İ KLİM DEĞİŞİMİ endişeleri, bizi çok yakınlarda C02 yayımını cid­di biçimde sınırlamaya zorlaya­cak gibi görünüyor. Bu zorlama karşısında daha ucuz, temiz ve verimli teknolojiler devreye girene ka­dar, CO2'yi yakalayıp hapsetmek yo­luyla, fosil yakıtları çevre açısından daha uygun hale getirmek gerekebilir. Günümüzde fosil yakıt kaynaklan, 5 trilyon tonun üzerinde karbon İçeriyor. Dünyadaki tüketimin yılda 6 milyar ton olduğu düşünülürse, geçiş için yeterin­ce süre olduğu ortaya çıkıyor. Hedef, sağlıklı ekonomik büyümeye sekte vur­madan atmosferdeki CO2 derişimini ka­rarlı halde tutmak. Ancak bu, 2050 yı­lına gelindiğinde bugünün toplam enerji tüketiminin üzerinde "karbon-suz enerji" gerektirebilir. Dünyadaki CO2 salımını yılda 2 milyar tona indir­mekle, 10 milyar olacağı tahmin edilen dünya nüfusu için kişi başına düşen sa­lım payının, ABD'de şu anda geçerli oranın % 3'üne düşeceği hesaplanmış.
Bu hedefi gerçekleştirmenin yolu yalıtım ve hapsetmekten geçiyorsa, üretilen tüm C02'nin hapsedilebilmesi için, sistemin trilyonlarca watt ölçeğin­de çalışması, üstelik emniyetli, çevre açısından sakıncasız ve kararlı olması gerekli. Küçük miktarlarda depolama için gereken depolama süresi en azda tutulabilecekken, depolar doldukça, sı­zıntı salımdan kaynaklanacak ek süre­lere bağlı olarak depolama süresi, tüm karbon stoğu için binlerce yılı bulabi-İir. Karbon salımını azaltmanın temel yolu hapsetme olacaksa, 21. yüzyılda depolanan toplam karbon, olasılıkla 600 milyar tonu aşacak. Yılda yalnızca 2 milyar ton sızıntıysa, gelecek nesille­ri karbon kısıtlaması ya da 'yeniden ya­kalama' programlarına zorlayacağı için, başlangıç depolama süreleri bile yüzyıllarla ölçülmek zorunda.
Depolama süresi ve kapasitesi gibi sınırlamalar, birçok hapsetme yönte­mini (biyokütlede hapis ve CO2 kulla­nımı gibi) 21. yüzyıl karbon bütçesi
açısından verimsiz ya da geçersiz kılı­yor. Okyanusların karbonik asit emme kapasiteleri bile, fosil karbon kaynak­larıyla karşılaştırıldığında, sınırlı. Da­hası, okyanus karbon döngüsünün yüzyıllar alması, depolanma süresini de görece kısa hale getiriyor. Hapset­me İşleminin okyanuslar gibi, çevresel etkinliklerin çok olduğu karbon ha­vuzlarında yapılması da pek elverişli görünmüyor. Çünkü, bir sorunun elenmesiyle başka bîr sorunun ortaya çıkması tehlikesi sözkonusu.
Yeraltına enjeksiyon, hapsetmenin belki de en kolay yolu; en azından ge­niş ölçekli yalıtım için kanıtlanmış bir teknoloji. Yeraltındaki bir petrol rezer­vine CO2 pompalanarak petrol ya da gazın yüzeye çıkarılması, işlemin mali­yetini kısmen de olsa düşürecek eko­nomik kazançlar sağlayabilir. Halen yılda yaklaşık 20 milyon ton CO2'nin bu şekilde işlem gördüğü TexasJta, ton başına 15-20 dolar harcanıyor. Ancak bu işlemin hapsetmek olduğunu söyle-
BİLİM vc TEKNİK 76| Eylül 2003
mek zor; çünkü İşlemde kullanılan CO2'nin çoğu, yeraltı kuyularından el­de ediliyor. Yani, daha önce doğal ola­rak hapsedilmiş karbon önce "tahliye ediliyor", sonra yeniden hapse gönde­riliyor.
Petrol ve gaz rezervleri, sınırlı ka­pasiteye sahip. Bunlar dolduktan son­ra, sırada tuz rezervleri var. Doğalgaz-dan ayrıştırılmış CO2'yi hapsetmek için Kuzey Denizi rezervlerinden ya­rarlanan Norveç firması Statoil, uygu­layıcılardan bir örnek. Tuz rezervleri, halen büyük kapasiteye sahip. Ancak depolama ömrü, deprem riski ve yü­zer durumdaki CO2'nin yer değiştirme olasılığındaki belirsizlikler, bu tür alanlarla ilgili değerlendirme ve çalış-maların uzun dönemi hesaba katması gereğini doğuruyor.
CO2 salımını azaltmanın daha pa­halı, ancak daha güvenli ve kalıcı bir yöntemi, karbonik asidi nötrleştîrerek karbonat ve bikarbonat oluşturmak. Nötrleştirmeye dayalı hapsetme, ısı açığa çıkaran ve termodinamik açıdan yeğlenen doğal aşınma süreçlerini hız­landırarak, doğada daha sık olarak bu­lunan kararlı ürünlerle sonuçlanır. Fo-sil kaynaklardan daha büyük olan mi­neral tabakaları, çoğunlukla magnez­yum ve kalsiyum olmak üzere, sınırsız miktarda baz iyonu sağlar.
Olası Yöntemler
CO2'yi nötrleştirmenin en ekono­mik yolu, onu alkalin mineral katma­nına enjekte etmek gibi görünüyor. CO2, bu şekilde gözeneklerdeki suda yavaş yavaş çözünecek ve asit özellik­te olduğu için de mineral bazı kaya­dan süzerek, karbonat ya da bikarbo-
nat oluşturacak. Bu da, uzun dönem­de sızıntıyla ilgili kaygıların sonu de­mek. Karbonik asidi karbonatla nötr­leştirmek, sulu bikarbonat çözeltileri oluşturur. Bunlar yeraltına enjekte edilmediği sürece, okyanusa ulaşma olasılıkları büyük. Okyanusların ala­bildiği bikarbonat miktarıysa, karbo­nik asit miktarından çok daha fazla.
Ancak daha iyi bîr yöntem de olabi­lir: suda çözünen bikarbonatlar oluş-turmak yerine çözünmeyen karbonat oluşturmak, Çünkü, bunlar mineral ta-
banında depolanacak, çevresel faktör­ler de böylelikle ancak belirli bir böl­gede etki gösterebilecek. Bu amaca yönelik olarak, magnezyum silikatlar-ca zengin serpentin ya da olivin kaya­lar kazılır, ezilir ve öğütülerek CO2'yle tepkimeye sokulabilir. Bu İşlemler için tahmini harcama, CO2'nin tonu başına 10 dolar civarında ki, bu oldukça uy­gun bir tutar.
Karbonlaştırmayı hızlandıracak yöntemlere yine de gereksinim var. Şimdilik var olan en iyi yaklaşım (peri­dotit ve serpentinin sulu bir tepkimey­le karbonlaştırılması) fazla pahalı. An­cak, yoğun enerji harcanımı gerekti­ren ısıyla işlem aşaması süreçten dışla-nabilirse, yöntem daha ekonomik ve uygulanabilir duruma gelebilir. Mine­ral hapsetme işleminin yer yüzeyinde gerçekleştirilmesi, ortaya çıkabilecek tüm CO2'nin bağlanmasını ve çevresel etkilerin görece dar bölgelerle sınırlı kalmasını sağlayabilir.
Hapsetme yöntemlerinin çoğu, yo­ğunlaşmış CO2'yle uygulanabilirlik ka­zanır. Bu CO2'yi hapsedecek en uy­gun yerlerse elektrik ve hidrojen gibi temiz, karbonsuz enerji taşıyıcıları
Eylül 2003 BİLİM ve TEKNİK
çözeltiler ya da aktif karbondan ta­banlar) üzerindeki havadan da CO2 yakalamak mümkün görünüyor; an­cak henüz denenmiş değil. Etkili bir CO2 taşıyıcısı da rüzgar. Normal yaka­lama donanımının % l' boyutlarında­ki yeldeğirmenleri, diğerleriyle aynı oranda CO2 hapsederek işlemi olduk­ça ucuza maledebilir. Gereken tutu­cu madde döngüsü İçin yapılacak ek harcamaysa, göze alınabilir miktarlar­da olsa gerek.
Atmosfer oldukça hızlı karıştığı için, herhangi bir bölgeden CO2 çekil­mesi, ne kadar uzak olursa olsun baş­ka bir bölgedeki salımın etkisini sıfır­layabilir. Güç üretimiyle CO2 hapsisü-reçterinin birbirinden ayrılmasıyla, ha­vadan yakalama İşlemi, mevcut fosil temelli enerji altyapısından da, ömrü yettiğince yararlanmayı olanaklı kılar. Böylelikle uzak bölgelerde atık alanla­rı açılarak, atmosferdeki CO2 derişimi-nin düşmesi bile sağlanabilir.
CO2'yi hapsetme işlemlerinin mali­yeti, şimdilik belirsiz. Ancak, C02'nin tonu başına 30 dolar (petrol varili ba­şına 13 dolar maliyete karşılık geli­yor), uzun dönem için, abartılı bir tu­tar gibi görünmüyor. Petrol gibi yan ürünlerle artacak talep, depolama ma­liyetini düşük tutacak. Bu aşamada en büyük harcama kalemini, mevcut sant­ral donanımlarının, CO2 hapsine uy­gun hale getirilmesi oluşturacak. An­cak zamanla, yeni santral tasarımlarıy­la CO2 hapsi için gereken harcama azalırken, ucuz alanların dolmaya baş­laması, süreklilik ve güvenliğin gerek­tirdiği ek önlemler, depolama harca­malarını artırabilir. Sözgelimi, kara araçları ve uçaklarda CO2 kullanımını sağlayacak bazı değişilikier, nakil ve yeni alan açma sorunlarını ortadan kaldırıp, CO2'yi havadan yakalamanın yüksek maliyetini telafi edebilir.
Günümüzde CO2 şahmının acil ola­rak düşürülme gerekliliği, nükleer enerji, rüzgar ya da güneş enerjisine hızlı bir geçişten çok, mevcut yalıtma ve hapsetme teknolojileriyle daha ucu­za karşılanabilir. Tekniklerin daha da geliştirilmesiyse yüzyılımız için bol ve düşük maliyetli enerji sağlamakla kal­mayıp, daha iyi seçeneklerin olgunlaş­ması için yeterli süreyi de tanıyacak.
üreten büyük santraller. Ancak mev­cut santrallerde bu hedefe yönelik de­ğişiklikler yapmanın oldukça pahalıya malolacağı, yeni santrallerin CO2 ya­kalamaya uygun tasarlanmalarının da­ha verimli olacağı düşünülüyor. CO2'yi tümüyle hapsetme hedefi, öteki tüm atık salımlarını da ortadan kaldı­ran yepyeni santrallerin tasarımlarına kapı açıyor. Bugün, oksijen püskürt­meli gazlaştırma yöntemi, bu hedefe yaklaşır görünüyor. Daha da ileri tasa­rımlar, CO2 hapsinin verimden götür­düğü payı da rahatlıkla karşılayabilir. Sözgelimi, kömürün gazlaştırma ürünlerini, buharla birlikte sıvılaştırıl­mış bir kireç yatağına göndermek, ok­sijenin sudan karbona geçmesine ne­den olur. CO2'nin kireçten yakalanma­sı, hidrojen üretimini tetikleyerek ge­rekli miktarda ısı açığa çıkmasıyla so­nuçlanır. Hidrojence zengin çıktının yarısı kömürü gazlaştırmada kullanı­lırken, diğer yarısı da yüksek sıcaklık-
ta katı oksit yakıt hücresinde oksitlen-dirilebilir. Yoğun su içeren yakıt gazı atığı, döngüyü yinelemek üzere kireç yatağına döner. Bu durumda tesisi ter-kedecek olanlar, fazla su, kül ve te­mizleme aşamalarında yakalanan çe­şitti atıklardan ibaret Kireç, tümüyle karbonatlı kireçtaşı durumuna geldik­ten sonra, CO2 yoğunlaşmış bir gaz akışı biçiminde yeniden üretilirken, ki­reçtaşı da yakıt hücresindeki atık suy­la yeniden kirece dönüşür. Isı, gerekti­ği gibi kullanılabilirse, güç santralinin verimi, sonuçta % 70'e çıkabilir. (Bu oran, geleneksel, kömür yakan güç santralleri için % 30 - 35, gaz kulla­nanları içinse % 50 dolaylarında. )
CO2, yakıttan üç kat ağır olduğu için araba ya da uçaklarda depolana-maz. Bu araçlardan çıkan CO2, bu ne­denle atmosfere salınıp yeniden yaka­lanmak zorunda. Halen CO2 yakala­manın en pratik yöntemiyse fotosen­tez. Kimyasal tutucular (güçlü alkali
Lackner, K. S. "A Guide to CO2 Sequestration" Science, 13 Haziran 2003
Çeviri: Banu B. Tüysüzoğlu
BİLİM ve TEKNİK 78 Eylül 2003