Teknolojiden Yararlanarak Bir Gelecek Kurmak Temiz Kömür

Dünya Enerji Konseyi Türk Milli Komitesi
TÜRKİYE 10. ENERJİ KONGRESİ
TEKNOLOJİDEN YARARLANARAK BİR GELECEK KURMAK-TEMİZ
KÖMÜR TEKNOLOJİLERİNDE YENİ BOYUTLAR
Gündüz Ateşok, Mustafa Özer, Fırat Burat, Fırat Karakaş
İstanbul Teknik Üniversitesi, Maden Mühendisliği Bölümü, Cevher-Kömür
Hazırlama ve Değerlendirme Anabilim Dalı, Maslak-İstanbul
ÖZET
Bu çalışmada, kömürün güvenilebilir ve çevresel mücadelede en üst düzeyde
enerji geleceğinde merkezi bir rolde kalmasını temin edecek gelişen temiz kömür
teknolojilerinin yeni boyutlarından bahsedilmektedir. Bu çerçevede; kirletici
emisyonların azaltılması için geliştirilen teknolojiler ile başta gazlaştırma ve
akışkan yatakta yakma teknolojileri olmak üzere verimli kömür yakma teknolojileri
anlatılmaktadır. Ayrıca, çalışmanın son bölümünde, günümüzün ve geleceğin yeni
nesil teknolojileri de özet halinde verilmektedir.
1.GİRİŞ
Enerji, gün geçtikçe büyüyen toplumun ve çağdaşlaşan yaşamın hemen hemen
her bölümünde temel oluşturmuştur. Enerji talebi her geçen yıl artmaktadır.
Uluslararası enerji ajansına (IEA) göre, önümüzdeki 30 yıl içerisinde enerji talebi,
büyük bir kısmı gelişmekte olan ülkelerde olmak üzere %70 oranında artacaktır.
Bununla beraber dünyada 1,4 milyar insan hala elektrikten yoksundur. Bu durum
ve ihtiyaçla baş edebilmek, fosil yakıtlar içerisinde dünya üzerinde en yaygın ve
homojen olarak dağılmış olan kömürü de içerecek şekilde, ulaşılabilir enerji
kaynaklarının mümkün olacak en iyi şekilde değerlendirmesi ile mümkündür.
Kömür dünya enerji sisteminde başrolü üstlenmiştir ve dolayısıyla da küresel
ekonomik ve sosyal gelişmede de başrol oynamaktadır. Bugün kömür dünya
elektriğinin %38 den fazlasını sağlamaktadır ve küresel enerji ihtiyacının da %23
ünü karşılamaktadır. Kömür santrallerinden elde edilen elektrik, önemli
endüstriyel ekonomilerden olan ABD ve Almanya gibi günümüzde en kalabalık ve
en hızlı büyüyen iki ülkesi olan Çin ve Hindistan ekonomilerini de doğrudan
yönlendirmektedir. Önümüzdeki 30 yıl içerisinde kömür tüketiminin her geçen yıl
%1,4 oranında artarak büyümesi beklenmektedir [1].
387
Geniş rezervi, düşük maliyeti sayesinde kömürün ekonomik büyümeye ve sosyal
gelişmeye olan katkısının kesintisiz olarak süreceği konusunda bir şüphe yoktur.
Ancak kömür endüstrisi çevresel sürdürülebilirliğin sorunlarıyla yüzleşmek ve
onları bertaraf etmek durumunda olduğunu kavramak zorundadır.
Başta kömür olmak üzere fosil kaynaklı yakıtların ”sera gazı etkileri” olarak
adlandırılan olumsuzlukları, fosil yakıtlardan enerji üretimi konusunda yeni kömür
teknolojilerinin geliştirilmesine neden olmuştur. Yeni kömür teknolojilerinin ana
özellikleri; yanma gazlarının temizlenerek veya bu gazların oluşumuna belirli
miktarda engel olarak CO2, NOx ve SOx gazlarının atmosfere emisyonunun
azaltılması yanında, termik verimin arttırılarak tüketilen yakıttan daha fazla
elektrik yada faydalı enerji sağlamaya yönelik oluşudur. Bu çerçevede genel
olarak;
•
•
•
•
Baca gazlarının temizlenmesi
Geliştirilmiş pülverize kömür yakılması
Akışkan yataklı kazanlarda kömür yakımı
Kömür gazlaştırılması
teknolojileri, kömürün enerji üretimi için kullanımı aşamasındaki çevreye
zararlarını azaltmada ve kömür yakma verimini arttırmada çok etkili olarak ön
plana çıkmaktadır [2].
2. TEMİZ KÖMÜR TEKNOLOJİLERİ
2.1. Kömür Hazırlama ve Zenginleştirme
Kömür kil, kum ve karbonatlar gibi çeşitli özelliklerde bulunabilen malzemeler
içermektedir. Aynı zamanda kömür hazırlama veya kömür yıkama/temizleme
olarak da bilinen kömür zenginleştirme, daha temiz bir ürün elde etmek için
tüvenan kömürden sözü edilen minerallerin ayrıldığı temizleme işlemidir. Aynı
zamanda kömür, müşteri talepleri doğrultusunda boyutlandırılır. Kömür yıkama
sülfür ve mineral miktarını düşürmek suretiyle kömürün kalorifik değerini ve
dolayısıyla kalitesini artırır.
Kömür hazırlama işlemler dizisi karakterizasyon, serbestleşme, ayrılma ve
düzenlemedir. Karakterizasyon, tüvenan kömür tanelerinin birleşimini tanımlar.
Serbestleşme çıkarılan kömürün kırılması ve öğütülmesi sonucu çok küçük
taneler haline getirilmesidir. Ayrılma, birbirine yakın boyuttaki tanelerin birarada
toplanması ve minerallerin kömürden uzaklaştırılmasıdır. Son olarak düzenleme
safhası gelmektedir ve bu susuzlandırma ve mineral maddelerinden tamamen
ayrılmış ve temizlenmiş olan kömürün depolanmasıdır [2].
388
2.2. Kirletici Emisyonların Azaltılması için Geliştirilen Teknolojiler
Aktif Karbon Enjeksiyonu
Bu teknoloji, kazandan çıkan baca gazı buharına enjekte edilen ve taneler
üzerinde bulunan civa gibi kirleticileri absorbe eden aktif karbonun var olan
tanecik kontrol cihazları yardımıyla tekrar geri alınmasını kapsamaktadır.
Elektrostatik Tutucular
Elektrostatik tutucular kömür yakan termik santrallerde en fazla kullanılan tanecik
emisyonu kontrol teknolojisidir. Partikül ve toz içeren baca gazları tanecikler
üzerinde elektrik alan yardımıyla yük oluşturan toplama levhalarının arasından
yatay olarak geçerler. Bu tanecikler daha sonra toplama levhalarında birikirler.
Kuru elektrostatik tutucularda topaklanmış taneler darbe ve titreşimle toz halinde
toplanırlar. Yaş elektrostatik ayırıcılarda ise tanecikler sprey yardımıyla yıkanarak
pülp şeklinde ayrılırlar.
Bez Filtreler
Bez filtreler baca gazındaki tanecikleri sıkıca dokunmuş kumaştan eleme suretiyle
toplarlar. Elektrostatik ayırma ve bez filtreler arasındaki seçim kömürün tipine,
tesis boyutuna, kazan çeşidi ve yapısına göre değişiklik göstermektedir.
Elektrostatik tutucular için çok düşük ya da çok yüksek dirençli olan taneciklerde
bez filtreler kullanılır.
Baca Gazı Sülfür Giderme
Baca gazı sülfür giderme, yanma sonrası oluşan sülfür emisyonunu ortadan
kaldırmak için kullanılır. Bu teknoloji altı ana kategori altında sınıflandırılabilir.
Bunlar, yaş gaz temizleyiciler, spray kuru gaz temizleyiciler, tutucu enjeksiyonu
işlemleri, kuru gaz temizleyiciler, geri dönüşüm işlemleri ve SO2/NOx
emisyonlarının beraberce ortadan kaldırılmasını sağlayan işlemlerdir. Yaş gaz
temizleyiciler daha geniş kullanım alanı bulmuştur. Bu sistemde çoğunlukla kireç
ya da kireçtaşı kaynaklı olan bir alkali tutucu kullanılmaktadır. Temizleme kanalı,
baca gazındaki SO2’nin kireçtaşı pülpüyle tepkimeye girerek alçıtaşı oluşumunu
gerçekleştirdiği yakma kazanı ve baca gazı temizleme bölgesinin, alt tarafına
doğru yerleştirilir.
Sıcak Gaz Süzme Sistemi
Bu sisteme göre geleneksel tanecik emisyonu giderme teknolojilerine göre 5000
1000 C ve 1-2 Mpa gibi daha yüksek sıcaklık ve basınçlarda çalışılmaktadır.
Yüksek sıcaklıklarda çalışmak gazın soğutulması gerekliliğini ortadan
kaldırmaktadır. Siklon, seramik filtreler, yüksek sıcaklık bez filtreleri, tanecik
yataklı filtreler ve yüksek sıcaklık teknolojileri gibi bir dizi teknoloji üzerinde uzun
yıllardır çalışmalar devam etmektedir.
Bunlardan bazıları uygulama aşamasına gelmiştir anacak ticari olarak kullanım
alanı bulabilmeleri için daha ileri gelişmeler gerekmektedir.
389
Seçimli Katalitik İndirgeme ve Seçimli Katalitik olmayan İndirgeme
Seçimli katalitik indirgeme sisteminde amonyak buharı indirgeyici olarak kullanılır.
Amonyak buharı, akan baca gazı içerisine enjekte edilir ve katalizör görevi yapar.
0
0
En uygun sıcaklık genellikle 300 C ve 400 C arasındadır. Seçimli katalitik
indirgeme ile seçimli katalitik olmayan indirgeme arasındaki en önemli farklılık,
seçimli katalitik indirgeme yönteminde kimyasal tepkimeleri hızlandıran bir
katalizörün kullanılıyor olmasıdır. Bu yöntemde seçimli katalitik olmayan
yöntemine göre daha çok düşük sıcaklıklar kullanıldığı için katalizör gereklidir.
0
Seçimli katalitik olmayan yöntem için tipik sıcaklıklarda 870-1200 C olarak
verilebilir [1].
Yaş Tanecik Gaz Temizleyiciler
Tanecik kontrolü için yaş gaz temizleyiciler, çoğunluğu ABD’de kurulu bulunan,
sınırlı sayıda kömür yakan termik santrallerde kullanılmaktadır. Bu yöntemde
SO2’ye ek olarak uçucu kül de tutulur. Damlacıklar oluşturmak için baca gazının
içerisine su enjekte edilir. Daha sonra uçucu kül tanecikleri bu damlacıklara
çarparlar ve tekrar düzenlenip kullanılacak yaş yan ürün oluşur. Yaş tanecik gaz
temizleyiciler %90-99,9’luk bir temizleme verimine sahiptir [1].
2.3. Verimli Yakma Teknolojileri
Pulverize Kömür Yakma
Günümüzde geleneksel olarak kömür yakarak güç üretimi sistemi, pulverize
kömür yakma şeklindedir. Yüksek kül içeriklerinden dolayı her zaman uygun
olmamalarına karşın,bu sistemde çok çeşitli kalitedeki kömürler kullanılabilir.
Pulverize kömür yakma ile çalışan termik santrallerde öncelikle kömür, öğütülerek
toz haline getirilir. Toz haline getirilmiş olan bu kömür daha sonra yüksek
sıcaklıklarda yakılacağı fırına püskürtülür. Elde edilen sıcaklık, buhar türbinini
döndürecek ve jeneratörü çalıştıracak olan buharın üretimi için kullanılır. Bu
sistemde verimler gün geçtikçe yükselmekte ve bunun sonucunda da emisyonlar
azalmaktadır.
Akışkan Yatakta Yakma
Çeşitli uygulama şekillerine sahip akışkan yataklı yakma (FBC), SOx ve NOx
emisyonlarını %90 hatta daha da fazla oranda azaltabilmektedir. Akışkan yataklı
yakma sisteminde kömür, akışkan bir havanın içinde ısıtılmış ve askıda duran
taneciklerden oluşan bir yatakta yakılmaktadır. Yüksek hava akımı hızlarında bu
yatak bir akışkan gibi davranarak tanelerin çok hızlı bir şekilde karışmasına neden
olur. Bu akışkan hareket, nispeten düşük sıcaklıklarda kömürün tamamıyla
yanmasına olanak sağlar. Akışkan yataklı yakma sistemleri sahip olduğu yakıt
esnekliği ile hemen hemen yanabilen her türlü malzemeyi yakıt olarak kullanabilir.
Örneğin ABD’de Akışkan yataklı yakma sistemlerinde kömür atık yığınları giderek
artan bir oranda kullanılmakta ve bu sayede çevre için problem teşkil edebilecek
bir hadise, yararlı bir enerji kaynağına dönüştürülmektedir.
390
Akışkan yatakta yakma teknolojisinde, son 10 yılda katı pülverize kömür yerine
pülp halinde kömür-su karışımlarının yakılması da benimsenmiş olup, bu
sistemde çalışan pek çok santral gerçekleştirilmiştir.
Çevrimli Akışkan Yataklı Yakma
Çevrimli akışkan yataklı yakma sistemi; düşük kalitede, öğütülmesi zor ve
değişken yanma karakterlerine sahip yüksek kül içerikli kömürler için, düşük NOx
ve SOx emisyonlarına ulaşıldığından tercih edilmektedir. Örneğin, Puerto
Rico’daki AES Guyama işletmesindeki çevrimli yataklı yakma sistemi üniteleri,
Dünyadaki en temiz kömür yakma üniteleridir. ABD’ de söz konusu teknoloji bir
çok santralde 1990 yılından beri başarı ile uygulanmaktadır. Sistem içersinde,
yanma odasından dışarı çıkartılan katı malzeme ile gazı birbirinden ayırır ve
katılar sisteme geri gönderilir. Kömürün ve emici maddelerin (kireçtaşı gibi) sürekli
devri sonucunda iyi bir karışma sağlanır ve katı ile gazların temas süreleri
arttırılmış olur. Böylece kömürden yüksek oranda fayda sağlanmış olunur ve
sülfür yakalama verimi arttırılır.
İlk süperkritik çevrimli akışkan yataklı yakma sistemine sahip termik santral
Polonyanın güneyinde PKE’s Lagisza ya kurulmaktadır. Santral zamanının en
büyük çevrimli akışkan yataklı yakma sitemine sahiptir (460 Mw’lık) ve çevrimli
akışkan yataklı yakma sisteminin geleceğini temsil etmektedir. Santralın işletmeye
alınma zamanı 2006 yılı olarak planlanmıştır ve verim düzeyi halihazırdaki OECD
ortalamasından %7 daha fazla olan %43 civarında seyredecek şekilde
projelendirilmiştir [3]. Çevrimli akışkan yataklı yakma sistemi küresel pazarda güç
üretiminde, önemli bir paya sahip olma yolunda muhtemelen akışkan yataklı
yakma siteminin en cazip şeklidir.
Basınçlı Akışkan Yataklı Yakma
Dünyanın en büyük basınçlı akışkan yataklı yakma sistemine sahip termik santral
Japonyadaki Kyushu Elektrik’in sahibi olduğu 360 Mw’lık Karaita Termik Santrali
yeni ünite 1’dir. Basınçlı akışkan yataklı yakma sitemi ticari olarak 2001 yılında
faaliyete geçmiştir ve 1988 yılında devreden çıkartılan ağır yağ yakan birimin
yerini almıştır. Klasik bir basınçlı akışkan yataklı yakma sisteminin akım şeması
Şekil 1’de verilmiştir.
Termik santraldeki tesisler SOx emisyonlarını azaltma amaçlı sülfür giderme,
düşük sıcaklık yanması ve NOx emisyonlarını azaltmak için azot giderme
ekipmanları, toz emisyonunu azaltmak için iki aşamalı siklon ve elektrostatik
tutucu olarak belirtilebilir. Termik santral %41 civarında net verime ulaşma
başarısını göstermiştir.
Yeni oluşturulan Basınçlı akışkan yataklı yakma ünitesi eski ağır yağ yakan
sistemle karşılaştırıldığı zaman çok önemli bir çevresel iyileşmenin olduğu
görülebilir. Yeni sistem NOx emisyonlarını %70, SOx emisyonlarını%54 ve tanecik
emisyonunu da %50 oranında azaltmıştır. Aynı zamanda, CO2 emisyonunda bir
düşüşe neden olan %11’lik bir verim artışı gerçekleşmiştir.
391
Süperkritik ve Ultrasüperkritik Termik Santral Teknolojisi
Süperkritik pulverize kömür yakan bir termik santral geleneksel pulverize kömür
yakma sistemine göre daha yüksek buhar sıcaklığında ve basıncında
çalışmaktadır ve %45 gibi daha yüksek bir verime kadar çıkabilir. Bu yüzden de
daha düşük emisyonlara sahiptir. Çok yüksek sıcaklık ve basınçta çalışan bir
ultrasüperkritik termik santralden, %50’lere kadar çıkabilen daha da yüksek
verimler beklenmektedir [1].
Şekil 1. Basınçlı Akışkan Yatak Yakma Sisteminin Akım Şeması.
Süperkritik termik santraller ilk yatırım maliyetlerinin yalnızca çok az miktarda
geleneksel sistemden yüksek olması ve yükselen verimle birlikte ortaya çıkan,
önemli oranda daha az birim yakıt maliyetleri ve pek çok durumda daha uzun süre
kullanılabilirlikleri ile günümüzde, pek çok ülkede ticari olarak değer görmektedir.
Tüm Dünyada bir kısmı gelişmekte olan ülkelerde olmak üzere 400’den fazla
süperkritik termik santral bulunmaktadır. Örnek olarak Çin’de 2x600 MW’lık
Shanghai Shidongkou kömür yakan termik santrali 1990 yılının başlarında
işletmeye alınmıştır ve günümüzde Çin, yeni termik santraller için standart olarak
süperkritik sistemi kurmaktadır.Çin’de halihazırda çalışır durumda 9 adet
süperkrirtik termik santral bulunmaktadır. Ayrıca yapım aşamasında 16 adet ve
gelecek için yapılması planlanan 8 adet daha süperkritik termik santralle toplam
olarak 21 GW’lık bir kapasiteye ulaşılacaktır.
Gazlaştırma
Kömürün gazlaştırılması uzun yıllardır kullanılmaktadır. Kömürün gazlaştırılması ilkel
olarak dünya çapında 100 sene önce kullanılmış ve bir gazlaştırma endüstrisi 2.
Dünya savaşında Almanya’nın kömür temelli ulaşım yakıtını üretmiştir.
392
Günümüzde kömür gazlaştırılmasının arttığı gözükmektedir. ABD’de bir Texaco
gazlaştırıcısı Kingsport, Tennessee’de bulunan Tennessee Eastman kimyasal
tesisinde ticari amaçla kullanılmakta ve Metanol elde etmek için sentez gaz
üretmektedir. Kuzey Dakota’da Dakota Gazlaştırma tesisinde 2. Dünya Savaşındaki
gelişmiş gazlaştırma teknolojileri temel alınarak doğal gaz ve kimyasallar
üretilmektedir.
Deniz aşırı ülkelerden Güney Afrika Cumhuriyeti’nde ise yine çoğunlukla 2. Dünya
Savaşındaki gelişmiş gazlaştırma teknolojileri temel alınarak kimyasal ve ulaşım yakıtı
üreten endüstriler bulunmaktadır. Bir kombine çevrimli entegre gazlaştırma güç
santrali de Hollanda’da işletilmektedir. Ticari anlamda birçok Alman gazlaştırıcısı
mevcuttur. Çin Halk Cumhuriyeti’nde Texaco gazlaştırıcıları ticari olarak çalışmakta
veya yapımı planlanmaktadır [1].
Gelişmiş gazlaştırma ve kombine çevrimli entegre gazlaşırma (IGCC) teknolojisi
gelişimi 1960’larda ABD’de başlamıştır. Birinci amaç olarak, doğal gaz ve petrol
fiyatlarındaki artış ve yokluğu karşılayabilecek kömür temelli teknolojilerin geliştirilmesi
gelirken, ikincil olarak daha verimli temiz kömür güç santrallerinin işletilmesi
gelmektedir. Modern IGCC teknolojisi ABD hükümeti ve endüstrinin bu ihtiyaçlarına
bir cevaptır. Bazı sistemler gaz türbin sistemli elektrik güç üretimi için bir yakıt üreten
geliştirilmiş basınçlı kömür gazlaştırıcılarını kullanmaktadır. Bu sistemde, sıcak gaz
türbini egzozu buhar üreterek ilave elektrik sağlar. Bir gazlaştırıcının ilk ticari ölçekli
kullanımı Kaliforniya’da bir Birleşmiş Devletler IGCC projesi olan Soğuk Su
Projesinde olmuş ve Texaco kömür gazlaştırma teknolojisi temel olarak alınmıştır. En
büyük desteği Birleşmiş Devletler Sentetik Yakıtlar Kurumu, Güney Kaliforniya
Edison Company, Elektrik Gücü Araştırma Enstitüsü ve diğerleri tarafından alan
Soğuk Su Projesi IGCC’nin fizibilitesini içerdiği olağanüstü çevresel performans ile
sağlayan araçtır [4].
Jet uçak motorlarının gelişimi gaz türbinlerinden güç üretiminin bir sonucudur.
Başlangıçta uç amaçlı yarar, güvenilirlik, verim ve üretim için geliştirilmiştir.
Günümüzde ise orta dereceli elektrik üretimini sağlamaktadır. Gaz türbinleri ve
IGCC’lerin gelecekteki güç üretiminde önemli payı bulunacaktır.
Kömürün gazlaştırılması ve gaz türbin teknolojilerindeki çok büyük gelişmeler, atık
ısıyı verimli olarak yeniden elde eden ve kullanan yüksek dereceli sistem
entegrasyonundan dolayı günümüzün IGCC’leri yeterli bir konumdadır. Bir IGCC güç
santralinde gaz temizleme işlemi kömür kullanarak elektrik üreten termik santrallere
göre daha ucuzdur. Daha az hacimli gaz temizleneceği için daha küçük aygıtlara
ihtiyaç duyulmaktadır. Çünkü kirleticiler yanma işleminden önce basınca maruz
bırakılmış baca gazından temizlenmektedir. Buna karşın, havadaki nitrojen
varlığından dolayı kömürle çalışan elektrik santrallerinden çıkan baca gazının hacmi
çok daha büyüktür. Çünkü, baca gazı atmosferik basınçta temizlenir. Atmosferik
emisyonlar, sentetik gazlardan sülfürün ve diğer kirleticilerin çok etkili olarak
uzaklaştırılması için kullanılan, kanıtlanmış teknolojilerden daha düşük değerlerdedir.
Temiz kömür teknolojilerin’de gösterilen ilerlemelerin daha iyi verimliliklere sebep
olacağı umulmaktadır [5].
393
Kombine Çevrimli Entegre Gazlaştırma (IGCC)
Bu sitemde kömür doğrudan doğruya yakılmaz onun yerine syngas adı verilen ve
genel olarak hidrojen ve karbonmonoksitten oluşan bir yapı üretebilmek için oksijen
ve buharla reaksiyona sokulur. Syngas safsızlıklarından temizlenir ve elektrik ve
buhar üretme amaçlı gaz türbininde yakılır. Üretilen buhar tekrar, buhar gücünü teşkil
eder (Şekil 2).
Fabrika tasarımı %50 verimliliği öngördüğü halde IGCC teknolojisi örneğin ortalama
%40 olan yüksek verim düzeyleri sağlar ve bu teknoloji sayesinde NOx ve SOx
emisyonları %95-99 oranında bertaraf edilir. Bu teknolojiyle alakalı bundan sonraki
adımı oluşturacak gelişme, net verimliliğin %56 düzeylerine çıkmasını öngörmektedir.
Bu sayede kömürün çevresel performansı da olumlu yönde etkilenecektir.
Tapma Elektrik Polk projesi, ABD’deki Wabash nehri kömür gazlaştırma projesi ve
İspanya’daki ELCOGAS Puertollano IGCC sistemini de içermek kaydıyla dünya
genelinde 160 adet IGCC sistemiyle çalışan termik santral bulunmaktadır. ABD’de
2020 yılına kadar, 16,500 MWe (megawatt equivalent) ‘lık IGCC sisteminin çalışır
halde olması beklenmektedir [5].
Japonyada 2001 yılında ekonomi ticaret ve sanayi bakanlığı (METI) tarafından 250
MW’lık bir kombine çevrimli entegre gazlaştırma projesi başlatılmıştır. 11 ortaklıkla
müşterek olarak başlatılan temiz kömür gücü Ar&Ge Limited, proje bitiş yılı 2009 olan,
tasarım, yapım ve işletme gibi 3 adet 3 yıllık safhadan oluşan IGCC uygulama
projesini yürütmek üzere kurulmuştur. 1700 t/d ‘lik uygulama fabrikası tanecikler için
filtrasyonu, sülfür giderimi için ise gaz temizleyicileri (scrubbing) kullanacaktır. Sülfür
alçıtaşı halinde kazanılacaktır. Uygulama tesisinin hadeflenen net verimi %42’dir.
Ticari olarak faaliyette bulunacak tesisin tahmin edilen güç sarfiyatı 500-600 Mwe’dir
ve net verimi %48’in üzerindedir [3].
IGCC teknolojisi yüksek verimler ve kirletici oranlarındaki düşüşler için de bir
potansiyel teşkil etmektedir. IGCC teknolojisi karbon yakalama ve depolama sistemini
kullanan ve geleceğin hidrojen ekonomisinin bir parçası olan, gelecekte ultra düşük
emisyonlar sistemi için seçilmiş bir yol olabilir. IGCC’de syngas CO2 ve H2 üretmek
için değiştirilebilir ve daha sonra gaz türbinleri ve yakıt hücreleri vasıtasıyla
gerçekleştirilen güç üretiminde kullanılmak üzere, temiz yakıt ürünü olarak hidrojen
elde etmek için ayrılabilir. Daha sonra CO2 yakalama ve depolama için
yoğunlaştırılmış bir şekilde bulunabilir. Bugünlerde güç üretimi için IGCC uygulamaları
bazıları tarafından, süperkritik PCC ve CFBC gibi diğer temiz kömür teknolojisi
seçeneklerine göre daha az güvenilir olarak değerlendirilmektedir. Eğer bu teknoloji
seçilmiş yol olacaksa bu alanda daha ileri gelişmelere ihtiyacı olacaktır.
Basınçlı Pulverize Kömür Yakma
Basınçlı pulverize kömür yakma, özellikle Almanya’da üzerinde yoğunlaşılan ve
henüz geliştirilme aşamasında olan bir teknolojidir. Geleneksel pulverize kömür
yakma sistemine benzer olarak, bu sistem de çok küçük boyutlara öğütülmüş olan
kömür taneciklerinin yakılması esasına dayanmaktadır. Yanma sonucu oluşan
ısı, elektrik üretmek için buhar türbin-jeneratöründe kullanılacak olan yüksek
394
sıcaklık ve basınçta buhar üretmektedir. Basınçlı baca gazları yakma kazanından
dışarı çıkarlar. Daha sonra, bir sonraki elektrik üretimi ve gaz türbininin
kompresörünü çalıştırmak için, gaz türbinine doğru yayılırlar. Bu yüzden, bu
sistem birleştirilmiş çevrimli bir güç üretimi olarak algılanabilir.
Şekil 2. Kombine Çevrimli Entegre Gazlaştırma Sistemi
US DOE FutureGen Projesi
Elektrik
Hidrojen Boru Hattı
Kömür
Gazlaştırma
CO2 Boru Hattı
Petrol
Rafineri
Boru Hattı
Jeolojik Saklama
Geliştirilmiş
Petrol Kazanımı
Şekil 3. Yeni Nesil Teknolojisi Akım Şeması.
395
2.4. Yeni Nesil Teknolojilerin Geliştirilmesi Ve Ticareti
Önceki bölümlerde bahsedilen en yeni teknolojiler sayesinde artan verim ile
kömür yakarak güç üretiminde açığa çıkan CO2 ‘de kısa ve orta vadede önemli
ölçüde düşüş sağlanacağı görülmektedir. Uzun vadede karbon yakalama ve
depolama (CCS) için geliştirilen teknolojiler, karbonun ekonomik ve çevresel
olarak kabul edilebilir seviyelere düşmesine olanak sağlayacak potansiyelde
olmalarının yanı sıra, gelecekte hidrojene dayalı ekonomilerin oluşmasına da
temel sağlamaktadırlar (Şekil 3).
Bu teknolojiler kömürün yanması veya gaza dönüşmesiyle oluşan buhardaki CO2
‘i yakalayıp depolayarak atmosfere yayılmasını engellerler. Karbon depolaması şu
anda ticari olarak kullanılmasa da bunun için gerekli olan teknolojiler başka
konularda kullanılmaktadırlar.
Açığa çıkan buhardan CO2 yakalanması, gıdaların işlenmesinde ve kimya
endüstrisinde yıllardır saf CO2 üretmek için kullanılmaktadır. Petrol şirketleri, boru
hattı yoluyla pazara sokmadan önce CO2 ‘i doğal gazlardan ayırırlar. Çok çeşitli
CO2 yakalama teknikleri bulunsa da geleneksel bir yöntem olan toz halindeki
kömürün yakılmasıyla çalışan termik santrallerde üretilen düşük CO2
konsantrasyonlu, büyük hacimlerdeki gazlardan CO2 ‘i ayırmak için yeni
teknolojiler geliştirilmesi gerekmektedir. Teknik ve parasal açıdan sorunlar
aşılabilirse “yanma sonrası yakalama” sistemleri, mevcut teknolojilere
uyarlanması sayesinde ekonomik ve pratik bir CO2 azaltma tekniği olacaktır.
CO2 yakalama tekniklerinde maliyeti düşürmenin bir diğer yolu da daha yoğun,
yüksek basınçlı CO2 buharı üretebilmektir. Yanma öncesi yakalama, oksijenli
yakıtların yakılması veya kimyasal döngülü yakma gibi tekniklerle maliyet
düşürülebilir.
Yanma öncesi yakalama, IGCC teknolojisinin uyarlanması ile hidrojenin CO
yerine CO2 ile açığa çıkmasını sağlayarak yapılabilir. Açığa çıkan hidrojen daha
sonra yakıt pillerinde kullanılmak üzere gaz türbininde yakılır. CO2 ise
depolanmak veya kullanılmak üzere yakalanır.
Başka bir alternatif yaklaşım oksijenli yakıtların yakılmasıdır. Bu teknik kömürün
oksijen bakımından zengin bir atmosferde yakılmasıyla saf CO2 gazı elde edilmesi
prensibine dayanır.
Geliştirilmekte olan bir diğer yöntem de kimyasal döngülü yakmadır. Burada
kömür kimyasal bir döngü üzerinden dolaylı olarak yakılır. Havalı yakma kazanı
devamlı döngü halinde olan ve yakıtı su ve CO2 ‘e çeviren katı oksijen taşıyıcısını
kullanır. Suyun yoğunlaştırılmasıyla da sıkıştırma ve sıvılaştırma için uygun saf
CO2 buharı elde edilir.
396
CO2 ‘i Depolama ve Kullanma
Jeolojik depolama ve mineral depolama gibi çeşitli CO2 depolama teknikleri
günümüzde araştırma konusudur.
Jeolojik Depolama
CO2 ‘in yüzey altına enjekte edilerek depolanması büyük miktarlarda CO2 ‘in kalıcı
olarak depolanmasında en çok üzerinde çalışılan tekniktir. CO2 yer altındaki doğal
jeolojik depolara yollanmadan önce daha yoğun bir hale gelmesi için sıkıştırılır.
Depolama bölgesi doğru seçildiği takdirde CO2 uzun süre saklanabilir ve
gözlemlenebilir. Bu saklama taşyatağına sıkıştırılarak ya da bir çözeltide
çözündürülerek yapılabilir.
Tükenmiş petrol ve gaz yatakları jeolojik depolama için önemlidir. Amerikan enerji
kurumuna göre ABD’de tükenmiş gaz yataklarının kapasitesi 80-100 Gt
arasındadır ve bu değer 50 yıldan uzun bir süre ABD’de termik santarllerden
çıkacak CO2 ‘i depolamaya yetecek bir büyüklüktür.
Tuzlu suya doymuş kayalar büyük miktarlarda CO2 depolamak için çok uygundur.
Norveçli şirket Statoil tarafından Norveç’in Sleipner bölgesinde yürütülen bir
projede deniz seviyesinden 800-1000 m derine yılda 1 milyon ton CO2 enjekte
edilmektedir.
Avustralyada’ki tuzlu depolama kapasitesini kapsamlı bir şekilde araştırmak için
GEODISC adlı bir proje yürütülmektedir. Bu projedeki araştırmalar
Avusturalya’daki tuzlu akiferlerin ülekenin bir kaç yüz yıllık CO2 üretimini
saklamaya yeteceğini göstermektedir. 2005-2006 yıllarında Avustralya’da bununla
ilgili bir uygulama projesi başlayacaktır.
Mineral Karbonatlama:
Mineral karbonatlama işlemi CO2’in doğal yollarla oluşan maddelerle reaksiyona
girmesi ve sonuçta doğal yollarla oluşan karbonat mineralleri üretmesidir. Alkali
kayalar, doğal bir CO2 depolama şeklidir ve normalde çok uzun zamanda
oluşurlar. Mineral depolamada bu doğal süreç taklit edilerek reaksiyonlar
hızlandırılmış olur ve CO2 çevreye zararsız katı minerale dönüştürülür. Mineral
karbonatlama halen laboratuar çalışmaları aşamasındadır ve araştırmalar
reaksiyon hızlarını arttırmak üzerine odaklanmıştır.
Jeolojik depolamanın ana amacı CO2’in kalıcı depolanmasıyken, pratikte
ekonomik yararları da vardır. Petrol ve kömür yataklarından metan çıkışının
geliştirilmesi, endüstriye adaptasyonuna yardımcı olmuştur.
Geliştirilmiş Petrol Kazanımı
CO2 petrol üretimini arttırmak için endüstride pek çok alanda halen
kullanılmaktadır. CO2 petrolü yerin alt katmanlarından çıkarmaya yardımcı olarak
kazanımı arttırır. Çeşitli metodlarla üretim geliştirilmezse pek çok petrol alanından
kaynağın yalnızca yarısı veya yarısından da azı çıkarılabilir. Bu yüzden CO2’in artı
bir katkısı vardır.
397
Geliştirilmiş Kömür Yatağı Metanı
Bu yöntem, işletilemeyen kömür damarlarında CO2 depolanmasında ve maden
yatağı metanının değerli bir yan ürün olarak üretilmesinde kullanılır [1].
CO2’in yakalanıp depolanması, enerji kullanımında açığa çıkan CO2’te büyük
oranlarda düşüş sağlar. CCS (Carbon Capture and Storage) yöntemlerinin
maliyetleri diğer yenilenebilir enerjilerle kıyaslanabilecek düzeydedir. Örneğin IEA
GHG’nin bir çalışmasına göre CCS maliyetini 3Usc/kWh olarak tesbit etmiştir. Bu
sayı, 3p/kWh olan İngiltere’nin yenilenebilir kaynaklarının fiyatıyla ya da Alman
Yenilenebilir Enerji Kanunu’nca 9 Euro c/kWh olarak belirlenen rüzgar gücü ile
karşılaştırılabilir [5]. Elbette ki yenilenebilir kaynakların maliyeti gelecekte teknoloji
geliştikçe düşmesi beklenmektedir ancak bu düşüş karbon yakalama ve
depolama için de geçerlidir. FutureGen projesi kömür yakan termik santrallerden
CCS yöntemiyle elektrik elde etmeyi ve bunu yaparken eski teknolojinin
maliyetinden en fazla %10 daha maliyetli olmayı hedeflemektedir.
Kömürden Hidrojen
Hidrojene dayalı enerji sistemleri uzun vadede ümit verici bir seçenektir. Bu
sistemde hidrojen gaz türbinlerinden ve yakıt hücrelerinden elektrik üretmek için
kullanılır.
Hidrojen için en önemli şüphe ulaşılabilirliğidir çünkü hidrojen doğal olarak uygun
miktarlarda bulunmaz. Bu sebepten dolayı hidrojen belli bir işlemler dizisi sonucu
üretilmelidir. Bu iş için fosil yakıtlar mümkün olabilecek tek kaynağı
oluşturmaktadır. Fosil yakıtlar içerisinde en büyük ve yaygın rezerve sahip olan
kömür ihtiyacı karşılayacak miktarda hidrojen üretimi (kömürün gazlaştırılmasıyla)
ve bu tür enerji sistemlerinin gelişmesi ve yayılması için 1.sıradaki adaydır.
Bir takım ülkeler hidrojen programlarını uygulamaya başlamaktadırlar ve
içlerinden pek çoğu Avrupa,USA, Japonya ve Yeni Zelanda kömürü hidrojen
üretimi için bir seçenek olarak algılamaktadır. Avrupa komisyonunun 2005 yılında
gerçekleştirdiği 1,3 milyar Euro’luk projesi, kömürü de içeren fosil enerji
kaynaklarından hidrojen ve elektrik üretimini hedefleyen, söz konusu projelerden
bir tanesidir. Benzer şekilde, US DOE FutureGen programı da 10 yıllık bir zaman
dilimi öngörmüş ve bu süre içerisinde kömürün gazlaştırılması teknolojisi
sayesinde, hidrojen üretileceğini kanıtlayacağını bildirmişti [1].
Bunun çevresel anlamda çekici bir seçenek olabilmesi için kömürden hidrojen
üretimi ve kullanımı CO2 yakalama ve depolamayla birleştirilmelidir.
398
3. SONUÇLAR
Pek çok gelişmiş ülke çevreye duyarlı kömür yakma teknolojileri ile ilgili olarak
epeyce yol kat etmiştir. Özellikle tanecik konsantrasyonunda ve asit
emisyonundaki azalma kömürün kullanımında, kömürün çevreyle uyumsuz bir
yakıt olmadığını göstermektedir.
Verimin artırılmasıyla kömür yakan termik santral kaynaklı CO2 emisyonlarında
önemli ölçüde azalma sağlanmıştır. Sıfır emisyon teknolojisinin geliştirilmesi ve
uygulanmasıyla sürdürülebilir kömür tüketiminde çok daha büyük ölçüde
azalmalara ulaşılacaktır. Sıfır emisyona bir gecede ulaşılamayacağı aşikardır
fakat büyük oranlarda emisyon azaltılmasına yönelik yöntemler geliştirilebilir.
Yeni nesil teknolojilerin geliştirilmesi ve uygulanmasıyla gelecekte, çok çok düşük
emisyon seviyelerine ulaşılabilir. Karbon yakalama ve depolama teknolojisi çok
özel uygulamalar haricinde gerekli teşvik, destek ve çalışma olmadan ticari bir
boyut kazanamayacaktır. Tüm Dünya, sera gazı emisyonlarının düşmesi
gerekliliğine karar vermiş ve bunu hedeflemiştir. Ar-Ge çalışmalarının her kömür
için ayrı ayrı yapılması gereği, çeşitli araştırmacılar tarafından önemle
vurgulanmaktadır.
Uygun çevresel politikalar sayesinde var olan temiz kömür teknolojilerinin
uygulanması ve yeni nesil teknolojilerinin geliştirilmesi ile 21. yy’da enerji
üretiminde çok düşük emisyonlara ulaşılacaktır. Kömür endüstrisi bu amacına
ulaşmak için diğer endüstrilerle işbirliği içerisinde olacaktır.
KAYNAKLAR
[1] World Coal Institute, “Clean Coal Technologhy”, London, 2004.
[2] Ateşok, G., “Kömür Hazırlama ve Teknolojisi” Yurt Madenciliğini Geliştirme
Vakfı Yayını, İstanbul, 2004.
[3] IEA, CCC, 2003c, Clean Coal Technologies, IEA Clean Coal Centre, London
CCT, Clean Coal Technology, Topical Report Number:20, Dept.of Energy, ABD,
2000.
[4] U.S. Department of Energy (DOE) and the Gasification Technologies Council,
“Gasification-World-Wide Use and Acceptance, Jan. 2000.
[5] Federal Environment Ministry, 2000, Act on Granting Priority to Renewable
Energy Source, Berlin.
399