Karbon Yakalama

Son yıllarda, adı hep skandallarla anılan, hep uzaklaştırılmak istenen, kaçınılan bir ürün Karbon. Yediğimiz karbonhidratlar ile yaktığımız hidrokarbonların ana bileşeni. İster yemekte olsun, ister yakıtta olsun tüketimde aşırıya kaçmasak, yani yediğimiz kadar yaksak ya da yaktığımız kadar yesek hiç bir probleme sebebiyet vermeyecek masum bir element.

Her gün bu kadar dekarbonizasyondan bahsederken, biraz okuyup yazmaktan da alamadım kendimi.

Gene etimolojiden başlayacağım; zira kadim bir elementten bahsediyoruz. Karbon tarih öncesi dönemlerden beri bilinen ve kullanılan bir ürün. En bilindik hali kömür. Bu sebeple, Latince de, Almanca da, Fransızca da karbon ile kömür ile aynı kelimedir. hatta latince yakmak fiili cremare de bu kökten türemiş.

Bu temel elementin Dünya’nın olağan akışı içinde hayati önemde bir döngüsü vardı. Ancak bu Dünya’nın olağan akışı ve hayati döngü sanayi devrimi ile birlikte bozuldu. Zira sanayi devrimi öncesi atmosferdeki CO2 konsantrasyonu 260 ppm (milyon parçacıktaki oran) iken 1950’lerde 300 bugün ise 450 ppm’e yakınsayan bir konsantrasyona erişti.

Bu artış ile CO2, sera gazları arasında en yoğun artış ve etkiye sebebiyet veriyor. Haydi burada, karbon’u iki dakika kenara parkedip, bir kısa bilgi olarak sera gaz kavramını da açalım;

— — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — -

Yerküre ile güneş arasında da bir enerji dengesi var. Güneşten Dünya’ya gelen radyasyonun 30% kadarı doğrudan uzaya yansıyor. Kalanı ise toprak, okyanus ve atmosfer tarafından emiliyor sonra kızılötesi ışın olarak tekrar uzaya gönderiliyor.

Sera gazları, Dünya’nın yaşanabilir sıcaklıkta kalması için çok kritik. Zira bu ışınların atmosfer altında kalmasını sağlıyor. Hiç sera gazı olmasa idi dünyanın sıcaklığının -18C olacağı tahmin ediliyor.

Ama sera gazının fazlalığı da iyi değil. Bu sefer bir battaniye gibi yer küreyi sararak ısınmaya neden oluyor. Zaten, sera söylemi de oradan geliyor, battaniye gazları deseler daha iyiydi bence. Neyse bu gazların, 1,5 ile 4,5 derece arasında sıcaklık artışı yaratacağı öngörülüyor.

En önemli sera gazları ise, Su buharı (H2O), Karbondioksit (CO2), Metan (CH4) ve Nitröz Oksit (N2O). Hepsi doğal oluşan ürünler. Ve bu yazının kahramanı CO2 de 75% üzeri pay ile bu grubun açık ara lideri. Karbondioksit salınımında en büyük pay ise Enerji, Sanayi ve Ulaştırma sektörlerinde.

— — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — —

Karbon salınımına enerji tüketimi cephesinden bakacak olursak, azaltım için önümüzde 3 ana seçenek var;

1) Tüketimi azaltıp, verimliliği yüksek ürünler kullanmak, A+++ cihazlar, Led ampüller, yokuşlarda vitesi boşa almak falan 😊. (Üçüncüsü şaka idi elbette)

2) Enerjimizi mümkünse karbon salınımı olmayan yenilenebilir kaynaklardan, o değilse düşük karbonlu seçenekler ile üretmek.

3) Fosil yakıtları kullanmaya devam etmek ama bacadan çıkmadan karbonu yakalamak.

Kamuoyu bugüne kadar ağırlık 1 ve 2. Seçenekler üzerinden, tetiklendi ancak Paris anlaşması hedeflerine de sadece 1 ve 2. Seçeneklerle ulaşılamayacağı artık aşikar gibi. O yüzden karbon yakalama teknolojilerini geliştirmek zorundayız.

Tüm paleontologların üzerinde mutabık olduğu bir husus var ki, o da; cilalı taş devri, cilanacak taş kalmadığı için bitmedi. Şimdi tüm enerjici, çevreci, siyasetçi vb mutabık olmalıyız ki, fosil yakıtların devri de tüm rezervler tükendiğinde bitmeyecek. Ancak fosil yakıtları ne kadar daha kullanabileceğimizi karbon yakalama ve hatta depolama teknolojisindeki gelişmeler belirleyecek.

Terminoljiye aşinalık için, yazının bundan sonrasında KYD kısaltması ile yani Karbondioksit Yakalama ve Depolama olaracak devam edeceğim, netekim ingilizcesi Carbondioxide Capture & Storage (CDS) ile de çok uyumlu bir motamot çeviri bu.

Yakalama derken, tüm arabaların egsozlarına ya da evlerin bacalarına yapılacak bir uygulamadan bahsetmek şu anda pek uygun değil, zira seyreltik bir baca gazından karbonu yakalamak hem daha zor hem daha maliyetli. Ancak yoğun karbon salınımı yapılan santrallerde ve fabrikalarda iyi bir seçenek olarak ortaya çıkıyor.

Şu andan en aktif ve verimli sistem, Amin adı verilen bir kimyasal yıkama. Tıpkı kurutemizlemede kullanılan etilen gibi, bacadan çıkan gaz amin ile yıkanıyor. Amin baca gazı içindeki karbonun yaklaşık %90 kadarına yapışarak aşağı çekiyor. Pahalı bir kimyasal olması sebebi ile Amin daha sonra, karbondan ayrıştırılarak, tekrar tekrar kullanılıyor. Amin’in pahalı olmasının yanı sıra, bu yıkama prosesinin çalışması için de hatrı sayılır enerji tüketimi oluşuyor. Öyle ki ortalama bir kömür santralinde KYD, 24% enerji üretiminde azalmaya neden oluyor.

Eylül 2015’de yapılan bir çalışmaya göre, 1 ton CO2 azaltımı maliyeti kömür santralleri için 63 usd, doğalgaz santralleri için ise 87 usd hesaplanmış. Karbon fiyatlamasında mutlaka dikkate alınması gereken değerler.

Amin ile yıkamanın dışında, adsorpisyon, membran ya da kriyojenik gibi seçenekler de yakalama için deneniyor ancak henüz “Amin yıkamasına” yeterince rakip olacak gelişimi gösteremediler. Bunlar dışında, yanma öncesi yakalama ya da oksi yanma gibi teknolojiler de gelecek vadetseler de onlar da henüz ticari bir ilerleme gösterememişler.

Kulağa ve gönle en hoş gelen yakalama metodu, DAC yani doğrudan havadan yakalama. Bill Gates’in de dekarbonizasyondaki 4 önceliğinden biri olan bu yöntem de henüz yolun çok başında.

Pekala, CO2 yi yakaladık, atmosfere salmadık da biz bu ürünü ne yapcağız? Toprağa mı gömeceğiz, bir ticari ürün/hammaddeye mi döndüreceğiz, gerçirgen kayaçların içine mi hapsedeceğiz, ne yapacağız.

Soru bu?

Eğer gömecek isek, bu yerin, petrol mühendisliği tabiri ile porositesi yüksek ve permable olması gerekir. Daha Türkçe bir deyişle gözenekli ve geçirgen bir kayaç olursa yeraltında depolanabilir. Sonra, mutlaka 800–900 metre derinlikte olması lazım, zira CO2’nin sıvı fazda kalmasını sağlayacak hidrostatik basınç (80 bar)’a ancak o seviyelerde ulaşabiliyor. Ve son olarak, basınçlı şekilde kalmasını ve atmosfere tekrar boşalmamasını sağlayacak bir kapan kayaç olması gerekir.

Bunları sağlayan iki formasyon tipi var; biri derin tuzlu formasyonlar, diğeri ise üretimi tamamlanmış eski petrol yatakları. Tuzlu formasyonlar avantajı daha geniş bir coğrafyada bulunabiliyor olması. Eski petrol yatakları ise, daha önceden bir hidrokarbonu bünyesinde barındırmış olması nedeni ile daha garanti çözüm gibi duruyor.

CO2’nin petrol yataklarına basılması yeni değil bu arada. Enhanced Oil Recovery (EOR) denilen bir yöntem ile, aynı formasyondaki bir kuyudan basılan CO2 ile kayaç içinde petrolün başka bir kuyudan çıkışı için gerekli basınç yaratılıyor. Üretim bittikten sonra basılan CO2 de formasyonda hapis kalıyor.

Diğer formasyon tipi olan tuzlu alanlar için ilk akla tabi okyanuslar geliyor. Basalım altlarına fazla karbonumuzu kurtulalım, ancak bilim adamları bunun uzun vadeli bir çözüm olamayacağını, zira 100 yıl kadar sonra bu gazın atmosfere geri boşalacağı tahmin ediiyor. Tabi uzun vadeli çözüm de ne demekse😊.

Bir diğer seçenek, reaksiyona girdiği elementler ile CO2 yi minarilize etmek, yani taşa çevirmek. Bunla alakalı yapılan uygulamalarda rekasiyon süresi, geri bozulma gibi problemlere kalıcı çözümler henüz tamamlamış değil. Bi,r diğer benzeri metod olan kömür yataklarındaki damarlara basılması için de denemeler henüz olumlu çıkarımlar yapacak seviyeye ulaşmadı.

En ideal metod depolamaktansa kullanmak ama o kadar CO2’yi neremize süreceğiz tabi. Zira insanevladının yıllık 40 Gton CO2 üretimine karşılık, tüketimi bunun %1’i bile değil. EOR’ı saymazsak bu tüketim iyice eser miktara düşüyor. EOR dışında nerelerde mi kullanıyoruz karbon dioksiti; kolalar, sodalar, kurubuz, hızlı dondurucular, yangın södürücüler ve video kliplerde arkadan gelen dumanlar vs.

Bir diğer deneysel çalışma ise yakıta dönüştürmek. Tüm bunları altalta koyduğumuzda karbonu depolamak yerine kullanmak hoş bir fikir ancak odağımızı buraya mı vermeliyiz bilemiyorum.

Teorik olarak son derece iyi fikir ve uzun yıllardır bilinen bir iş olmasına rağmen KYD’nin bir türlü yaygınlaşamaması üzerine, Wang, Akimoto,.Nemet adlı 3 bilim adamı bir çalışma yapıyorlar. 1995 ve 2018 yılları arasında uygulanan 263 KYD projesini bir model ile inceleyip istatistiksel olarak değerlendiriyorlar. Bu çalışmaya göre;

· İyi yapılandırılmış KYD projeleri, uzun vadede iklim faydaları sağlayabilir. Ancak ne kadar iyi planlanırsa planlansın bu projeler uzun vadede öngörülemeyen olaylar nedenlerle kolayca başarısız da olabilir.

· KYD projeleri doğası gereği büyük ölçekli oldukları için, çok daha fazla kamu yatırımına ve güçlü özel yatırımı harekete geçirmeye ihtiyaç duyarlar. O yüzden daha sıkı kamuoyu kabulü, daha uzun paydaş müzakereleri ve karar alma süreçleri gereklidir.

· KYD projelerinin, Ar-Ge, araştırma geliştirme yoluyla öğrenimi fazla olmuyor. Üretim geliştirme, Ür-Ge, aşamasına geçildiğinde ise, teoride güzel duran çözümler pratikte karşılık bulmuyor.,

· Karbon ticareti ve vergilerinin Dünya genelinde yaygınlaşmamış olması, gelişime ve teşvike muhtaç bu alana yeterli kaynak sağlanmasına katkı vermiyor.

Son söz olarak, evet yenilenebilir yöntemler ile karbonsuz elektrik üretmek oldukça cezbedici duruyor. Ama kesintisiz olmamaları, artan enerji ihtiyacını karşılamaktan uzak oldukları gerçeklerini de açıkça kabul etmek gerekir. Bununla birlikte, yerin altında ihtiyacı fazla fazla karşılayan hidrokarbonları çıkartmadan yerin üstünde enerji noksanlığı yaşamak mantıkla açıklabilir bir durum da değil elbette.

Öte yandan Paris hedefleri çerçevesinde ülkeler önceliği alçaktaki elmalara veriyorlar, öncelikle kolay hedefleri tamamlıyor. KYD biraz daha yüksekteki bir elma. Onun için ise yüksek bir merdiven gerekiyor. 2050 hedeflerine daha entegre ve geniş çözümler ile ulaşabiliriz, o yüzden önümüzdeki yıllarda karbon yakalamayı daha çok fazla duyacağız.

selamlar

Buraya kadar okuyanlara bir de dip not hediyemiz olsun;

Dip Not: Bu bir akademik makale olmadığı için her bir bilgiye tek tek kaynak verme zahmetine girişmedim. Ancak konunun meraklıları için daha derin bir okuma için ağırlıklı istifade ettiğim kaynakları da belirteyim.

· Karbon yakalama Herzog ( Karbon Yakalama — Howard J. Herzog | kitapyurdu.com)

· Düşük karbon ekonomisine geçiş/ YTÜ Tunç Durmaz ( The Journal of Social Sciences Research » Submission » Düşük Karbon Ekonomisine Geçiş ve Bu Geçişte Karbon Yakalama ve Depolamanın Rolü (dergipark.org.tr)

· What went wrong (What went wrong? Learning from three decades of carbon capture, utilization and sequestration (CCUS) pilot and demonstration projects — ScienceDirect)

· Gaz krizi: https://www.bbc.co.uk/news/business-58620167

· Enerji Sohbetleri (‎Enerji Sohbetleri on Apple Podcasts)