Karbon Yakalama, Kullanma, Depolama (KYKD) Nedir?

Karbon Yakalama, Kullanma ve Depolama (İng: "Carbon capture, usage and storage" ya da kısaca "CCUS"), büyük fabrikalar ve enerji santralleri tarafından üretilen karbondioksitin atmosfere ulaşmasını ve küresel ısınmaya katkı sağlamasını engelleyebilen farklı teknolojiler zincirini ifade eder. İlk adım, fabrika bacalarına karbon yayılımı olmadan önce hapseden çözücü filtreler (İng: "solvent filter") takmaktır.

Gaz, daha sonra kullanılabileceği veya depolanabileceği yerlere aktarılabilir. Karbondioksitin çoğu fosil yakıtların geldiği ilk yer ve iklim krizine katkı sağlayamayacak yer olan yer altına pompalanır; ama bir kısmı, plastik yapmak, sera bitkileri yetiştirmek ve hatta karbonatlı gazlı içecekler üretmekte bile kullanılabilir. Eğer tutulan karbonun son durağı bir depo alanı değil de, bir diğer ürüne dönüştürüp kullanmak ise, bu yönteme Karbon Yakalama ve Yararlanma (İng: "Carbon capture and utilization" ya da kısaca "CCU") denir.

Karbon Yakalama, Kullanma ve Depolama Teknolojisi Hakkında Sık Sorulan Sorular

Karbon Tutma Teknolojisi Nasıl Çalışıyor?

Geoengineering Monitor sitesinden Anja Chalmin, süreci şöyle anlatıyor:

Yakalama ve depolama her zaman karbondioksit ayırma işlemleriyle başlar ve CO₂’yi ortam havasından ya da sanayi emisyonlarından yakalayabilen teknolojileri temel alır. Bütün CO₂ ayırma yöntemleri atmosferden ya da egzoz gazlarından CO₂ ayıklamak için kimyasal reaksiyonlardan faydalanırlar. Bu alanda kullanılan en gelişmiş iki işlem, sıvı çözücü ve katı emicilerdir. CO₂, sıvı çözücünün içinde çözünür ya da katı emicinin yüzeyine yapışır.

Karbon Tutma Teknolojisi Nerelerde Kullanılıyor?

Ticari olarak faaliyet gösteren yaklaşık 20 CCUS projesi var. Bu sayı, dünyadaki karbon yayılımını temizlemek için yeterli değil. Bu alandaki öncü ülkeler Amerika Birleşik Devletleri, Kanada, Norveç ve Çin. Her ne kadar CCUS projesi yavaş başlamış olsa da Uluslararası Enerji Ajansı'nın (IEA) bildirdiğine göre son 3 yılda 30 yeni proje kabul edildi. Ne yazık ki, Dünya'yı endüstri öncesi dönemdeki seviyeye göre 1.5 C° fazla ısıtan karbon yayılımını engelleyebilmek için bundan fazlasına ihtiyaç var.^[1]

Karbon Tutmaya Neden İhtiyacımız Var?

Uluslararası Enerji Ajansı'na göre CCUS projesi, karbondioksit yayılımını neredeyse beşte bir oranında azaltabilir ve iklim krizi ile mücadeledeki maliyeti %70 oranında azaltabilir. CCUS'un gerekli olmasının en önemli nedenlerinden biri, ağır sanayinin; yani gübre üreticileri, çelik fabrikaları ve çimento üreticilerinin daha temiz enerjiyle çalışmaya uyum sağlamasının zor ve pahalı olmasıdır. CCUS'u geliştirmenin bir başka önemli nedeni de hidrojen potansiyelini ortaya çıkarmaktır.

Hidrojen, fosil yakıtların yerine uçaklarda, trenlerde, fabrikalarda hatta ev ısıtmada kullanılabilecek temiz bir gazdır. Ancak fosil yakıt gazından hidrojen üretmek için karbon yakalama kullanılmazsa, atmosferde karbon yayılımı devam edecektir. Hidrojen, yenilenebilir enerji ile çalışan elektroliz makineleri sayesinde sudaki hidrojen ve oksijen moleküllerinin ayrıştırılmasıyla elde edilebilir ancak bu daha pahalı bir yöntemdir.

Günümüzde Geliştirilen Karbon Yakalama Teknikleri Neler?

Türkçimento tarafından yayınlanan bir "Sektörel Öncelik" dokümanında şöyle yazılıyor:

Günümüzde halen yatırım maliyetleri yüksek olan ve geliştirilmesi gereken endüstriyel ölçekli karbon yakalama ve depolama teknikleri genel olarak üç başlık altında incelenebilir. Bunlar, Yakma Öncesi Yakalama (Pre-Combustion CO2 Capture), Yakma Sonrası Yakalama (Post-Combustion CO₂ Capture) ve Oksi-yakıt Yakma Tutumu (Oxy-fuel) teknikleridir. Bu teknikler günümüzde halen geliştirme aşamasındadır.

Yakma öncesi yakalama (tutum) tekniğinde, yanma işlemi öncesinde katı yakıt, buhar ve oksijence zengin basınçlı bir ortamda ısıtılarak gaz yakıt formuna dönüştürülür. Bu yakıt hidrojen ve karbonmonoksit bileşimli olup sentez gazı (syngas) olarak da adlandırılır. Bu teknikte karbon, sentez gazı yanmadan önce fiziksel veya kimyasal absorpsiyon yöntemleriyle ayrıştırılır ve depolanırlar.

Yakma sonrası yakalama tekniğinde, yanma işlemi sonrası ortaya çıkan karbondioksit kimyasal çözücüler yardımıyla ayrıştırılmakta ve depolanmaktadırlar.

Oksi-yakıt yakma tutumu teknolojisinde yanma işleminde hava yerine yüksek saflıkta oksijen kullanılmaktadır. Böylece yanma sonucunda daha yüksek sıcaklık elde edilirken açığa çıkan CO₂ ve H₂O bakımından zengin baca gazlarının yakıcılarda tekrar kullanılabileceği değerlendirilmektedir.

Karbonu Yer Altında Ne Kadar Süreyle Tutabiliriz?

Bu konuda kesin bir öngörüde bulunmak zordur. Eğer karbonun depolanacağı jeolojik lokasyonlar stratejik ve başarılı bir şekilde seçilebilirse, teknik olarak yakalanan karbondioksiti milyonlarca yıl boyunca yer altında tutmak mümkün olabilir. Bu sürede kuşkusuz bir miktar karbondioksit öyle veya böyle yüzeye sızacak ve atmosfere ulaşacaktır; ancak yapılan hesaplamalar, yaklaşık 1000 yıllık bir süre zarfında, depolanan karbondioksitin %99'unun yer altında tutulabileceğini öngörmektedir.

Buradaki en temel risklerden birisi, bu tür projelerde depolanacak karbondioksitin, bugüne kadar görülmemiş miktar ve ölçekte karbondioksitle başa çıkmayı gerektirmesidir. Bu konudaki teknolojik deneyim noksanlığı, öngörülemeyecek düzeyde problemi beraberinde getirebilir (tabii ki bu, bir yerden başlamamak için yeterli bir neden değil). Örneğin 1.000 MW'lık bir kömür santrali için geliştirilecek bir karbon yakalama projesi, günde 30.000 ton karbondioksitin depolama alanına gönderilmesini gerektirmektedir. Bu sırada kullanılan iletim boruları çatlayabilir ve gaz sızdırabilir. Bu, çevre için büyük bir felakete neden olabilir: 48 santimetre çapında ve 8 kilometre uzunluğunda bir taşıma borusunun çatlaması sonucunda sadece 3-4 dakika içerisinde 1300 ton karbondioksit atmosfere saçılabilir.^[2]

Yöntemle İlgili Sorunlar Neler?

Her ne kadar yöntem kulağa hoş gelse de, CO₂ yakalama, tüm sürecin sadece ilk aşamasından ibarettir ve tek sorun, bunun depolanması da değildir. Ortada bir de enerji korunumu problemi vardır: CO₂'i yakalamak için kullanılan filtrelerin bu yakalanan gazı salması gerekir ki, bu sayede tekrardan filtreleri daha fazla CO₂ yakalamakta kullanabilelim. Ancak bu rejenerasyon işlemi, genellikle yüksek sıcaklıkta (80-800°C) yapılır ve dolayısıyla bu yüksek sıcaklık da yüksek enerji girdisi gerektirir.^[3] Chalmin, şöyle yazıyor:

Doğrudan Hava Yakalama (İng: "Direct Air Capture" veya kısaca "DAC") işlemleri, 1 ton CO₂ yakalamak için 5-11 GJ elektrik ve/veya termal enerjiye gereksinim duyar. Yakalama işleminin yüksek enerji tüketimini bir karşılaştırma ile göstermek gerekirse, 2018 yılında EU-28’in yıllık ortalama hane elektrik tüketimi kişi başı 5,68 GJ olarak gerçekleşmiştir.

Kömürle çalışan termik santraller gibi, fosil yakıtların yakılması ile ortaya çıkan CO₂’yi yakalamak, fosil yakıt tüketimini %30 yükseltmektedir. Bu da CO₂ yakalama teknolojisi kullanarak aynı enerjiyi üretmek için daha çok fosil yakıtın çıkarılması ve yakılması gerektiği anlamına gelir.

Yani karbondioksit salınımını azaltma çabamız, çok daha yüksek enerji sarfiyatını (ve dolayısıyla o enerjiyi karşılamak için daha fazla karbondioksit açığa çıkarmayı) beraberinde getirebilir. Bu ilave enerji tüketimi, daha önce bahsi geçen enerji tüketimi hesaplarına dahil edilmelidir ve verimlilik, bu çerçevede hesaplanmalıdır.

Yakalanan Karbondioksite Talep Var mı?

Buradaki sorunlardan bir diğeri, yakalanan CO₂ eğer depolanmayacaksa ve herhangi bir diğer ürüne dönüştürülecekse (veya diğer süreçlerde kullanılacaksa), bu gaza olan talebin ne düzeyde olduğudur. Uluslararası Enerji Ajansı'na göre, sanayi üretiminde hammadde olarak kullanmak üzere yıllık küresel CO2 talebi 230 milyon ton civarındadır.^[4] Bu miktar, Dünya genelinde salınan karbondioksit gazının sadece %1'ine karşılık gelmektedir (ancak talebin her yıl yaklaşık %1.7 artması beklenmektedir).^[4] Dolayısıyla başka yerlerde kullanılacak olsa bile, gazın %99'a yakın bir kısmının depolanması gerekecektir.

Sonuç

Görülebileceği gibi Karbon Yakalama, Kullanma ve Depolama teknolojisi, şu anda sorunsuz bir teknoloji değil; ancak bu yönteme olan ilgi her geçen yıl biraz daha artıyor. Her ne kadar net bir sayı vermek zor olsa da, 2020 yılı itibariyle Dünya genelinde bu teknolojiye olan yatırımın 715 milyon euro civarında olduğu hesaplanıyor. Bu teknoloji, şu anki haliyle Dünya'yı küresel ısınma felaketinden kurtarabilecek gibi gözükmüyor; fakat bu alanda yapılacak çalışmalar ve iyileştirmeler, yeni teknolojilerin ve yaklaşımların önünü açabilir ve belki de bir gün atmosferik sera gazlarının önemli bir bölümünü azaltmakta ve geri dönüştürmekte bir araç haline gelebilir. Şimdilik o gelecek, biraz uzak gözüküyor.