Küresel Isınmaya Karşı Somut Önlemler

Küresel Isınmaya Karşı Somut Önlemler

İklim Değişimi endişeleri, bizi çok yakınlarda CO2 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 kaynakları, 5 trilyon tonun üzerinde karbon içeriyor. 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 "karbonsuz 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 CO2'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 bulabilir. 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 işleminin okyanuslar gibi, çevresel etkinliklerin çok olduğu karbon havuzlarında yapılması da pek elverişli görünmüyor. Çünkü, bir sorunun elenmesiyle başka bir 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 Texsas'ta, ton başına 15-20 dolar harcanıyor. Ancak bu işlemin hapsetmek olduğunu söylemek zor; çünkü işlemde kullanılan CO2'nin çoğu, yeraltı kuyularından elde ediliyor. Yani, daha önce doğal olarak hapsedilmiş karbon önce "tahliye ediliyor", sonra yeniden hapse gönderiliyor.

CO2'nin orman toprağına hapsedilmesinin mineral yıpranma tepkilerine etkilerinin araştırıldığı bir çalışmada, toprak yüzeyinden 2 m. derinliğe kadar toplanan su örnekleri analiz ediliyor.

Petrol ve gaz rezervleri, sınırlı kapasiteye sahip. Bunlar dolduktan sonra, sırada tuz rezervleri var. Doğalgazdan 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 çalışmaların uzun dönemi hesaba katması gereğini doğuruyor.

CO2 salımını azaltmanın daha pahalı, ancak daha güvenli ve kalıcı bir yöntemi, karbonik asidi nötrleştirerek 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. Fosil 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 bikarbonat 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 bir yöntem de olabilir: suda çözünen bikarbonatlar oluşturmak yerine çözünmeyen karbonat oluşturmak. Çünkü, bunlar mineral tabanında depolanacak, çevresel faktörler de böylelikle ancak belirli bir bölgede etki gösterebilecek. Bu amaca yönelik olarak, magnezyum silikatlarca zengin serpentin ya da olivin kayalar kazılır, ezilir ve öğütülerek CO2'yle tepkimeye sokulabilir. Bu işlemler 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 dışlanabilirse, 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 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.

Atmosferde Artan CO2 Erişimine Ağaçların Tepkisini Ölçen Bir Düzenek

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 sıcaklıkta katı oksit yakıt hücresinde oksitlendirilebilir.

Yoğun su içeren yakıt gazı atığı, döngüyü yinelemek üzere kireç yatağına döner. Bu durumda tesisi terkedecek olanlar, fazla su. kül ve temizleme aşamalarında yakalanan çeşitli 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 depolanamaz. Bu araçlardan çıkan CO2, bu nedenle atmosfere salınıp yeniden yakalanmak zorunda. Halen CO2 yakalamanın en pratik yöntemiyse fotosentez. Kimyasal tutucular (güçlü alkali 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'i boyutlarındaki yeldeğirmenleri, diğerleriyle aynı oranda CO2 hapsederek işlemi oldukça ucuza maledebilir. Gereken tutucu madde döngüsü için 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 hapsi süreçlerinin birbirinden ayrılmasıyla, havadan yakalama işlemi, mevcut fosil temelli enerji altyapısından da, ömrü yettiğince yararlanmayı olanaklı kılar. Böylelikle uzak bölgelerde atık alanları açılarak, atmosferdeki CO2 derişiminin düşmesi bile sağlanabilir.

CO2'yi hapsetme işlemlerinin maliyeti, şimdilik belirsiz. Ancak, CO2'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 değişiklikler, nakil ve yeni alan açma sorunlarını ortadan kaldırıp, CO2’yi havadan yakalamanın yüksek maliyetini telafi edebilir.

Günümüzde CO2 salımının 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.

Lackner, K.S. “A Guide to CO2 Sequestration”
Science, 13 Haziran 2003
Çeviri: Banu B. Tüysüzoğlu

Kaynakça:
Bilim ve Teknik Dergisi
S: 430 Eylül-2003