Parson’ un Buhar Türbinleri (1907) I. ENERJİ VE ULAŞIM I.1. Enerji Kaynağı Enerji kaynağı olarak kömür kullanımı 1890’larda Amerika Birleşik Devletlerinde kömür enerji kaynağı olarak odunun yerine geçmiştir. İlk kömür-ateş güç kaynağı 1882’de kurulmuş ve üreticide buhar elektriğe dönüşmektedir. 1884’de, Charles Parsons daha etkili olan yüksek hızlı buhar türbinlerini geliştirmiştir. 1920’lere kadar pülverize kömür etkinliği artmış ve yanma için gerekli hava azalmıştır. 1940’da siklon ocaklarda düşük kalitede kömürler kullanılmaktaydı ve daha az kül oluşmaktaydı. Son kimyasal teknolojiler güç üretimi için kömür kül (kömür madeni atıkları) yakımını geliştirmekte ve çevresel yükü azaltmaktadır. Charles Parsons Parson’ un Buhar Türbinleri (1907) Petrol arama ve üretimi 1901’de Teksas da geniş Spindletop yağ alan gelişimi ve 1951’de otomobillerin ortaya çıkması sonucunda yakıt kaynak ilkesine göre petrol, kömürü geçmiştir. Rafine ham yağ kimyasal teknolojisi değişik kimyasal fraksiyonların birbirinden ayrılması, basit atmosferik distilasyon ile başlayıp katalizör kullanımlı ısıl ayrılmayla vakum (düşük basınç) distilasyon ile geliştirilmiştir. Başlıca ham yağ iyileştirme işlemleri için kimya elmas sondaj parçaları, sondaj çamurları ve kimyasall ile buhar birleşimlerini kullanan killi yapraktaşından yağ ekstraksiyonunda en açık sistemdir. İkinci iyileştirme işlemi toprak içinde yüksek basınçlı pompalama gazı (karbon dioksit) ya da su solüsyonlarını içermektedir. Nükleer enerji İlk nükleer reaktör 1942’de askeri kullanım için geliştirilmiştir. 1951 yılında Başkan Eisenhower’ın Barış için Atom programı ile elektriksel enerji üretimi içeren nükleer teknoloji barışsever uygulamaları kullanılmıştır. Bu tarihten itibaren radyoaktif materyal üretiminde reaktörlerde yakıt olarak kullanımda, radyoaktif ayrışmadaki nötron akışını düzenleyen reaktör kontrol rotları, kullanılan yakıt rotların yeniden işlenmesi, atık yönetimi, çevresel koruma ve radyasyon patlaması zararlı etkilerini minimize etmek gibi konularda kimya entegral bir rol oynamaktadır. Alternatif enerji kaynakları Enerji üretimi için rüzgâr, hidroelektrik ve jeotermal gibi yeşil uygulamalar dünyadaki toplam enerji üretiminin yüzde birinden daha azdır, fakat ekonomik olmaları ve kullanılabilirlikleri açısından artan bir öneme sahiptirler. Kimya aracılığıyla, termal ve fotovoltaik enerjilerin ikisi için olan solar paneller, rüzgâr enerjileri için hafif karbon fiber pervaneler, hidroelektirik tesisleri için beton ve metal türbinler ve jeotermal kaynak donanımları için korozyon dirençli materyaller geliştirilmiştir.  

I. ENERJİ VE ULAŞIM I.2. Elektrik Enerji Depoları ve Taşınabilir Enerji Kaynakları Basit-kullanım bataryaları 1970’li yılların sonlarında Alessandro Volta tarafından elektrik enerji depoları geliştirilmiş ve kimya batarya enerjisindeki bir sonraki gelişmelere katkı sağlamıştır. 1890 karbon-çinko kuru hücre bataryaları Leclanché’nin daha erken ‘ıslak-hücre’ dizaynı üzerine geliştirilmiştir. 1949’da geleneksel bataryalar için yeni bir alkali tutkal ömrü uzatma işlemlerine ve minyatür hale getirilmelerine olanak sağlar. Bu alkali materyaller taşınır elektronik aletler ve kameralar gibi birçok alanda kolay bir şekilde kullanım alanı bulmaktadır. Daha sonra, yeni batarya modellerinde gümüş dioksit, civa oksit ya da lityum kullanılmaktadır. Karbon-civa kuru bataryalar Tekrar şarj edilebilen bataryalar 1859 kurşun-asit tekrar şarj edilebilir bataryalar elektrik üretmek için kullanılan kontrollü kimyasal reaksiyonların erken ticari örnekleridir. 1881 yılı üzerindeki gelişmeler ve sürekli olarak artıştan dolayı kurşun-asit bataryaları, otomobil ve kamyonlarda bataryaların dominant formu olmaya devam etmektedir. Nikel-kadmiyum tekrar şarj edilebilir bataryaları ilk 1899’da yapılmış ve ticari olarak rekabet etmek için çok pahalıdır. Modern gelişmeler lityum üzerine odaklanmıştır. 1980’lerde lityum metalinden yararlanma konusundaki başarısız girişimlerden sonra, lityum-iyon bataryaları cep telefonlarında ve dizüstü bilgisayarlarda bulduğu uygulamalarla günümüzde sıradan hale gelmiştir. Tekrar sarj edilebilen bataryalar

I.3. Yol ve Köprüler için Materyaller I. ENERJİ VE ULAŞIM I.3. Yol ve Köprüler için Materyaller Beton 1950’lerde A.B.D. eyaletler arası yapı projesi yollar ve köprüler için uzun ömürlü ve güçlü bir yapı düzenine bağlıdır. Portland cimentosu ilk 1824 yılında yapılmış ve 1877’de Frenchman Joseph Monier tarafından sağlamlaştırılmış beton olarak patent alınmıştır. Karmaşık kimyasal reaksiyonlara bağlı olarak çimento hamuru partiküller ve diğer destek materyalleri arasındaki boşlukları doldurarak yavaş-katılaşma gösterir. Dayanıklılığı ve gücü çimento üretim işlemlerinin dikkatli kontrolüne bağlıdır. Başlangıçta beton karışımına değişik kimyasalların eklenmesiyle kisalmasi azalmakta ve korozyon direnci gelişmektedir.   Asfalt Asfalt, maliyet ve dayanıklılık avantajları dolayısıyla popüler bir yol yapı materyalidir. Doğal asfalt 1595 yılında bulunmuş, kömür katranı ile bağlanmamakta ve 1902 yılına kadar kaldırım döşeme işlemlerinde kullanılmıştır. Zift, katı ve yarı-katı petrol rafineri işlem kalıntıları, kaldırım döşemeleri için doğal asfalt kolayca değiştirilmiştir. Son zamanlarda, sentetik polimerler performans ve dayanıklılığı geliştirmek için eklenmektedir. Superpave (Üstün Performanslı Asfalt Kaldırım Döşemeleri) üstün asfalt yapmak için geliştirilmiş, ağır yük ve ters hava koşullarına karşı koruma sağlayabilen son teknolojidir.   Metaller ve alaşımlar Çelik hafif yapısı, güçlü olması, dayanıklılığı, yapı ve inşa kolaylığı, düşük inşa maliyeti ve deprem gibi doğal afetlere karşı dirençli olması ile köprüler için özel yapılı materyal haline gelmiştir. Yeni yüksek performanslı, üstün güçlü ve korozyon dirençli çelikler 1990’larda tanıtılmıştır. Köprü yapılarındaki çeliği korumak için bir başka teknolojik işlem, 30 yıl koruyucu tabaka alüminyum ya da çinko temiz bir çelik yüzeye püskürtülerek gerçekleştirilen metalizasyondur. Bakım ve onarım teknikleri Yol altyapıları her çeşit hava koşulunda ve uzun zaman dilimlerinde önemli bir kötüleşme olmaksızın korunmalıdır. Yapı ve bakım materyallerindeki gelişmeler yolların tekrar yapılması süresince uzun aralıklara izin vermektedir. Beton, asfalt ve çelik için dolgu maddeleri yolun ömrünü uzatmak için önemlidir. Diğer kimyasal ve polimerik metaryeller asfalt yolların performansını arttırmak için bağlayıcı katkı maddeleri olarak işlev gösterirler.  

I.4. Petrokimyasal Yakıtlar I. ENERJİ VE ULAŞIM I.4. Petrokimyasal Yakıtlar Ham petrolden benzin üretimi Ham petrolden benzin kazanımı geliştirmede, arıtıcılar başlangıç olarak ısı ile büyük moleküllerinin ağır yağ fraksiyonlarını benzinde bulunan küçük fraksiyonlara parçalamakta termal parçalama (1913) olarak adlandırılan bir işlem kullanılmaktadır. Yüksek sıcaklık uygulaması süresince istenmeyen bazı yan ürünler de oluşmaktadır. Daha düşük sıcaklıklarda uygulanan vakum distilasyon işlemi 1928’lerde kullanılmıştır. Parçalama işlemi gerçekleşmesi için yüksek sıcaklık yerine inert bir katalizör (katalitik parçalayıcı) kullanılarak parçalama Eugene Houdry tarafından 1936’da geliştirilmiş, ticari olarak 1937’de tanıtılmış ve benzin arıtma işlemi kolayca değiştirilmiştir. Petrol rafineri Yakıt katkıları İlk otomotiv motorları düşük kaliteli benzin kullanıldığında ‘detonasyon yapmak’ taydı. 1921’de tetraetil kurşun motorları daha düzgün ve sessiz çalışır hale getirmek için benzine eklenmiştir. 1926’ya kadar oktan dereceleri benzin (basınç toleransı) kalitesini hesaplamak için tanıtılmıştır. Kurşun katkıların kullanımı çevresel kaygılardan dolayı 1970’li yıllarda durdurulmuştur. Günümüzde, oktan derecesini geliştirmek, benzin performansını arttırmak (metal deaktivatörler) ve motor sürtünmesini azaltmak ve motor ömrünü uzatmak (temizleyici maddeler) için az miktarda kimyasal (alkol, eter) eklenir. Bazı alanlarda yakıt donmayı önlemek için metanol eklenmesi gibi coğrafi kaygılardan dolayı sezonluk kimyasal katkılar kullanılmaktadır. Katalitik dönüştürücüler İki-aşamalı katalitik dönüştürücüler karbon monoksit ve hidrokarbon emisyonları kontrol etmek için 1975 yılında tanıtılmıştır. Daha sonra, üç aşamalı egzozdaki azot oksitleri temizlemek için eklenmiştir. Katalitik dönüştürücüler metal etrafında (genellikle platin katalizör) gerçekleşen bir seri kimyasal reaksiyon aracılığıyla işlev gösterirler. Azot oksit, azot ve oksijene, karbon monoksit karbondioksite ve yanmayan hidrokarbonlar su ve karbon dioksite dönüşmektedir. Uc basamakli Katalitik Donusturuculer

Polipropilen fiberler I. ENERJİ VE ULAŞIM I.5. Motorlu araçlar Dizayn, konfor ve güvenlik için gelişmiş malzemeler 21. yüzyılın araçları yolcular için dizayn, konfor ve güvenlik konularında öncekilere çok az benzerlik göstermektedir. Yüksek-şiddetli deşarj farlar gece vakti maksimum aydınlatma olanağı sunar. Korozyon özel kaplama maddeleri ve malzemelerle etkili bir şekilde azalmaktadır. Kimyasal soğutucular kapalı ortamda dolaşmaktadır. Araç güvenlik camları 1914 yılında tanıtılmıştır. Günümüzde, ağırlık ve dış sesleri azaltmak ve görünür ve ultraviyole ışınlardan korunmak için camlar özel polimerle kaplanmıştır. Güvenlikteki yenilikler emniyet kemerlerinde (1960’larda gerek duyulan) ve hava yastıklarında (1996’larda gerek duyulan) polimer fiber içerir.   Plastik bileşenler Araç ağırlıkları metalden plastiğe geçişle azalmakta ve yeni yüksek performanslı malzemeler kimyasal başarılar aracılığıyla mümkün hale geldiği tanımlanmaktadır. II. Dünya Savaşı sonrasında, otomobil sanayisi sentetik petrol-bazlı polimerler dayanıklılık, sertlik ve hava dirençlerinden dolayı değişmez yapısal bileşimleri için kullanılmaya başlanmıştır. 1920 yılındaki enerji krizinden sonra, yakıt verimliliğini arttırmak için metaller için düşük ağırlıklı alternatifler düşünülmekteydi. Dizayn uygulamaları; enjeksiyon kalıplamayla karmaşık gövde yapısı üretimli, termoplastik tamponlar, solmaz ve UV-dayanıklı polipropilen fiberleri ve özel boyaları, kaplamaları ve yapışkanları içerir. Polipropilen fiberler Tekerlek teknolojisi Doğal kauçuk ürünler 1800’lü yılların ilk zamanlarında ortaya çıkmıştır, fakat sıcak ya da soğuk havalarda yumuşaklık ve kırılganlıklarından dolayı kullanışsızlardır. Bir Amerikan mucidi olan Charles Goodyear 1839’da doğal kauçuk için sertleşme işlemini geliştirmiştir. Bu basit işlem kimyasal katalizörler ve stabilizörler eklenerek hala kullanılmaktadır. 1945 yılından sonra, sentetik kauçuk ticari olarak üretilmiştir. Tekerlek talebinin artması ile katı kauçuk tekerleklerle iç tüplerin yer değiştirmesi, güç için doğal ve sentetik şerit yapımı ile güçlendirilmesi, aşınmaları azaltmak için malzeme eklenmesi ve iç lastiksiz tekerlek üretim başlangıcını içeren diğer gelişmeler tanıtılmıştır.

I. ENERJİ VE ULAŞIM I.6. Aeronautics Sıcak-hava balonları 1783’ten, açık ateşten çıkan sıcak hava ile yükselen balon ile uçan ilk insandan beri sıcak hava balonlarındaki gelişmeler ilerlemiştir. Sıcak hava, kontrolü daha kolay olan hidrojen ile çok hızlı bir şekilde yer değiştirebilmektedir. Amerika Birleşik Devletleri’nde 5000’den fazla sıcak hava balon pilotu ile sıcak hava balonu popüler bir spor haline gelmiştir. Kimya sabit, ucuz ve ısı dirençli naylon yapımını sağlamakta ve sıvı propan teknolojisi itici güç için kullanılmaktadır. Helyum Kötü şöhretli Hindenburg (1937) gibi değişmez yapıya sahip hidrojen dolgulu balonlar olmasına rağmen, hidrojenin yanabilir olması bir güvenlik sorunu göstermektedir. 1905’de iki kimyager doğal helyumu Kansas’ta bulmuşlardır ve bu az bulunan element verimli hale gelmiştir. I. Dünya Savaşı süresince, kimyasal teknoloji büyük miktarlarda helyumu ekstrakte etmiş, depolamış ve sevk etmiş ve II. Dünya Savaşında, askeri birliklere eşlik etmiş ve denizaltı çevrelerinde gemilere tedarikçi olarak helyumlu küçük balonlar kullanılmıştır. 1950’li yıllarda, helyum roket yapımı süresince atmosfer kaynağı olarak ve makinelere roket yakıt girişi sağlayan püskürtücü olarak kullanılmıştır.   Hindenburg afeti (1937) Roket yakıtları Test roketlerinin ilk olarak 1920’li yıllarda ortaya çıkmasından, 1950’li yıllarda uydu iletişimlerine, 1980’lerde tekrar kullanılabilir Uzay Mekiklerine, insanların uzaya açılımı ile ilgili şaşırtıcı mühendislik başarısına uzanmaktadır. Başarılı bir uzay yolculuğu roketlerin dünya yer çekiminin üstesinden gelmesi bu çekime karşı oluşturduğu yüksek hıza sahip olmasına bağlıdır. Sıvı yakıt ve sıvı oksijen oksidanı kullanan ilk roket 1926 yılında ortaya çıkmıştır. Sonrasında, değişik yakıtlar ve oksidanlar katı ya da sıvı formda kullanılmıştır. Uzay Mekikleri yakıt olarak sıvı hidrojen kullanır, fakat ateşleme araçları katı alüminyum yakıt ve oksidan/bağlayıcı olarak amonyum perklorat kullanır. Uçaklar ve roketler için yapı malzemeleri Uçakların dizaynı tasarlanan malzemeleri geliştirmek için tahta ve inşa malzemeleriyle geliştirildiği gibi, kimyasal teknoloji dizayn gereksinimlerini karşılamak için gerekli malzemeleri sağlar. Alüminyum ve titanyum kullanılan metal alaşımları uçaklar için dayanıklılık, düşük ağırlık, yüksek sıcaklık direnci ve korozyon direnci sağlamak amacıyla geliştirilmiştir. Roketler çalıştıkları ağır koşullardan dolayı özel malzemelere gereksinim duymaktadır. Bir örneği, uzay aracı (1980’lerde) yüksek sıcaklıklarda yeniden girişten koruyan stratejik konumlu özel taştır. Egzotik zirkonyum bileşenli malzeme denendikten sonra, son taş dizaynı silika fiberler yaygın olarak kullanılan kumlardan türetilmiştir.