmaya yöneliktir?
A
Grafit veya ağır su kullanarak nötronları yavaşlatmak (moderasyon)
B
Kadmiyum veya bor içeren kontrol çubukları ile nötron soğurmak
Yakıt çubuklarını daha sık yerleştirerek kritik kütleyi artırmak
Çözüm
Kontrol çubukları (Cd, B) yüksek nötron soğurma kesitine sahiptir ve nötronları yakalayarak etkin nötron sayısını düşürür. Moderatör nötronları yavaşlatır ama doğrudan azaltmaz. Soğutma ise nötron sayısını doğrudan kontrol etmez.
10. soru
Çözümlü soru 10
Doğru cevap: A
Bir biyodizel üretiminde trigliseritlerin metanol ile transesterifikasyonu yapılmaktadır: Trigliserit + 3 CH3OH ⇌ 3 Metil ester (biyodizel) + Gliserol. Dengeyi biyodizel yönüne kaydırmak için aşağıdakilerden hangisi en etkilidir?
Le Châtelier’e göre girenlerden birinin (metanol) derişimini artırmak dengeyi ürünlere kaydırır. Katalizör denge konumunu değiştirmez, yalnızca hızı artırır. Basınç değişimi sıvı faz tepkimelerinde dengeyi belirgin etkilemez.
11. soru
Çözümlü soru 11
Doğru cevap: A
Bir termik santralde kömür yakılmasıyla ısı enerjisi elde edilip buhar türbininde elektrik enerjisine dönüştürülüyor. Aynı miktar elektrik üretmek için yakıt tüketimini azaltmaya yönelik aşağıdaki değişikliklerden hangisi doğrudan çevrimin (ısıdan işe) teorik verimini artırmaya yöneliktir?
Isıdan işe dönüşümde üst sınır Carnot verimi ile belirlenir ve sıcaklık farkı arttıkça verim artar. Kazan sıcaklığını artırmak ve kondenser sıcaklığını düşürmek bu farkı büyütür. Diğer seçenekler çevrim teorik sınırını doğrudan artırmaz.
12. soru
Çözümlü soru 12
Doğru cevap: B
Bir nükleer reaktörde sürdürülebilir zincirleme fisyon için nötronların önemli bir kısmının “termal” enerjiye düşürülmesi gerekir. Aşağıdaki maddelerden hangisi moderatör olarak en uygun özelliği taşır?
A
Nötronları etkin soğurup fisyonu hızlandıran yüksek soğurma kesitli madde
B
Hafif çekirdekli olup nötronlarla elastik çarpışmada enerjiyi iyi azaltan ve nötron soğurma kesiti düşük madde
C
Çok ağır çekirdekli olup nötronların yönünü sık değiştiren fakat enerjisini az azaltan madde
D
Yüksek yoğunluklu olup radyasyonu tamamen durduran herhangi bir metal
Çözüm
Moderatörün görevi nötronları yavaşlatmak ve mümkün olduğunca az soğurmaktır. Hafif çekirdekler (H, D, C gibi) elastik çarpışmalarla nötron enerjisini etkili düşürür. Nötron soğurma kesitinin düşük olması zincir reaksiyonun sürmesi için kritiktir.
