21. Yüzyılın Eşiğinde Kimya Mühendisliğinde Beklenen Gelişmeler 

Prof. Dr. Zeynep lisen Önsan

Giriş 

Dünyamızın çok hızlı bir değişim süre­cine girdiği ve toplumlann bu değişimin dışın­da kalamayacağı artık bilinmektedir. Bu hızlı değişimi 17. yüzyılın Sanayi Devrimi'nin ilk dönemlerine benzetmek mümkün olmakla birlikte, çağımızın yeni bilimsel altyapısının ve temel teknolojilerinin çok farklı olduğu açıktır. Sanayi Devrimi'nin tümüyle mekanik olan tek­nolojisi, aynı yüzyılda geliştirilen Newton fizi­ğine dayanmaktaydı. Bilgi çağının temelini oluşturan teknolojiler ise 20. yüzyılda kaydedi­len önemli ve çeşitli bilimsel gelişmeler sonu­cunda ortaya çıkmıştır. Bunların arasında, mo­dern nükleer fiziğin temeli olan Einstein fiziği, bilgisayar teknolojisine zemin hazırlayan von Neumann matematiği ile Watson ve Crick'in yeni biyoteknolojinin temelini oluşturan DNA araştırmaları öncelikle yer almaktadır Günü­müzün ileri teknolojileri dendiğinde akla bilgi­sayarlar, iletişim, robotik, malzeme bilimi, bi-yoteknoloji, lazerler ve enerji gelmektedir. He­ri teknolojilerin zaman ve süre kavramlarını değiştirmesi, bunun sonucu olarak da üretimin ve üretkenliğin artması beklenmektedir. 

İleri Teknolojiler 

Yeni teknolojilerin merkezinde bulunan bilgisayar teknolojisinin maliyetinin 1950'ler-den bu yana büyük bir hızla (yaklaşık 10' kat) düşmesi, 1970'lerin sonunda mikrobilgisayar­ların piyasaya çıkması, izleyen yıllarda dona­nım gücünün ve hızının artması ve bilgisayar yazılımının sürekli geliştirilerek çeşitlendiril­mesi sonucunda bilgisayar kullanımı her alana girmiştir. Bilgisayar teknolojisindeki gelişme­lerden en çok yararlanan alanlar arasında uy­gulamalı bilimler ve mühendislik dallarını say­mak mümkündür. Bu dallarda bilgi üretilmesi ve yeni teknoloji geliştirilmesi adeta yeni bir boyut kazanmıştır. Bu bağlamda, bilgisayar teknolojisi beyin gücünün arttırılması, iletişim teknolojisi beyin gücünün yaygınlaştırılması, robotik ise bu gücün uygulanması olarak nite­lendirilmiştir. Yapay zeka ve uzman sistemle­rin tüm ileri teknoloji alanlarına katkısı ile kısa bir süre önce düşünülmesi bile güç olan uygu­lamalar hayata geçirilmiştir. Yeni iletişim tek­nolojileri fiberoptik, iletişim uyduları, uzun mesafeli mikrodalga sistemleri, mobil telefon­lar ve görüntülü iletişim sistemlerini kapsa­makta olup daha önce yalnız ses ile yapılabi­len canlı iletişim kavramını da değiştirmiştir. Bilgisayar teknolojisine dayalı endüstriyel oto­masyonun ise, üretim kapasitelerini, kalite an­layışını ve ekonomik dengeleri etkilemesi ka­çınılmazdır. 

İleri teknolojiler arasında, üretkenliğin arttınlması ve yaşam kalitesinin iyileştirilmesi bakımından en ümit verici olanlardan biri bi-yoteknolojidir. 1980'lerin başında tanımlanan "yeni" biyoteknoloji, geleneksel anlamda bir sanayi dalı olmaktan çok sanayi tarafından kullanılacak birçok teknolojinin toplamı ola­rak anlaşılmaktadır. Bu teknolojiler arasında, rekombinant DNA teknolojisi olarak bilinen genetik mühendisliği, hücre teknolojisi, enzim teknolojisi, mikrobiyal teknoloji ve biyoproses mühendisliği bulunmaktadır. Biyoteknoloji uygulamalarının tarım, sağlık, özel kimyasallar ve ileri malzemeler gibi üretim alanlarında yo­ğunlaşması ve sağlanan gelişmelerin çevre ile ilgili hizmet alanlarına da yansıması beklen­mektedir/)

Diğer yandan, endüstriyel alanda üret­kenliğin arttırılması için gerekli ileri teknoloji­lerin en önemlileri arasında malzeme bilimi yer almaktadır. Araştırmacıların maddeyi mo-leküler düzeyde değiştirme becerisi geliştikçe, seramikten başlayıp polimerik ve/veya kom-pozit malzemelere kadar uzanan, üstün özel­liklere sahip çeşitli yeni ürünlerin elde edilme­si mümkün olmaktadır. Uzay teknolojisinin ge­rektirdiği özel malzemelerin hemen tümü gün­lük yaşamımızda da çeşitli amaçlarla kullanıma girmiştir. Ayrıca, 21. yüzyılın tükenmeyen, u-cuz, temiz ve güvenli enerji gereksinimini kar­şılamak amacıyla yapılan araştırmalar, enerji kaybı olmaksızın elektrik akımını taşıyabilen süperiletken malzemeleri de kapsamaktadır. 

Kimya Mühendisliği 

Son on yıla bakıldığında,  güncel ya da modem kimya mühendisliğinin, bilgisayar tek­nolojisinin yanısıra, gittikçe artan bir oranda diğer fiziksel ve biyolojik bilimler ile örtüştüğü açıkça görülmektedir. Yeni biyoteknolojinin büyük çapta uygulanması ve birçok ileri mal­zeme üretim süreçleri, 20. yüzyılın ikinci yan­sında geliştirilen kimya mühendisliği metodo­lojisi ve uygulamaları ile çok yakından ilişkili­dir. Aslında, birçok bilim dalının sınırlarının belirsizleştiği ve bazı geleneksel sınıflandırma ve ayırımlann çeşitli kurumlarda idari açıdan kolaylık sağlamaktan başka bir yarar sağlama­dığı bir dönemde bulunuyoruz. Yeni bir yüzyı­la hazırlanırken, geleceğin mühendislerini ye­tiştirmekle yükümlü olan kimya mühendisliği bölümlerini iki zorlu mücadele beklemektedir. birincisi, öğrencilere bilimde ve yeni tek­noloji  üretiminde yaşanan müthiş yarışta geri  kalmamaları ve üretilen teknolojileri toplumun kullanımına sunabilmeleri için gerekli bilimsel altyapının verilmesi, ikincisi ise, kimya mühendisliğinin yalnızca "uygulamalı bilim" tanımıyla sınırlandırılarak diğer dallardan ve toplumun beklentilerinden soyutlanamayacağının anlatılması. Baş döndürücü bir hızla değişen ve ilerleyen teknolojilerin verdiği karmaşık gö­rüntü içerisinde, tüm uygulamalı bilimlerin toplumun daha iyi bir yaşam özlemine ve bek­lentilerine cevap niteliğinde olduğu, bu ne­denle uygulamalı bilimlerin temel bilimlerdeki gelişmelerin bir sonucu olduğu kadar temel araştırmaları yönlendirdiği de gözden kaçırıl­mamalıdır. 

Toplumların daha iyi, daha rahat ve da­ha sağlıklı bir yaşam için duydukları istek kim­ya mühendisliğinin gelişmesindeki itici gücü oluşturmaktadır. Gelişmiş ülkelerde sürekli olarak yeni teknolojilerin üretilmesini ve kim­ya mühendisliğinin en önde gelen dallardan biri olmasını sağlayan da budur. Bu istek yal­nız maddeci değil, aynı zamanda çok insanca bir yaklaşımı yansıtmaktadır: mesela, sağlık için ilaç ve tıbbi malzemeler, güzellik ve/veya sağlık için kozmetikler, bebeklerin rahatını sağlamak veya çöllerdeki ağaçların köklerini nemlendirmek için su emici jeller, aç bir dün­yayı doyurabilmek için tarım kimyasalları, gen mühendisliği teknikleri ile değişitirilmiş hücre­ler aracılığıyla daha çok miktarda üretilebilen gıdalar, eski tabloları ve arkeolojik eserleri res­tore etmek için özel boya ve yapıştırıcılar ve daha birçok ürün...

Yukarıda sıralanan ürünlerin tasanmı, geliştirilmesi ve toplumun kullanımına sunula­cak miktarlarda üretimi kimya mühendisliğinin temel işlevleri arasında bulunmaktadır. Bu ne­denle, kimya mühendisleri her zaman yeni kavramlar, yeni süreçler, yeni teknolojiler ve sistemler yaratmak ve/veya mevcut olanları geliştirerek iyileştirmek durumundadırlar. Tü­müyle yeni olan buluşlara ve gelişmelere sık­lıkla rastlamak mümkün olmamakla birlikte, her iki faaliyetin de evrimsel nitelikte olduğu­na ve hızlarının "evrimsel dinamik" çerçeve­sinde tanımlanabileceğine işaret edilmektedir. 

Kuramsal açıdan son derece karmaşık birçok ayrıntıyı içeren evrim dinamiğinin anla­şılabilmesi, yeni geliştirilen bazı kavramlar ve-yöntemler sayesinde olmuştur. Bunlara örnek olarak biyolojik modellerin yanısıra biyolojik olmayan modeller de gösterilebilir. Mesela, bi­yolojik modellerde yer alan birçok kimyasal ve fizyolojik ayrıntıya rağmen, modern biyotek­nolojinin temelini enformasyon kuramının oluşturduğu, biyolojik sistemlere özgü karma­şıklığın evrim dinamiğinden kaynaklandığı ve söz konusu amaç fonksiyonunun DNA zinciri­nin taşıdığı enformasyonun korunması olduğu ileri sürülmektedir/⁷' Ayrıca, biyologların uğ­raşmak zonında kaldığı karmaşık sistemlerin tanımlanabilmesi için mühendislerin kull­andığı sistem analizini basit gösterecek kar­maşıklıkta bazı hiyerarşik modellerin geliştiril­mesi gerekmektedir. Basit mikroorganizmala­ra! ve hücrelerin dahi, yaşamsal faaliyetleri için gerekli kütle aktarım süreçleri ve denetim stra­tejileri bakımından büyük kimyasal fabrikalar­dan daha karmaşık sistemler niteliğinde oldu­ğu vurgulanarak, bu konulann kantitatif ve sis­tematik olarak incelenmesinin moleküler biyo­loji veya biyokimyadan ziyade kimya mühen­disliği kapsamında gerçekleşeceği belirtilmek­tedir. Biyolojik olmayan modellerin oluşturulmasında ise, doğrusal olmayan dinamiğin ve kaos kuramının kullanıldığı çalışmalar mevcut­tur. Biyolojik olmayan evrim süreçlerinin biyolojik evrimin temel niteliklerini paylaştığını da gösteren bu öneriler, gelecek vadeden, il­ginç ancak henüz ispatlanmamış hipotezlerdir. Bu nedenle, halen basit mikroorganizmalar­dan başlayıp ekosistemlere kadar uzanan çe­şitli düzeylerde yapılmış çalışmalardan yararla­nan ampirik yaklaşımlar kullanılmaktadır. 

21. yüzyılın sanayi kuruluşlarının aradı­ğı kimya mühendisleri, hızlı bir gelişme süre­cinde olan yeni teknolojileri izleyebilen, en uygun kimya mühendisliği denklemini türetip belirli bir problemin sayısal çözümünü en uy­gun bilgisayar yazılımını kullanarak buluveren, ancak çalışmalarının çevre üzerindeki olumlu ve olumsuz etkilerim de değerlendirebilen mühendisler olmak zorundadır/⁹' Ayrıca, evrimsel dinamiğin kimya mühendisliği sis­temlerinin temel niteliklerinden biri olduğu kabul edilirse, geleceğin mühendislerinin ana­lizden ziyade sentez yeteneklerinin geliştiril­mesi gerekecektir/"» Belirli bilim dallarının sı­nırlan olarak düşünülen alanlardaki örtüşme-lerin ekip çalışmasını kolaylaştırdığı, çeşitlili­ğin ise üretkenliği ve yaratıcılığı arttırdığı göz-önüne alınarak çalışma ortamlarının yeniden düzenlenmesi uygun olacaktır.