Teknolojik Gelişimde Metal Vurgunu

Saflaştırıldığında, cilâlandığında ve kırıldığında parlak görünüm sergileyen, elektriği ve ısıyı iletebilen malzemelere genel olarak metal adı verilir. Metaller genel olarak çekilebilir ve dövülebilir özellik sergilerler. Metal doğada tek bir yapı ve formda bulunsa da farklı bilim dalları metali farklı şekillerde tanımlamışlardır.

Fizikte, mutlak sıfır noktasında elektriği iletebilen herhangi bir materyal metal olarak kabûl edilirken, kimyâda fiziktekinin aksine iki element dışındaki diğer elementler metal olarak kabûl edilir. Metal tanımı astrofizikte ise daha geniş anlamda olup, helyumdan daha ağır olan tüm maddeler metal olarak kabûl edilir. Bu köşemizde kimyâsal açıdan metaller ele alınacak olup, söz konusu bu metallerin teknolojideki kullanım alanları anlatılacaktır. 

1869 yılında Mendeleyev'in kimyâsal elementleri sergilediği, Şekil 1’de gösterilen periyodik cetveldeki elementlerin çoğu metaldir.

Şekil 1. Periyodik tablo ve elementlerin kullanım alanları.

İnsanoğlunun ilk tanıştığı metalin altın olduğu kabûl edilmektedir. Bakır (Cu) metali ile M.Ö. 9. yy’da Aşıklı ve Çayönü’nde bulunan çanak ve neolitik kalıntılar bunların en önemli kanıtları olarak kabûl edilmektedir. Bakır metalinin kullanılmasından sonra M.Ö. 3. yy’da demir örnekleri keşfedilmiş olsa da demirin kullanımı M.Ö. 1. yy'a dayanmaktadır. Târih boyunca birçok metal keşfedilmiş olup, kendine has özelliklerinden dolayı farklı alanlarda kullanılmıştır. Günümüzde saf metal olarak kabûl edilen 77 adet element vardır. Târih boyunca en çok bilinen metaller altın, demir, bakır, kurşun ve gümüştür. Metaller, yerküredeki bulunma yüzdeleri, üretim yöntemleri ve miktarları, canlı yaşamında aldıkları rollere göre birçok sınıflandırmaya göre ayrılabilmektedir. Bu sınıflandırmada metaller, ağır metaller, kıymetli metaller, eser metaller, nâdir ve minör metaller olarak ayrılmaktadır. Söz konusu bu ayrıma günümüz yüzyılında yeni bir sınıflandırma alanı daha eklenmiştir. Yeni sınıflandırmanın adı yüksek teknoloji metalleri (YTM)'dir, bunlar kendilerine has olağanüstü özellikleri sergileyen sınıf olarak bilinir. Bu sınıfta yer alan metaller ileri teknoloji ürünlerin ve mühendislik sistemlerinin vazgeçilmez bileşeni olarak rol oynar. Bu derece önemli bir role sâhip olan bu metaller, ürünlerde de çok az kullanılarak, teknolojik ürünlerin istenilen fonksiyonu kazanmasını sağlar. Yaklaşık son 30 yıldır teknolojide yaşanan gelişmeler, iyileştirmeler ve yenilikler, yüksek teknoloji metalleri sâyesindedir. Bunlara düz ekran TV’ler, cep telefonları, temiz enerji teknolojileri, elektronik âletler örnek verilebilir. Yaşanan bu gelişmeler, yapılan araştırmalar ve öngörüler nedeniyle söz konusu bu metallere talep hızlı bir şekilde artmaktadır. Doğada kısıtlı bulunmasından ve/veya saflaştırılması/rafine edilmesi zor olmasından dolayı yüksek teknoloji metallerinin bazıları hatta birçoğu oldukça kısıtlı olarak bulunmaktadır.

Yüksek teknolojik cihazların ve mühendislik sistemlerinin üretiminde kullanılan bu metaller, geniş bir uygulama alanına sâhiptir ve birçoğu baz metal üretiminde yan ürün olarak elde edilir. Yüksek teknolojik metaller aşağıda verilen teknolojik üretimde adından söz ettirmektedir:

• Küçük elektroniklerin ve cihazların üretiminde,
• Savunmaya yönelik gelişmiş silah sistemlerinin üretiminde,
• Elektrik enerjisi elde edebilmek için yenilenebilir enerji kaynaklarında,
• Pil teknolojisinde. 

Yukarıda verilen kullanım alanlarına ek bilgi olarak yüksek teknoloji metallerinin sektörde yaklaşık %25’inin enerji üretimininde kullanıldığı rapor edilmektedir. Bazı YTM’ler ve bunların kullanım alanları Çizelge 1’de verildi. 

Çizelge 1: Kullanım alanlarına göre yüksek teknoloji metalleri (YTM)

Kullanım Alanı

YTM

İletkenler

Galyum (Ga), Germanyum (Ge), Hafniyum (Hf)

Optik Teknolojisi

Germanyum (Ge)

Katalizör

Gümüş (Ag), Kobalt (Co), Nadir Toprak Elementleri (NTE’ler), Platin Grup Metalleri (PGM’ler), Renyum (Re)

Güneş Pilleri

Tellür (Te), Kadmiyum (Cd), Selenyum (Se)

Elektronik

Gümüş (Ag), Tantal (Ta)

Alaşımlar

Lityum (Li), NTE, Renyum (Re), Selenyum (Se), Tantal (Ta)

LCD Ekranlar

İndiyum (In), Galyum (Ga)

Seramikler

Hafniyum (Hf)

Çizelge 1’de metal dışında grup olarak nadir toprak elementleri (NTE) ve platin grubu metaller (PGM) de verildi. Nadir toprak elementlerinin 15 lantanit elementini içeren 17 elementten olduştuğu bilinir. Söz konusu bu elementler seryum, disprosiyum, erbiyum, öropiyum, gadolinyum, holmiyum, lantan, lutesyum, neodimyum, praseodimyum, prometyum, samaryum, terbiyum, tülyum, iterbiyum, itriyum ve skandiyumdur. Bu elementler nâdir olarak bilinse de aslında toprakta bol miktarda bulunmaktadır. Fakat bu elementlerin ekonomik olarak çıkarılabileceği elverişli ve yeterli cevherler bulunamamaktadır. Bu sebepten dolayı bu elementler nâdir toprak elementi olarak adlandırılmıştır. Çizelge 1’de verilmiş olan diğer grup metaller platin grubu metaller olup, platinoidler, platinidler, platidiler, platin ailesi olarak da adlandırılmaktadır. Platin grubu metalleri rutenyum (Ru), rodyum (Rh), paladyum (Pd), osmiyum (Os), iridyum (Ir) ve platin (Pt)'dir. Sözü edilen bu metaller benzer fiziksel ve kimyâsal özellikler sergilemekle birlikte aynı maden yataklarında da bir arada bulunma eğilimindedirler. Diğer yüksek teknoloji metallerinin sözü edilen bu gruplardan dikkat çekici farkı, iyi tanımlanmış bir listesinin olmayışıdır. Çizelge 2’de gösterilen yeni ve gelişen teknolojiler kapsamında, YTM’ler innovasyonu tetikleyen unsurlar olması açısından da önem arz etmektedir.

Çizelge 2: Yeni ve gelişen teknolojiler ve bu alanda kullanılan bazı metal örnekleri

Teknoloji

Metal

Otomobil İmalatı

Aluminyum (Al), Titanyum (Ti)

Uzay ve Ulaştırma Teknolojisi

Platin (Pt), Bakır (Cu), Disprozyum (Dy)

Bilgi ve İletişim Teknolojisi

Çinko (Zn), Altın (Au), Vanadyum (V)

Optik Teknoloji

Galyum (Ga), İndiyum (In)

Mikro Teknoloji

Tantal (Ta), Paladyum (Pd)

Kimyâ, Proses ve Üretim Teknolojisi

Kobalt (Co), Demir (Fe), İtriyum (Y)

Medikal Mühendislik

Molibden (Mo), Krom (Cr), Gadolinyum (Gd)

Enerji, Elektrik ve İtici Teknolojisi

Zirkonyum (Zr), Skandiyum (Sc), Niyobyum (Nb)

Malzeme Teknolojisi

Nikel (Ni), Kurşun (Pb), Lantan (La)

Çevre Teknolojisi

Erbiyum (Er), İterbiyum (Yb)

Kendini geliştirmek isteyen ve aynı zamanda da teknoloji geliştirmek isteyen ülkeler için yüksek teknoloji metalleri oldukça önemlidir. Hangi sınıf teknolojide olursa olsun teknoloji yarışında geri kalmamak için ülkeler bu alana hem maddî hem de insânî yatırım yapmak zorundadır. Yâni bölüm başlığında geçen “Metal Vurgunu” ifâdesinin yersiz olmadığı, hem günümüz gelişen teknolojisine hem de teknolojik hedeflere bakılarak anlaşılabilir. Dünya üzerinde ise ben de bu yarışın içinde varım diyen tüm ülkelerin, yüksek teknoloji metallerine erişimi garanti altına almak için bir takım teşebbüsleri vardır ve bu sürekli bir şekilde de artacaktır. YTM’lerin kesin bir listesi yoktur ve Avrupa Birliği 3 yılda bir bu listeyi güncellemektedir. Avrupa Birliği açısından önemli olan materyal listesi Çizelge 3’de sunuldu. 

Çizelge 3: Avrupa Birliği tarafından yayınlanmış kritik ham materyal listesi

Aluminyum

Hafniyum

Seryum

İridyum

Antimon

Helyum

Lantan

Platin

Arsenik

Disprosiyum

Noedim

Fosfat Kayası

Barit

Erbiyum

Praseodim

Bakır

Berilyum

Öropiyum

Samaryum

Fosfor

Bizmut

Gadolinyum

Magnezyum

Skandiyum

Bor

Holmiyum

Mangan

Silisyum

Kobalt

Lutesyum

Doğal Grafit

Stronsiyum

Metalürjik Kömür

Terbiyum

Niyobyum

Tantal

Feldspat

Tülyum

Rutenyum

Titanyum

Florit

İterbiyum

Rodyum

Tungsten

Galyum

İtriyum

Paladyum

Vanadyum

Germanyum

Lityum

Osmiyum

Nikel

Çizelge 3’de gösterilen kritik materyallerin ana tedarikçileri Avustralya, Çin, Amerika Birleşik Devletleri (USA), Türkiye, Demokratik Kongo Cumhuriyeti (DRC), Şili, Fransa, Güney Afrika, Brezilya, Rusya ve İran'dır. Çizelge 3’de sunulan 51 adet kritik metalden 10 tanesinde tek bir ana hammadde tedarikçisi bulunmaktadır ve bu ülkenin Çin olduğu raporlanmıştır. Yukarıda verilen ülkelerin sâhip oldukları kritik materyal sayısı Çizelge 4’de gösterildi.

Çizelge 4: Avrupa Birliği tarafından 2023 yılında yayınlanan rapora göre ana tedarikçilerine göre materyal sayıları

Ülke

Materyal Sayısı

Ülke

Materyal Sayısı

Türkiye

2

Fransa

1

Avustralya

1

Güney Afrika

5

Çin

34

Brezilya

1

USA

2

Rusya

1

DRC

2

İran

1

Şili

1

Çizelge 4’e bakıldığında ve ilgili rapora göre ülkemiz sâdece bor ve feldspat minerallerinde ana tedarikçidir. Bu konuda en büyük güce sâhip ülke Çin olarak gözükmektedir ve 34 tane elementin ana tedarikçisidir. Disporsiyum, erbiyum, europiyum, gadolinyum, holmiyum, lutesyum, terbiyum, tülyum, iterbiyum ve itriyum metallerinde Çin %100 oranında tedarikçidir.

Yüksek teknoloji metallerinin en önemli özelliği kıt bulunmaları ve kesin bir listelerinin olmayışıdır. Kıt metal olarak nitelendirilmesinin temel sebebi ise arz ve talep arasında kabûl edilebilir ve karşılanabilir bir oranın olmayışıdır. Buna sebep olarak sadece jeokimyasal ölçütler değil aynı zamanda ekonomik, teknolojik, sosyal ve jeopolitik faktörler de gösterilebilir. 

YTM’ler genellikle ana metal kaynaklarıyla ilişkili olup, daha önce de ifâde edildiği gibi yan ürün olarak elde edilmektedir. Dolayısıyla söz konusu YTM’lerin eldesi, ana metallerin eldesine de dolaylı olarak bağlıdır. YTM’ler metal cevherlerinde genellikle milyonda bir (ppm) seviyesinde bulunmaktadır. Daha somut bir şekilde ifâde edilecekse 1 milyon mercimek tanesinden sadece 1 tanesinin YTM olduğu düşünülebilir. Ekonomik olarak bakıldığında ana metalin eldesinden sonra elde edilen ve ikincil ürün olarak toplanan YTM’ler ciddî bir gelir kaynağıdır. Fakat bu durumu da bu şekliyle kabullenmemek gerektiğini hatırlatmak isterim. Sonuç olarak YTM’ler ana metalin safsızlıkları olup, bu safsızlıkları ana metalden gidermek için ciddî ekonomik harcamalar yapılmaktadır. Bu duruma örnek olarak Renyum verilebilir. Renyum yan ürün olarak bilinen bir metaldir ve molibden üretiminde yan üründür. Molibden de bakırın yan ürünü olarak bilinmektedir. Metallerin birbirleri ile olan bağlantıları Şekil 2’de gösterildi.

Şekil 2: Metal tekerleği.

Şekil 2'deki metal tekerleği metallerin birbirleri ile olan bağlantılarını ve ilişkilerini göstermektedir. En içteki halka ana metalleri temsil etmektedir. İlgili maden cevherinde en yoğun bulunan metali resmetmektedir. En içteki halka dışındaki diğer halkalar yan ürün olarak bilinse de ikinci halkadaki metaller, birinci halkadaki metallerin yan ürünü olarak bilinmektedir. 3. halkadaki metaller ise minör metaller olarak tanımlanmış olup, bunların elde edilebilmesi için her türlü altyapıya ve ekonomik güce ihtiyâcınız vardır. Bu halkadaki metallerin birçoğu YTM’ler olarak bilinmektedir. En dışta sunulan halkada da metaller olup, bu halka atık olarak bilinir. 

Sonuç olarak günümüzde teknoloji geliştiren ve teknolojiyi kullanan ülkeler sınıflandırması vardır. Ülkemiz önceden sadece teknoloji kullanan ülke olarak tanımlanırken artık günümüzde kendi teknolojilerimizi ürettiğimiz, kullandığımız ve pazarladığımız bir konuma gelmiştir. Ülkemizin daha da ilerlemesi için, daha farklı teknolojiler geliştirerek kendi ürünlerimizi kullanabilmemiz için her Türkiye vatandaşının el ele verip aynı bilinçle hareket etmesi gerekmektedir. Özellikle teknolojik inovasyonda ülkemizin değerli akademisyenlerine ihtiyacı vardır. Lâkin tüm yükü de akademisyene yüklememek gerekir. Akademik açıdan bakıldığında YTM’lerin elde edilmesi, YTM’lerin kullanılarak teknolojik gelişmelerin ortaya konabilmesi için mutlaka multidisipliner çalışmaların planlanması gerekmektedir. Öyle ki bu multidisipliner çalışmalara sanayi firmalarının ve endüstri devlerinin de ortak olması gerekir. Neden multidisipliner çalışmaya ihtiyaç duyulduğunu şu şekilde anlatacağım. Günümüzde 1 kilogram (kg) boraks 75.90 TL ye satılmaktadır. Amerika Birleşik Devletleri'nde bulunan BNNano isimli firma bor nitrür ürünleri üretmekte olup bu işlemde kullandığı bor madeninin bir kısmını ülkemizden aldığı kendilerinin sunmuş olduğu raporlarda açık bir şekilde görülmektedir. Ürettikleri BN nanotozunun 1 gramını (g) 125 USD’ye yâni günümüz şartlarına göre yaklaşık 3,830.00 TL'ye satmaktadır. Multidisipliner çalışmalara, üniversite–sanayi işbirliğine neden ihtiyacımızın olduğu net bir şekilde görülmektedir. Son olarak, yüksek teknolojik yeni ürünler ve mevcut ürünlerde iyileştirmeler için yüksek teknolojik metallere ve bu konuda ciddî Ar-Ge ve Ür-Ge çalışmalarına ve akabinde de üniversite–sanayi işbirliğine ihtiyacımız vardır. Sözlerimi, sözlerin en güzelini söyleyen Rabbimizin bizlere yardımcı olmasını dileyerek tamamlıyorum.

Kaynaklar
https://www.researchgate.net/profile/Nuray-Karapinar/publication/332605741_ Yuksek_Teknoloji_Metalleri/links/5cc0129492851c8d220070ec/Yueksek-Teknoloji-Metalleri.pdf
Baykan, D. (2016). Antik Metalurji Uygulamaları. MT Bilimsel, (9), 61-67.
Graedel, T. E. (2011). On the future availability of the energy metals. Annual Review of Materials Research, 41, 323-335.
https://www.mdpi.com/journal/crystals/special_issues/high_tech_metals
https://www.cummins.com/news/2021/04/19/what-are-tech-metals-and-rare-earth-elements-and-how-are-they-used
https://www.techmetalsresearch.net/what-are-technology-metals/
https://www.ga.gov.au/data-pubs/data-and-publications-search/publications/critical-commodities-for-a-high-tech-world/metals-and-minerals
Zuo, L., Wang, C., Corder, G. D., & Sun, Q. (2019). Future trends and strategies of recycling high-tech metals from urban mines in China: 2015–2050. Resources, Conservation and Recycling, 149, 261-274.
Melcher, F. (2014). Kritische Hochtechnologiemetalle-Verfügbarkeit in der EU mit Fokus auf Österreich. Berg-und hüttenmännische Monatshefte: BHM, 159, 406-410.
https://op.europa.eu/en/publication-detail/-/publication/57318397-fdd4-11ed-a05c-01aa75ed71a1
https://www.bnnano.com/powders
https://www.hepsiburada.com/eti-maden-saf-boraks-1-kg-pm-HB00000OM82R
Verhoef, E. V., Dijkema, G. P., & Reuter, M. A. (2004). Process knowledge, system dynamics, and metal ecology. Journal of Industrial Ecology, 8(1‐2), 23-43.
https://www.srilankabusiness.com/light-engineering/the-foundry-industry.html
https://en.wikipedia.org/wiki/Platinum_group
https://www.isi.fraunhofer.de/content/dam/isi/dokumente/ccn/2016/Zukunftstechnologien_Zusammenfassung_EN.pdf

Mart 2024, sayfa no: 28-29-30-31-32-33