HAZİRLAYAN:NUR GİDER KONU: ENERJİ KAYNAĞI OLARAK ; BOR VE TORYUM

Transkript

1 HAZİRLAYAN:NUR GİDER KONU: ENERJİ KAYNAĞI OLARAK ; BOR VE TORYUM

2 BOR Elmastan sonra en sert madendir. Stratejik değere sahip Bor minarelleri doğada yaklaşık 230 çeşittir. Bunlardan ticari değere sahip olanları ise boraks (tinkal), kernit (razorit), kolemanit, uleksit, propertit, pandermit ve bor asittir.

3 BOR UN TARİHÇESİ Bor ve türevleri uzun yıllardan beri kullanılmaktadır. Bor tuzlarının 4000 yıl önce ilk kez Tibet'te kullanıldığı, Mısırlılarca mumyalamada, Eski Yunan ve Romalılarca da zemine serpilerek arena temizliği için kullanıldığı saptanmıştır. 875 yılında ise, Araplar ilk kez bor tuzlarından ilaç yapmışlardır.

4 Modern Bor Endüstrisi, 13. yy' da Marco Polo tarafından Tibet' ten Avrupa'ya getirilmesiyle başlamıştır yılında İtalya'da borik asit üretimi başlamıştır. 1852' de Şili' de endüstriyel anlamda ilk boraks madenciliği başlamıştır. Yurdumuzda ise ilk işletmenin 1861 yılında çıkartılan Maadin Nizannamesi uyarınca 1865 yılında bir Fransız şirketine 20 senelik işletme imtiyazı verilmesiyle başladığı bilinmektedir. Türkiye'de Bor Madenleri 1978 yılında devletleştirildikten sonra tamamen Eti Holding tarafından İşletiliyor.

5 DÜNYA BOR REZERVLERİ Bor, yeryüzünde toprak, kayalar ve suda yaygın olarak bulunan bir elementtir. Dünyadaki önemli bor yatakları Türkiye, Rusya ve A.B.D de olup dünya ticari bor rezervleri 4 bölgede toplanmaktadır. Bunlar; ABD Kaliforniya Eyaletinin güneyinde yer alan Mojave Çölü, Güney Amerika da yer alan And Kemeri, Türkiye nin de yer aldığı Güney-Orta Asya Orojenik Kemeri, Doğu Rusya dır.

6 DÜNYADA BOR REZERVİ

7 TÜRKİYE BOR REZERVLERİ Türkiye de bilinen bor yatakları; Kırka/Eskişehir, Bigadiç/Balıkesir, Kestelek/Bursa ve Emet/Kütahya da bulunmaktadır. Türkiye'de rezerv açısından en çok bulunan bor cevherleri tinkal ve kolemanit tir. Türkiye'de önemli tinkal yatakları Kırka'da kolemanit yatakları ise Emet ve Bigadiç civarında bulunmaktadır. Bunlara ilaveten, Bigadiç te az miktarda üleksit rezervi mevcut olup Kestelek te zaman zaman üleksit yan ürün olarak elde edilmektedir. Bor madenlerine sahip olmayan Japonya ve Avrupa ise, Türkiye'den bor madeni ithal ediyor.

8 TÜRKİYE BOR REZERVLERİNİN DAĞİLİMİ (MİNERAL BAZİNDA-2012)

9 BOR ÜRETİMİ Dünya fiili bor üretimi 2012 yılında yaklaşık 4 milyon ton (1.9 milyon ton B 2 O 3 ) civarında gerçekleşmiştir. Dünya Bor Üretiminin Bölgelere Göre Dağılımı (2012)

10 BOR ÜRÜNLERİNİN BAZI KULLANIM ALANLARI Uzay ve Havacılık Sanayi Sürtünmeye-Aşınmaya ve Isıya Dayanıklı Malzemeler Roket Yakıtı Uydular, Uçaklar, Helikopterler, Zeplinler, Balonlar Nükleer Sanayi Reaktör Aksamları, Nötron Emiciler Reaktör Kontrol Çubukları, Nükleer Kazalarda Güvenlik Amaçlı ve Nükleer Atık Depolayıcı Enerji Sektörü Güneş Enerjisinin Depolanması, Güneş Pillerinde Koruyucu olarak, Hücre Yakıtları

11 DİĞER KULLANIM ALANLARI Kozmetik Kauçuk ve Plastik Sanayii Fotoğrafçılık Patlayıcı Maddeler (havai fişek vb.) Antifirizler, hidrolik yağlar Petrol Boyaları, tekstil boyaları Zımpara ve aşındırıcılar Kompozit malzemeler Manyetik cihazlar İleri Teknoloji Araştırmaları (moleküler biyoloji vb.) Mumyalama

12 ENERJİDE KULLANİM Bilimsel çalışmalar, bor ve bor bileşiklerini, hidrojen depolama ve üretiminde kullanılan bir enerji kaynağı konumuna getirmiştir. Bu sebeple, borun, hidrojen ve yakıt pili teknolojileri için önemi giderek artmıştır. Hidrojen, bir bor bileşiği olan sodyum bor hidrürden hiçbir zararlı yan ürün oluşmaksızın üretilebilmektedir. Sodyum borhidrür, ayrıca yakıt pilleri için potansiyel yakıt konumundadır. Bor, ayrıca element halinde, yüksek yanabilirliği sebebiyle doğrudan araçlar için motor yakıtı veya motor yakıtı katkı maddesi olarak da kullanılabilmektedir.

13 BORUN HİDROJEN ÜRETİMİ VE DEPOLANMASİNDA KULLANİMİ Yapısında bor olup hidrojen adsorbe eden ve açığa çıkaran çeşitli maddeler olmasına rağmen, bu konuda söz sahibi olan bor bileşikleri borhidrürlerdir. Bunların içinde sodyum borhidrür en önemlisidir. Sodyum borhidrür, Millennium Cell firması tarafından geliştirilen Hydrogen on Demand (ihtiyaç anında hidrojen) sistemi ile ticari değer kazanmıştır. Bu sistemde, sodyum borhidrür, su ile oda sıcaklığında yüksek basınç olmaksızın reaksiyona girmekte ve hidrojen üretmektedir. Bu reaksiyon, kontrol edilebilir bir ısı salmakta ve zararlı yan ürün ortaya çıkarmamaktadır.

14 Hydrogen on Demand sistemiyle hidrojen üretimi işleminin reaksiyonu şu şekildedir: (Katalizör) NaBH 4 (çöz) + 2H 2 O 4H 2 + NaBO 2 (çöz) + Isı Hydrogen on Demand sisteminde sodyum borhidrür çözeltisi bir yakıt tankında depolanır ve gerektiğinde minyatür bir reaktör içinde hidrojene dönüştürülür. Hidrojen üretimi, çözeltinin reaktör içinde bir katalizör ile kontrollü teması sayesinde kontrol edilir. Hidrojen gazı sonra yan ürün olarak oluşan sodyum meteborattan ayrılır.. Yan ürün olan sodyum metaborat atılmak veya yeniden kazanım için kullanılmış yakıt sahasına gönderilir. Üretilen hidrojen gazı direk olarak sodyum borhidrürün reaktöre pompalanma hızı ile bağlantılıdır. Hidrojen üretim hızı kullanılan katalizör miktarı ile de orantılıdır.

15 HYDROGEN ON DEMAND SİSTEMİNİN AVANTAJLARİ ŞUNLARDİR: Bu yöntemle hidrojen üretimi diğer kimyasal yöntemlere göre daha güvenli, kolay ve kontrol edilebilir özelliğe sahiptir. Hacimsel ve kütlesel olarak depolanabilecek hidrojen miktarı yüksektir. Sodyum borhidrür çözeltisi yanıcı-patlayıcı değildir. Hidrojen üretimi sadece katalizör varsa yapılır. Hidrojen üretim hızı kontrol edilebilir. Gaz halindeki yan ürün sadece su buharıdır. Reaksiyon ürünleri çevre için zararsızdır. Katalizör ve sodyum metaborat tekrar kullanılır.

16 Hydrogen on Demand sisteminin birçok avantajı olmasına rağmen, sistemle ilgili bazı problemler mevcuttur. Kullanılan katalizör oldukça pahalıdır. Sodyum borhidrürün kendisi de pahalı olup sistemin ekonomik olabilmesi sodyum borhidrür üretim maliyetinin düşmesine bağlıdır. 1 mol sodyum borhidrür üretmek için 4 mol sodyum metaline ihtiyaç duyulması üretimi etkileyen ana faktördür.şu an için, yakıt pili ile çalışan bir arabada sodyum borhidrür maliyeti benzin maliyetinin 40 katıdır.

17 HYDROGEN ON DEMAND SİSTEMİYLE HİDROJEN ÜRETİMİ

18 Bilim ve teknoloji çevreleri bir taraftan borhidrürün petrol ve türevleri yerine kullanımının bir çok avantajı olduğunu petrole dayalı dağıtım ve pazarlama sisteminin ve alt yapısının borhidrür kullanımına, keza dağıtım ve pazarlamasına uygun olduğu, alt yapıda herhangi bir değişiklik yapmanın gereksiz olduğunu vurgularlarken, borhidrür ve bundan hidrojen üretim maliyetlerinin petrol türevleriyle rahatlıkla rekabet edebileceğini ifade etmektedirler. Örneğin ABD de Seaworthy Systems ve Millennium Cell tarafından yapılan çalışmalarda, günde ton borhidrür üreten bir rafinerinin 200 milyon doların altında bir maliyetle inşaa edilebileceği. Bu kapasite rafinerinin her gün yakıt pilli aracın yakıt ihtiyacını karşılayacağı ve bu rafineride üretilen borhidrüre taşıtılan 1 kg hidrojenin maliyetinin 2 dolar 34 sent olacağı ifade edilmektedir.

19 BORUN MOTOR YAKİTİ OLARAK KULLANİMİ Hidrojen gibi bazı metaller de enerji kaynağıdırlar ve yandıklarında hiçbir kirletici yan ürün vermeden enerji açığa çıkarırlar. Birim hacim başına hidrojenden daha fazla enerjiye sahiptirler, ortam sıcaklığı ve basıncında depolanıp taşınabilirler, motor içinde yanma performansları yüksektir. Bir metal olarak bor, yandığı zaman diğer metallerden, petrolden ve hidrojenden daha fazla enerji açığa çıkarır. Bor yandığında, petrole göre 5 kez fazla enerji salar.

20 Dolayısıyla, bir araba için pratik bir yakıttır. Boru yakıt olarak kullanacak arabalar çevreye zararlı gaz çıkışı olmayacaktır. Borun yanması sonucu oluşan bor oksit bileşiği daha sonra tekrar bora dönüştürülebilmek için depolanabilecektir. Borun tutuşabilmesi için saf oksijen gereklidir.

21 NÜKLEER UYGULAMALARDA KULLANİM Atom Reaktörlerinde Nötron Absorpsiyonunda Nötron izolatörü Olarak Kullanımı Borlu Paslanmaz Çelik Olarak Kullanımı Nötron Odalarında

22 ATOM REAKTÖRLERİNDE Borlu çelikler, titan - bor alaşımları, borkarbürler veya boral reaktörlerde nötron akımı işinde kullanılır. Paslanmaz borlu çelik, nötron soğurucu olarak tercih edilir. Borlu çubuklar daha çabuk ve düzenli yanar. Bor daha çok seyyar reaktörlerde, yani nötronların soğurulmasının gerekli olduğu yerlerde tercih edilir. Atom reaktörlerinin kontrol sistemleri ile soğutma havuzlarında ve reaktörün alarm ile kapatılmasında bor kullanılır. Aynı zamanda,nükleer atıkların depolanmasında kolemanit kullanılmaktadır.

23 NÖTRON ABSORPSİYONUNDA Atom reaktörlerinde kontrol işlemleri için kullanılan çubuklar, yüksek dayanımlı bir çelik veya alaşımdan üretilir. Tercih edilen malzeme, bor, kadmiyum, hafniyumdur. Bor, atom ağırlığının ve yoğunluğunun düşük olması nedeniyle tercih edilir. Ağırlıkça kadmiyuma göre üç kat daha avantajlıdır. Bor atom çekirdeği, nötronlara karşı oldukça duyarlı olup, onları çok fazla yutabilme niteliğine sahip olduğundan, özellikle nükleer santrallerde kontrol malzemesi olarak kullanılmaktadır.

24 Atom reaktörlerinde borkarbürden yapılan borular emniyet çubuğu olarak kullanılır. Enerji ayarında kullanılan çubuklar, suyla soğutulan bor karbür çubuklarıdır. B 10 atomları, nötron absorbe ederek Li ve He gazı yayınlar. C 12 ve B 11 atomları nötron moderatörü olarak iş görür. Borun en stratejik ve ara hammaddesi özelliğinde olan bu malzemenin en önemli özellikleri, elmastan sonra ikinci sertliğe sahip olması ve nötron absorbsiyon yeteneğidir.

25 TORYUM Toryum (Th) atom numarası 90, 1700 C de eriyen, kurşun renginde, havada bozulmaz, atom enerjisi kaynağı olarak kullanılan radyoaktif bir elementtir.

26 TARİHÇESİ 1828 yılında İsveçli Baron Jons Jakob Berzellus tarafından ortaya çıkarılmıştır,1885 yıllarına kadar pek kullanılamamıştır.1885 yılında Weisbach, Toryum oksitin ısıtıldığı zaman parlak bir ışık verdiğini tespit etmiştir. Nükleer silahların ve santralların geliştirilmesinden sonra, 1946 yılında Th, U a çevrilebildiği ve enerji kaynağı olduğu anlaşılmıştır. Bundan sonra, 1974 de Hindistan ve 1951 de Brezilya kaynaklarını millileştirmiştir arasında Güney Afrika, 1959 dan sonra da Kanada Toryum üretimini elinde tutmuştur.

27 Toryum yaklaşık 60 elementin yapısında bulunmaktadır. Th-232 doğada bulunan dört toryum izotopundan en yaygın olanıdır. Th-232 radyoaktif alfa parçacıkları yaymakta olup uzun bir yarılanma süresine sahiptir. Toryum dünya yer kabuğunda 9.6 ppm oranında bulunan torit (ThSiO4), torianit (ThO2) ve monazit ((Ce, La, Th, Nd, Y)PO4) ten elde edilir. MONAZİT TOZU TORİT

28 DÜNYA TORYUM REZERVİ Toryum rezervine ilişkin doğrudan çalışmalar yapılmadığından, dünya toryum rezervine ilişkin veriler sağlıklı değildir. Dünya toryum rezervi içinde Türkiye'deki toryum rezervinin ilk sıralarda olduğu görülmektedir. Toryum, uranyumdan yer kabuğunda üç-dört kat daha bol bulunmaktadır.

29 TÜRKİYE DE TORYUM Toryum aramaya yönelik ilk çalışma ve havadan proseksiyon 1959 yılında MTA tarafından başladı. Bu çalışma sonucunda Eskişehir in Sivrihisar ilçesinin kuzey batısında Kızılcaören köyü yöresinde Toryum bulundu li yıllarda toryum amaçlı, yılları arasında ise toryuma ilaveten florit (CaF2), barit (BaSO4) ve nadir toprak elementlerine yönelik etütler tamamlanmıştır.

30 ESKİŞEHİR-SİVRİHİSAR TORYUM REZERVLERİ

31 DÜNYA TORYUM ÜRETİMİ Toryumun enerji dışı kullanım alanlarının sınırlı olması üretiminin cazibesini azaltmaktadır. Enerji alanındaki araştırmalar ve yeni küçük taşınabilir toryumlu reaktörlerin gündeme gelmesi ve nükleer silahlardan/bombadan kaçış, Hindistan ve Norveç gibi toryum zengini ülkelerin toryumu alternatif nükleer yakıt olarak görmeleri sonucunda toryum üretimin yakın gelecekte büyük artışlar kaydedeceği de bir gerçektir. Mevcut kayıtlara göre dünya toryum üretiminin büyük çoğunluğunu Hindistan gerçekleştirmektedir.

32 Sivrihisar daki nadir toprak elementleri ve toryum kompleks cevher yatağında yaklaşık 380 bin ton görünür ThO 2 rezervi saptanmıştır. Söz konusu yatağın Yaylabaşı ve Kocayayla sektörlerinde yeterli sayıda sondaj yapılmamıştır. Diğer taraftan, Malatya Hekimhan Kuluncak ta da toryum bulunduğu tahmin edilmektedir. Bütün bu çalışmalar tamamlandığında Türkiye nin toplam toryum rezervinin iki katına çıkma ihtimali bulunmaktadır.

33 TORYUMUN KULLANİLDİĞİ ALANLAR; Yüksek ısıya dayanıklı pota, cam ve seramiklerin üretiminde, Magnezyumla olan hafif ve yüksek sıcaklığa dayanıklı alaşımı nedeniyle roket ve uçakların yapımında, Radar ve mikrodalga fırınların en önemli parçası olan "Magnetron" adlı elektron yayıcı tüpleri üretiminde, Televizyon gibi elektronik araçlarda bulunan tungsten filamanların kaplanmasında kullanılmaktadır. Toryum florür; yüksek sıcaklık seramiklerinde, Toryum oksit; nükleer yakıtlarda, tıpta, Yüksek kaliteli kamera merceklerinde,

34 DÜNYADA TORYUMLU NÜKLEER ENERJİ ÜRETİMİNİN TARİHÇESİ : Toryum nükleer reaktörlerde yakıt olarak nükleer enerjinin doğduğu 1950 li yıllarda başladı. ABD deki önemli Brookhaven, Oak Ridge ve Los Alamos laboratuarlarında Manhattan Projesi devam ettirildi. Th dan U233 eldesiyle nükleer silah üretiminin Pu daha kolay olduğu düşünüldü. 55 kg U de elde edildi : Th un enerji uygulamaları INFCE nin (Uluslararası Nükleer Yakıt Dönüşüm Değerlendirmesi) 1980 tahminlerinden sonra arttı. 900 t Th dan ABD de yaklaşık 1.5 t U233 ayrıldı. Bir çok prototip Th reaktörü ABD, Almanya ve Fransa da inşa edildi t Th zenginleştirildi.

35 2000 yılından Bugüne: Hindistan 1 milyar nüfusuna yerli enerji üretmek için nükleer enerjiyle ilgilenmektedir. Dünyanın ikinci büyük monazit yataklarına sahip olduğundan ( ton monazit) Th reaktörlerle ilgilenmektedir. Ayrıca dünyanın 3. büyük toryum rezervine sahip Norveçli Thor Energy Mart 2007 de toryum yakıtlı nükleer reaktör kurma isteğini açıklamıştır. Thor Energy mevcut nükleer teknoloji ile 2 GW lık yaklaşık 4 milyar $ a Norveç in enerji ihtiyacının %15 ini karşılayacak toryum yakıtlı reaktör yapma isteğini hükümete bildirmiştir. AB, ABD, Kanada; Japonya ve Pakistan toryumlu reaktörlerle ilgilenmektedir.

36 NÜKLEER YAKIT OLARAK TORYUM Radyoaktif U238 ve Th232 arasında çarpıcı benzerlikler vardır. Nötron bombardımanı ile U233 e dönüştürülen Th232 nükleer reaktörlerde daha uzun süre kaldığından daha ucuza elektrik üretiminde kullanılabilmektedir. Böylece kömür ve doğalgazlı santrallar ile nükleer santrallar rekabet edebilir. Bu yakıt aynı zamanda tüm uranyum yakıtlı reaktörlerden daha az atık yaratır.

37 TORYUM YAKITLI REAKTÖRLER Son yıllarda fosil yakıtların sebep olduğu küresel ısınma nükleer enerjiyi tekrar ön plana taşımıştır. Bugün dünyadaki aktif 443 olağan nükleer reaktörün tamama yakını Uranyum yakıt kullanmaktadır. Uranyuma zıt olarak Th parçalanabilir izotoptan mahrumdur. Fakat nötron bombardımanına tabi tutulduğunda verimli/parçalanabilir U233 izotopu verebilmektedir. Th cevheri U233 yakıtı üretir. Daha sonra üretilen bu yakıt reaktörden ayrılır ve aynı reaktöre kapalı devre dönüşüm için tekrar beslenir.

38 Bazı ülkeler toryum yakıtlı gaz/su soğutmalı güç reaktörleri ile ilgili çalışmaları terk etse de 1990 ların ortalarından beri dünyanın önemli toryum rezervlerine sahip Hindistan ve son zamanlarda Norveç toryum yakıtlı reaktörlere ilgisini artırarak sürdürmektedir.

39 TORYUM YAKITLI NÜKLEER REAKTÖRLERİN URANYUM YAKITLI REAKTÖRLERE OLAN AVANTAJLARI Toryum hem daha ucuz hem de doğada uranyuma nazaran üç-dört kat daha boldur. Fazla üretim/tüketim halinde Toryum uranyumdan daha ucuza üretilebilir. Küresel toryum rezervleri dünya enerji ihtiyacımızı binlerce yıl karşılayabilir. Oysa 60 yıllık uranyum rezervi kalmıştır. Toryum yakıtlı reaktörlerde Chernobyl reaktörleri gibi erime sorunu yoktur. Toryum yakıtlı reaktörler geleneksel nükleer reaktörlerden atık olarak çıkan plütonyumu yakabilir. Toryum yakıtlı reaktörlerde yeniden yakıt yükleme süresi uranyumlu reaktörlerden 2-3 kat daha uzundur.

40 SSTAR TORYUM REAKTÖRÜ (4. KUŞAK NÜKLEER REAKTÖRLER) Nobel ödülü sahibi Prof. Carlo Rubbia tarafından, Avrupa Birliği Nükleer Enerji Merkezinde (CERN) tasarlandı. Toryum yakıtı kullanan, hızlandırıcı ile tetiklenen yeni tip nükleer santrallar, henüz deneme safhasında olmasına rağmen geleceğin ana enerji kaynağı olacaktır.

41 SSTAR 4. KUŞAK (TORYUM REAKTÖRÜ) 100 megawat lık küçük, kapalı,taşınabilir, özerk SSTAR reaktörleri 15 yükseklikte, 3 m genişlikte ve 500 ton ağırlığındadır. Hızlı protonlar kurşun hedeften reaktör içinde nötron üretiyor. Bunlar Th232 yi fisil U233 e dönüştürüyor.

42 SSTAR reaktörleri; Kendi kendini yöneten reaktörde sadece birkaç cm koruyucu muhafaza kullanılır, Reaktörde yeni-yakıt besleme ve yanmış yakıt uzaklaştırma için süre harcanmaz, Geleceğin teknolojisi olup, üçüncü jenerasyon reaktörlerden daha ekonomiktir, Yatırım maliyeti düşük, nükleer emniyeti fazla, atık üretimi minimum ve nükleer bomba yapımında kullanılacak plütonyum üretimi daha az

43 YARARLANILAN WEB SİTE ADRESLERİ 1) etiholding.gov.tr - Eti Holding A.Ş. 2) etimaden.gov.tr - Eti Maden İşletmeleri 3)mta.gov.tr - Maden Teknik Arama 4)nüke.hun.edu.tr - Nükleer Mühendisler Derneği 5)ssm.gov.tr - Savunma Sanayi Müsteşarlığı 6) geocities.com - Madencilik İle İlgili Bilgiler 7) 8)data.obitet.net/obitet/alternatif_enerji/Bor.pdf

44 DİNLEDİĞİNİZ İÇİN TEŞEKKÜRLER..