Enerji elde etmek için fosil yakıtların kullanılması sonucunda ortaya çıkan sera gazı emisyonları çoğunlukla karbon ve karbondioksit gazlarının yoğun biçimde atmosfere salınımı, küresel ısınma ve iklim değişikliğine neden olmaktadır. Küresel iklim değişikliği mücadelesi kapsamında karbon emisyonlarının yakalanması, tutulması ve depolanması teknolojileri konularında çok yönlü ciddi araştırmalar yapılmaktadır. Karbondioksit yakalama ve karbondioksit depolama teknikleri (carbon capture and storage-CCS) olarak anılmaktadır.Açığa çıkan karbondioksiti yakalayıp depolamak ve muhafaza etmek mümkündür. Böylece sera gazı yayılımının büyük oranda azaltılması ve iklim değişikliklerinin yavaşlatılması mümkün olabilmektedir.
Bütün fosil yakıtlar karbon içerir. Yakıtın yanması sırasında karbon oksijenle birleşerek CO² oluşturur. Karbonun yanma işleminden önce veya sonra ayırmak, elektrik santrallerinde olduğu gibi, CO²’in atmosfere yayılımını önler. Bunun sonucunda CO² gazı tutulur ve uygun yeraltı depolama rezervlerine taşınır. Bu rezervler terk edilmiş petrol ve gaz sahaları, kömür yatakları veya akiferlerden oluşur.
Karbon Neden Tutulur ve Depolanır?
İnsan aktivitelerinin küresel ısınmaya etkilerini gösteren kanıtlar gün geçtikçe artmaktadır. Fosil yakıtların devamlı artan tüketimi sonucu atmosfere yayılan CO² gazı küresel ısınmanın temel sebebidir. Birçok bilim adamı, atmosferdeki CO² konsantrasyonunun sabitlenmesi ve böylelikle iklim değişikliklerinin hafifletilmesi için dünyadaki CO² yayılımının bugünküne kıyasla en az % 50 oranında azaltılması gerektiği konusunda aynı görüşü paylaşmaktadırlar. Bu konuda ilk adım 1997 yılında Kyto Protokolü’nde, 2012 yılı CO² yayılımının 1990 yılındaki seviyesinin altına düşmesi kararı alınarak atıldı. Gerekli azalımlar üç farklı ölçüm metoduyla incelenebilir:
• Enerji verimliliği artışları ve enerji talebindeki azalış
• Yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı
• Açığa çıkan CO² gazının tutulması ve depolanması
Enerji verimliliğindeki artışın ve yenilenebilir enerji kaynaklarının CO² yayılımında gereken azaltmayı sağlayamayacağı açıktır. Bunun yanı sıra küresel iklim değişikliklerinin azaltılması için üçüncü ölçüm olan CO²’in tutulması ve depolanması (CCS) da gereklidir. CO²’in yeraltında depolanması yeni bir uygulama değildir. Bu uygulama birçok ülkede milyonlarca yıldır yapılmaktadır. Bugün dünyadaki fosil yakıtlara olan talep çok büyüktür ve enerji sistemimizdeki olası bir değişim çok uzun yıllar alacaktır. CCS fosil yakıt kaynaklarından çeşitlendirilmiş enerji kaynaklarına geçişte dereceli geçiş sağlayan bir faktördür. Bu geçiş döneminde bizim mevcut enerji sistemimiz büyük oranda aynı kalacaktır fakat yeni altyapı oluşumları araştırılmalıdır, örneğin elektrik santralleri ve büyük endüstriyel fabrikalar CO² tutma üniteleri ve depolama sahalarına uzanan borularla donatılmalıdır.
CO² gazı nerede ve nasıl tutulur?
İnsan kaynaklı CO² yayılımının yaklaşık % 60’ı elektrik santralleri, rafineriler, gaz işletme tesisleri ve endüstriyel fabrikalar gibi büyük ve sabit tesislerde gerçekleşir. Bu işlemlerin çoğunda, çıkan egzoz dumanı seyreltilmiş CO² ( %5’ten %15’e kadar) içerir. Egzoz dumanı karışımındaki CO²’i diğer gazlardan ayırmanın yollarından biri %90’dan fazla CO² içeren bir akım üretmektir. Diğer bir seçenek de tıpkı doğal gazdan (metan gibi) CO² ve hidrojen üretme örneğinde olduğu gibi karbonu yanmadan önce sistemden uzaklaştırmaktır. CO² yakalanması, CO²’ i diğer gazlardan ayrıştıran farklı endüstri sektörlerinde bilinen bir teknolojidir. Şu anda, ortaya çıkan CO² ya dışarı salınıyor ya da içecek endüstrisi gibi CO² ‘de yüksek saflık oranını gerekli kılan piyasalardaysa ek bir arıtma işleminden geçiriliyor. Kimi uygun teknolojilerin var olmasına karşın, CO² tutulumunun enerji santrallerinde yaygın kullanımı için yeterli optimizasyon henüz sağlanamamıştır. Dünyadaki birçok ülkede yeni, geleceğe yönelik fikirlerin bulunması ve mevcut durumdaki teknolojilerin daha düşük maliyet ve enerji tüketimiyle gerçekleştirilebilmesini sağlayacak yenilikler için geniş kapsamlı araştırmalara girişildi. Aynı zamanda, yeni uygulanmaya başlanan teknolojiler için ticari ölçek de göz önüne alınarak santrallerde çeşitli testler düzenlendi.
CO² Nerede Depolanır?
Tutulmasından sonra, CO² ya depolanır ya da tekrar kullanılır (örnek olarak, gazlı içeceklerin üretiminde ve bitki gelişimine yardımcı olarak seralarda). Günümüzde, CO² ‘i geri kullanıma sokacak market alanı sınırlı olduğundan, ortaya çıkan CO² gazının büyük miktarı depolanmak zorundadır. CO² boşaltılmış petrol ve doğal gaz rezervleri, derin tuzlu akiferler ve kazılamaz kömür tabakaları gibi jeolojik yapılarda depolanabilir. Bunların yanı sıra, CO² mineral formunda katılaştırılabilir. Jeolojik formasyonlar muazzam oranda depolama kapasitesi sağlar (aşağıdaki tabloya bakınız). Yüksek orandaki depolama kapasitesine karşın, bu kapasite dünyada insan kaynaklı CO² yayılımının ancak onlarca, belki yüzlerce yıllık depolama ihtiyacını karşılayabilir.
CO² aşağıda sıralanmış olan yöntemler ile depolanır;
• Petrol kuyularında üretim verimini artırma (Enhanced oil recovery-EOR) Bu yöntem Türkiye de dahil uzun yıllardır petrol üretiminde uygulanmaktadır.
• Doğalgaz kuyularında üretim verimini artırma (Enhanced gas recovery-EGR)
• Tükenmiş petrol ve doğalgaz kuyuları
• Tuz oluşumlarına depolama
• Kömür yataklarında metan çkışının artırılması(Enhanced Coal Bed Methane Recovery – ECBM)
• Okyanuslara depolama
CO² Depolama Seçenekleri ve Kapasitesi
Petrol ve gaz rezervleri genellikle detaylı olarak araştırılmış yerlerdir ve CO² depolanması için güvenilir oldukları düşünülür. Çünkü bu rezervler milyonlarca yıl boyunca petrol, gaz ve çoğu zaman da CO² tutmuşlardır. Bunlardan bazılarına yapılacak CO² enjeksiyonu, rezervde kalan petrol ya da gazın bir miktarının daha üretilmesini sağlayacaktır. Fazladan üretilen bu petrol ya da gazdan sağlanan kazanç, CO² depolaması sırasında yapılacak harcama için kullanılabilir.
Derin tuzlu akiferler tipik olarak içerisinde tuzlu su barındıran kum taşı gibi yeraltı formasyonlarıdır. Bu formasyonların depolama potansiyelleri çok yüksektir: Birçok ülkede bulunan bu formasyonlar çoğunlukla endüstriyel CO² kaynaklarına yakındır ve genellikle çok geniş CO² depolama kapasitesine sahiptir. Bu akiferlere CO² basılması, petrol ve gaz kuyularına yapılan enjeksiyon işlemine benzer şekilde yapılır. Dünyadaki ilk ekonomik CO² enjeksiyonu projesi Norwegian Sleipner’de, Kuzey Denizi’nin tabanındaki akifere yıllık yaklaşık 1 milyon ton CO² basılıyor. Bu durum, bol miktarda CO² ’in sorunsuz bir biçimde depolanabileceğine dair kanıt teşkil ediyor.
CO²’nin yakalanmasının, taşınmasının ve depolanmasının maliyeti
Enerji Santrallerinde CO²’yi yakalamak fazladan enerji gerektirdiğinden, elektriğin üretim maliyetini arttırır. Bu maliyet artışı santralin türüne (kömür veya gaz kaynaklı) ve yakıtın maliyetine göre değişir. Aralarında Uluslararası Enerji Ajansına bağlı Sera Gazı Araştırma Biriminin yapmış olduğu araştırmalar da dâhil çeşitli araştırmalar, CO² yakalamanın elektrik üretim maliyetini kWh başına 1,3 ila 3 Avro arasında arttırdığını göstermiştir. Bu ilave maliyetleri göstermenin bir diğer yolu da kaçınılan CO² salınımıdır. CO² yakalamanın şuan ki maliyeti kaçınılan 1 ton CO² başına 25 ila 60 € arası değişmektedir. Devam eden araştırmaların bu maliyetleri yarıya indirmesi bekleniyor. Taşıma maliyetleri nispeten düşüktür: CO² taşımanın maliyeti kaçınılan 1 ton CO² başına 1 ila 4 € arasındadır. Depolama maliyetleri ağırlıkla basımın yapılacağı rezervuarın tipine bağlıdır. Akiferlerde ve tüketilmiş petrol ve gaz rezervuarlarında, maliyet 1 ton CO² başına 10 ila 20 € arasıdır. CO² basımında ilave petrol ve gaz üretimi varsa, 1 ton CO² başına maliyet 10 € bile altına düşebilir. Başka bir deyişle, yararlar maliyetleri karşılayarak bu işi karlı bir iş haline getirmektedir.
CO²’in Taşınması
Sıkıştırılmış ve nemi alınmış CO² iki türlü taşınmaktadır:
• Borularla taşıma (tercih edilen yöntem)
• Tankerler ile taşıma(LNG taşınması gibi)
Taşınacak mesafe, miktar, taşıma yöntemi maliyeti etkileyen hususlardır.
Karbon Yakalama Ve Depolama Teknolojileri
Karbon yakalama ve depolama tek bir teknoloji olmayıp, karbon tutma, sıkıştırma, taşıma ve depolama v.b çeşitli unsurları ve bileşenleri kapsayan bir dizi teknolojinin kombinasyonundan oluşmaktadır. Bu nedenle de yöntemi ve işletilmesi oldukça zor olan karmaşık bir yapıya sahiptir. Başlıca, fosil yakıt kullanan elektrik üretim tesisleri, rafineriler, hidrojen üretim tesisleri, çimento, demir-çelik, petro-kimya endüstrileri gibi alanlarda uygulanabilmektedirler. CO² tutma, baca gazından CO²’in ayrılması, sıkıştırılması, kurutulması, taşınmaya ve depolanmaya hazır hale getirilmesi işlemlerini kapsar. Elektrik enerjisi üretimi için karbon tutma başlıca, yanma sonrası (post-combustion), yanma öncesi (pre-combustion)ve oksi-yakıt yakma (oxy-fuel combustion) teknolojileri kullanılmaktadır. Santralda (konvansiyonel, süper kritik, v.b. santrallar) baca gazında kirletici emisyonlar (SO2, NOX, PM) en aza indirildikten sonra CO² tutma sürecine geçilir.
Yanma sonrası CO² tutma için bazı yöntemler: Solvent ile tutma, Sorbent ile tutma ve Membran ile tutma yöntemleridir. Solvent ile (özellikle monoetanol amin) tutma en az maliyetli, en az enerji kullanan ve gelişmiş, ticarileşmiş bir yöntemdir.
Yanma öncesi karbon tutma, entegre gazlaştırma kombine çevrim (Integrated gasification combined cycle – IGCC) santrallarında kullanılmaya uygundur. İlk aşamada kızgın kömür üzerinden buhar geçirilir, sentez gazı (synthesis gas) oluşur.
CxHy + H2O ? xCO + (x+y/2) H2 (sentez gazı)
Sentez gazı kirleticilerden temizlenir.
İkinci aşama: CO + H2O H2 + CO²
CO² solvent (örn. Metanol)yardımı ile tutulur. Kirletici emisyonlar için de-SOX, de-NOx gibi ilave arıtma tesisleri gerekmez.
Oksi-yakıt yakma yönteminde, yakıtın yakılmasında hava yerine oksijen kullanılır. Bu nedenle, hava ayrıştırma ünitesi bulunmaktadır. Baca gazında su buharı sıkıştırılırak ve soğutularak ayrılır. Baca gazındaki kirletici emisyonlar arıtılır. Geride kalan CO² sıkıştırılarak depolanmaya hazır hale getirilir. Hava ayrıştığından ve yanma öncesinde azot ayrıldığından dolayı azot oksitler için arıtma sistemi gerektirmez.
Kaynak: Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü