Karbon yakalama ve depolama, CO2‘nin kaynağından ayrıştırılması, taşınması ve uygun noktalarda depolanması gibi süreçleri kapsamaktadır. Karbon yakalama ve depolama (CCS – Carbon Capture and Storage), karbondioksitin endüstriyel ve enerji ile ilgili kaynaklardan alınarak bir depolama yerine taşınması ve atmosferden uzun süreli izolasyonu ifade etmektedir. Karbon yakalama sistemlerinin, küresel ısınma ve iklim değişikliğinin giderek daha büyük çevresel etkilere neden olduğu günümüzde bu sorunlarla mücadeleye büyük katkı sağlama potansiyeli bulunmaktadır.
Karbon emisyonların azaltma seçenekleri arasında enerji verimliliği iyileştirmeleri, daha az karbon yoğun yakıtlara geçiş, nükleer enerji, yenilenebilir enerji kaynakları, biyolojik yutakların iyileştirilmesi ve CO2 dışı sera gazı emisyonlarının azaltılması yer alıyor. Karbon yakalama ve depolama sistemlerinin, emisyonları düşürme maliyetlerini azaltma ve sera gazı emisyon azaltımlarının elde edilmesinde esnekliği artırma potansiyeli bulunuyor. Bu sistemlerin yaygın olarak uygulanması teknolojik altyapı durumuna, maliyetlere, genel potansiyele, teknolojinin gelişmekte olan ülkelere yayılmasına ve transferine ve bu ülkelerin teknolojiyi uygulama kapasitelerine, piyasaları düzenleyen kurallara, çevresel konulara ve insanların ve kurumların konuya bakış açısına bağlı olmaktadır.
Yapılan araştırmalar birincil enerji arzının en azından yüzyılın ortalarına kadar fosil yakıtların hakimiyetinde olmaya devam edeceğini öngörüyor. Hazırlanan birçok enerji modeli mevcut teknolojik seçeneklerin geniş bir atmosferik stabilizasyon seviyeleri aralığına ulaşabileceğini, ancak bu uygulamanın sosyoekonomik ve kurumsal değişiklikleri gerektireceğini de göstermektedir. Bu bağlamda, emisyonların azaltım seçenekleri arasında karbon yakalama sistemlerinin de bulunması, uzun vadede atmosferik istikrar hedeflerine ulaşılmasını kolaylaştırabilir.
Karbon Yakalama ve Depolama
Karbon yakalama sistemleri, büyük karbon kaynaklarına uygulanabilmektedir. Bu sistemlerde CO2 daha sonra jeolojik oluşumlarda, okyanusta, mineral karbonatlarda depolama veya endüstriyel işlemlerde kullanım için sıkıştırılır ve taşınır. Büyük CO2 kaynakları arasında büyük fosil yakıt veya biyokütle enerji tesisleri, başlıca CO2 yayan endüstriler, doğal gaz üretimi, sentetik yakıt fabrikaları ve fosil yakıta dayalı hidrojen üretim tesisleri yer almaktadır. Karbondioksitin potansiyel teknik depolama yöntemleri şunlardır: Jolojik depolama (petrol ve gaz sahaları, madenciliği yapılamayan kömür yatakları ve derin tuzlu su oluşumları gibi jeolojik oluşumlarda), okyanus depolaması (okyanus suyu sütununa ya da derin deniz tabanına doğrudan salınım) ve CO2‘nin inorganik karbonatlara endüstriyel fiksasyonu.
Karbon yakalama ve depolama sistemleri aracılığıyla atmosfere verilen emisyonların azalması, yakalanan CO2 miktarına, enerji santrallerinin veya endüstriyel süreçlerin genel verimliliğindeki kayıptan kaynaklanan artan CO2 üretimine bağlıdır. Bu üretim, yakalama, nakliye ve depolama için gereken ek enerji, karbonun nakliyesinden kaynaklı sızıntılar ve uzun vadede depolamada tutulan CO2 miktarından kaynaklanmaktadır.
Karbon Yakalama Sistemlerinde Mevcut Durum
Günümüzde kullanılan farklı karbon yakalama sistemleri mevcuttur; yanma sonrası, ön yanma ve oksiyakıt (oxyfuel) yakma gibi. Gaz akışındaki CO2 konsantrasyonu, gaz akışının basıncı ve yakıt türü (katı veya gaz), karbon yakalama sisteminin seçimindeki önemli faktörlerdir.
Enerji santrallerinde yanma sonrası CO2 yakalaması, belirli koşullar altında ekonomik olarak uygulanabilir. Mevcut enerji santralinden gelen baca gazlarının bir kısmından CO2‘yi yakalamak için kullanılır. Benzer teknolojiyi kullanan doğal gaz işleme endüstrisinde CO2‘nin ayrıştırılması, halihazırda bazı sektörlerde kullanılmaktadır. Ön-yanma yakalama için gereken teknoloji, gübre imalatında ve hidrojen üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ön yanmanın ilk yakıt dönüştürme adımları daha ayrıntılı ve maliyetli olmasına rağmen, gaz akışındaki daha yüksek CO2 konsantrasyonları ve daha yüksek basınç, ayırmayı kolaylaştırmaktadır. Oksiyakıt yanması henüz doğrulanmas aşamasındadır ve yüksek saflıkta oksijen kullanır. Bu, gaz akışında yüksek CO2 konsantrasyonlarına ve dolayısıyla CO2‘nin daha kolay ayrılmasına; ayrıca oksijenin havadan ayrılmasında artan enerji gereksinimlerine neden olmaktadır.
Büyük miktarlarda CO2‘nin yaklaşık 1.000 km’ye kadar olan mesafelerde taşınması için boru hatları tercih edilmektedir. Yılda birkaç milyon ton CO2‘den daha küçük miktarlar veya deniz aşırı uzak mesafeler için, uygulanabilir olduğunda gemilerin kullanılması ekonomik olarak daha uygun olabilir. CO2‘nin boru hattı taşımacılığı, gelişmiş bir pazar teknolojisi olarak çalışmaktadır. Çoğu gaz boru hattında, akışın yukarı ucunda yer alan kompresörler akışı yönlendirmekte, ancak bazı boru hatları ara kompresör istasyonlarına ihtiyaç duymaktadır.
Karbon yakalama sistemleri için bir diğer konu da kuru karbondioksittir. Bu CO2 formu, CO2 kirletici maddeler içerse bile boru hatları için aşındırıcı değildir. CO2‘nin nem içerdiği durumlarda, korozyonu önlemek ve korozyona dayanıklı malzemeden boru hatları inşa etme maliyetlerinden kaçınmak için CO2 akışından uzaklaştırılır. Sıvılaştırılmış petrol gazlarının nakliyesine benzer şekilde CO2 nakliyesi, belirli koşullar altında ekonomik olarak uygundur, ancak sınırlı talep nedeniyle şu anda küçük ölçekte gerçekleştirilmektedir. CO2 ayrıca demiryolu ve karayolu tankerleriyle de taşınabilmektedir. Ancak bunların büyük ölçekli CO2 taşımacılığı için cazip seçenekler olması pek de ihtimaller dahilinde değildir.
CO2‘nin derin, kara veya açık deniz jeolojik oluşumlarında depolanması, petrol ve gaz endüstrisi tarafından geliştirilen ve petrol ve gaz sahaları ve tuzlu su oluşumları için belirli koşullar altında ekonomik olarak uygulanabilir olduğu kanıtlanmış teknolojileri kullanmaktadır. Fakat bu sistemlerin henüz madenciliği mümkün olmayan kömür yataklarında depolama yapmak için kullanılması mümkün değildir.
Okyanusta karbon depolama potansiyel olarak iki şekilde yapılabilir: CO2‘yi sabit bir boru hattı veya hareketli bir gemi aracılığıyla su sütununa (tipik olarak bin metrenin altında) enjekte ederek ve çözerek veya sabit bir boru hattı veya açık deniz platformu aracılığıyla deniz tabanına bırakarak. Üç bin metrenin altındaki derinliklerde, CO2 sudan daha yoğundur ve CO2‘nin çevredeki ortama çözünmesini geciktirecek bir “göl” oluşturması beklenir. Okyanus depolaması ve ekolojik etkilerinin hala araştırma aşamasında olduğunu belirtelim. Çözünmüş ve dağılmış CO2, küresel karbon döngüsünün bir parçası haline gelecek ve sonunda atmosferdeki CO2 ile dengelenecektir. Laboratuvar deneylernde, küçük ölçekli okyanus deneyleri ve model simülasyonlarında, özellikle asitlikteki artışları (düşük pH) ve bunların deniz ekosistemleri üzerindeki etkilerini içeren teknolojiler ve ilgili fiziksel ve kimyasal olaylar, farklı okyanus depolama seçeneği için incelenmektedir.
Karbon yakalama sistemleriyle ilgili bir diğer çalışma da silikat mineralleri üzerinde yapılmaktadır. CO2‘nin silikat minerallerinde bol miktarda bulunan ve atık akışlarında küçük miktarlarda bulunan metal oksitlerle reaksiyonu, kararlı karbonatlar üretebilmektedir. Teknoloji şu anda araştırma aşamasındadır, ancak atık akışlarının kullanılmasıyla ilgili bazı uygulamalarda ciddi ilerlemeler kaydedilmiştir. Bu çalışmalarda doğal reaksiyonun çok yavaş olduğu görülmüştür. Bu nedenle, çok enerji yoğun olan minerallerin ön arıtımı ile güçlendirilme yapılması önerilmektedir.
Karbon Yakalama Yöntemlerinin Riskleri
CO2 boru hattı taşımacılığına ilişkin yerel riskler, halihazırda faaliyette olan hidrokarbon boru hatlarının oluşturduğu risklere benzer veya daha düşük seviyelerde olabilir. Çoğunlukla nüfus yoğunluğunun düşük olduğu bölgelerdeki mevcut CO2 boru hatları için, kilometre boru hattı başına rapor edilen kaza sayıları çok düşüktür ve hidrokarbon boru hatlarıyla karşılaştırılabilir niteliktedir. Havada hacimce %7-10’dan fazla CO2 konsantrasyonuna maruz kalınması durumunda, ani ve büyük bir CO2 salınımı insan yaşamı ve sağlığı için ani tehlikeler oluşturabilmektedir. CO2‘nin nüfuslu alanlarda boru hattı ile taşınması, rota seçimi, aşırı basınç koruması, sızıntı tespiti ve diğer tasarım faktörlerine dikkat edilmesini gerektirir. Karbon yakalama ve depolama sistemleri için boru hattı tasarımında önemli bir engel öngörülmemektedir.
Mevcut yeraltı bilgilerine dayalı uygun yer seçimi, sorunları tespit etmek için bir izleme programı, düzenleyici sistemler ve CO2 salımlarını durdurmak veya kontrol etmek için iyileştirme yöntemlerinin uygun kullanımı birçok sorunu çözebilmektedir. Bu gelişmelerle jeolojik depolamanın yerel sağlık, güvenlik ve çevre riskleri, doğal gaz depolama ve asit gazının derin yeraltı imhası gibi mevcut faaliyetlerin riskleri bertaraf edilebilmektedir.
Doğal CO2 rezervuarları, CO2‘nin yeraltındaki davranışının anlaşılmasına katkıda bulunmaktadır. Sızıntı olasılığı düşük olan depolama alanlarının özellikleri arasında yüksek geçirimsiz örtü kayaları, jeolojik stabilite, sızıntı yollarının olmaması ve etkili tuzak mekanizmaları yer almaktadır. Bu seistemlerde genellikle iki farklı tipte sızıntı senaryosu vardır: enjeksiyon kuyusu arızası yoluyla ani sızıntı veya terk edilmiş bir kuyuya sızıntı ve tespit edilmemiş faylar, kırıklar veya kuyular yoluyla kademeli sızıntı. Sığ yeraltındaki yüksek CO2 konsantrasyonlarının etkileri, bitkiler ve toprak altı hayvanları üzerindeki ölümcül etkileri ve yeraltı suyunun kirlenmesini içerebilmektedir. Stabil atmosferik koşullarla bağlantılı olarak yüksek akışlar, havada hayvanlara veya insanlara zarar verebilecek yerel yüksek CO2 konsantrasyonlarına yol açabilmektedir. CO2 enjeksiyonunun neden olduğu basınç artışı, küçük sismik olayları da tetikleyebilmektedir.
Jeolojik depolama konusunda halihazırda sınırlı deneyim olsa da, yakından ilişkili endüstriyel deneyim ve bilimsel bilgi, iyileştirme de dahil olmak üzere uygun risk yönetimi için bir temel oluşturabilir. Mevcut risk yönetimi yöntemlerinin etkinliğinin, karbon depolaması ile kullanım için gösterilmesi gerekmektedir. Bir depolama alanında sızıntı meydana gelirse, sızıntıyı durdurmak için yapılan iyileştirme çalışmaları arasında, standart kuyu onarım teknikleri veya CO2‘nin sığ bir yeraltı suyu akiferine sızmadan önce durdurulması ve çıkarılması gibi faaliyetler yer almaktadır. CO2‘nin jeolojik depolanmasıyla ilgili uzun zaman dilimleri göz önüne alındığında, saha izleme çok uzun süreler için gerekli olabilmektedir.
Büyük ölçekli mineral karbonatlaşmanın çevresel etkileri, madencilik faaliyetlerinin ve pratik kullanımı olmayan ürünlerin bertaraf edilmesinin bir sonucu olabilmektedir. Örneğin, bir ton CO2‘nin endüstriyel fiksasyonu 1,6 ila 3,7 ton arasında silikat kaya gerektirmektedir. Mineral karbonasyonun etkileri, büyük ölçekli yüzey madenlerinin etkilerine benzer. Bunlar arasında arazi temizleme, yerel hava kalitesinin düşmesi ve sondaj, toprağın hareket ettirilmesi ve maden artıklarından metallerin derecelendirilmesi ve süzülmesi sonucu etkilenen su ve bitki örtüsü yer alır ve bunların tümü dolaylı olarak habitat bozulmasına da neden olabilir. Çoğu mineral karbonatlama ürününün bertaraf edilmesi gerekir, ki bu da çöplüklere ve ek nakliye ihtiyaçlarının ortaya çıkmasına neden olabilmektedir.