1 TÜRKİYE NİN HİDROKARBON KÖKENLİ ALTERNATİF ENERJİ KAYNAKLARI *Ayşe YILDIRIM, *Pelin HOŞHAN *TPAO Araştırma Merkezi 2.Cad. No:86 Söğütözü, 06100, Ankara, Türkiye yildirima@tpao.gov.tr, phoshan@tpao.gov.tr ÖZET Dünyada bilinen üretilebilir petrol ve doğal gaz rezervlerinin yakın gelecekte azalacağı, arzdaki sorunlar, buna paralel olarak fiyatlarda yükselen trendler ve arztalep dengesizlikleri sebebiyle bilim insanları, enerji sektörü ve petrol şirketleri, yeni alternatif enerji kaynaklarının araştırılmasına yönelme eğilimi göstermektedir. Güncel alternatif enerji kaynakları; güneş, rüzgar, dalga, jeotermal enerjisi olmakla birlikte hidrokarbon kökenli alternatif enerji kaynakları da güncelleğini korumaktadır.türkiye hidrokarbon kökenli alternatif enerji kaynakları bakımından zengin konumdadır. Bu kaynaklar; bitümlü şeyller, kömür kaynaklarıi ve gaz hidratlar olarak tanımlanabilir. Bu makalede hidrokarbon kökenli enerji kaynakları; özellikleri, rezervleri, üretim teknolojileri ve olası potansiyelleri bakımından tartışılmıştır. Bitümlü şeyl; kerojen adı verilen organik madde içeriği olan, ince taneli ve genellikle laminalı (yapraksı) bir yapıya sahip ve değişik jeolojik evreler sonucu oluşmuş düşük poroziteli retorting veya piroliz gibi ısıl yöntemlerle petrol ve gaz türetebilen sedimanter kayaç olarak tanımlanmaktadır. Bu kayaçlar, literatürde petrollü şeyl (oil shale) veya bitümlü şist (bituminous schist) olarak da adlandırılmaktadır. Türkiye'de mevcut bitümlü şeyllerin toplam rezervi, linyit rezervlerinden sonra ikinci sırayı almaktadır. Sürdürülegelen bitümlü şeyl etütleri sonucunda; bugüne kadar Beypazarı(Ankara), Seyitömer(Kütahya), Hatıldağ(Bolu), Himmetoğlu(Göynük-Bolu), Mengen(Bolu), Ulukışla(Niğde), Bahçecik(Kocaeli), Burhaniye(Balıkesir),Beydili (Ankara), Dodurga(Çorum) ve Çeltek(Amasya) gibi sahalarda rezerler belirlenmistir. Yerinde kömür gazlaştırma (UCG) yöntemi, Dünya da uygulanan temiz kömür teknolojisi yöntemlerindendir. UCG yöntemi kalorifik değeri düşük, çıkarılmayan veya jeolojik yapı gereği(yüksek kırılma frekansları, volkanizmalar ve kompleks depolanma/tektonik yapılar) çıkarılamayan kömür yataklarındaki kömürün oksijen ve buhar karışımı (oxidant; hava, zenginleştirilmiş hava, O 2 /H 2 O, CO 2 /O 2...) ile yanıcı gaz (syngas) haline dönüştürülmesinde kullanılan bir yöntemdir. Bu yöntemde kömür yatakları reaktör görevini görmektedir. Böylelikle gazlaştırma yer yüzünde değil, yer altında yapılmaktadır. İşlem yanma değil kısmi oksidasyondur ve elde edilen yanıcı gaz(syngas) kurulan IGCC(Integrated Gasification Combined Cycle) santrallerinde elektrik üretiminde kullanılabildiği gibi özellikle FTS(Fischer-Tropsch ) yöntemiyle sıvı yakıt eldesinde ve kimyasallar üretiminde de kullanılmaktadır. Özellikle sit alanı olarak tespit edilen Trakya Bölgesi ndeki linyit yataklarının yer altı gazlaştırma teknolojisi ile üretime alınabilme olasılığı tartışılmalıdır.
2 Yüksek basınç ve düşük sıcaklık altında bir araya gelerek kafes yapısı oluşturan su moleküllerinin, ortamda serbest halde bulunan gaz moleküllerini kapanlaması sonucu oluşan buz benzeri, genellikle kirli beyaz, kristal yapılı oluşumlara Gaz Hidrat denilmektedir. Ülkemizde Karadeniz ve Akdeniz karasularında geleceğin enerji kaynağı olarak görülen gaz hidrat ve sığ gaz potansiyelleri mevcuttur. Gaz hidrat oluşumları, yapılarının geçirgen olmaması nedeniyle daha derinlerde bulunabilecek olası serbest doğal gaz yatakları için çok uygun bir örtü kaya oluşturmaktadır. Dolayısıyla sadece gaz hidrat değil, altında olabilecek potansiyel serbest doğal gaz gaz rezervleri de hedef alınmaktadır. Enerji şirketi olma vizyonuna sahip olan Türkiye Petrolleri Anonim Ortaklığı(TPAO), Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı(ETKB) çatısı altında; Maden Teknik Arama Enstitüsü(MTA), Türkiye Kömür İşletmeleri(TKİ), Elektrik Üretim Anonim Şirketi(EÜAŞ), ETİ Maden, Türkiye Taş Kömürü İşletmesi(TTK) ve Maden İşleri Genel Müdürlüğü(MİGEM) ile birlikte kurulan komisyonda yer almakta ve ülkemizde bulunan Hidrokarbon Kökenli Alternatif Enerji Kaynaklarının değerlendirilmesi ve Ar- Ge çalışmalarına katkıda bulunmaktadır. Anahtar Kelimeler: Alternatif enerji, hidrokarbon kökenli, gaz hidrat, bitümlü şeyl, yerinde kömür gazlaştırma. HYDROCARBON BASED ALTERNATIVE ENERGY SOURCES OF TURKEY ABSTRACT The known producible oil and gas reserves are assumed to be diminishing or declining in near future. Due to the price rising, imbalances in supply and demand scientists, energy sectors and oil companies tend to their investigation to make researches for new alternative energy sources. The known alternative energy sources are; solar, wind, wave and geothermal. Also, hydrocarbon-based alternative energy sources are important. Turkey is rich in hydrocarbon-based alternative energy sources. These resources are coal, gas hydrates and bituminous shale. In this article the possible potentials, features, reserves, production technologies of hydrocarbonbased energy resources in Turkey are discussed. Oil shale is commonly defined as sedimentary rock containing organic matter which is kerogen and formed as a result of different geological phases. The sedimentary rock of oil shale contains fine grained, low porous, and usually leafy organic matter. Oil shales which is the source of liquid and gaseous hydrocarbon decomposes by pyrolysis or retorting processes. This rock also called as bituminous schist or oil shale in the literature. In Turkey, the current total bituminous shale reserve constitutes the second place after from lignite reserves. As a result of the ongoing bituminous shale studies in Turkey; Beypazarı(Ankara), Seyitomer(Kütahya), Hatıldag, Himmetoğlu(Göynük-Bolu), Mengen(Bolu), Ulukışla(Niğde), Bahçecik(Kocaeli), Burhaniye(Balikesir), Beydili(Ankara), Dodurga(Corum) and Celtek(Amasya) reserves have been determined by several studies.
3 Underground Coal Gasification(UCG) is the one of the new technology for alternative energy sources. UCG is a gasification process carried on low calorific value, non mined or unmineable coal seams due to the geological conditions (high fracture frequencies, volcanics, complex storage/techtonic structures). UCG process converts coal in situ into product gas(syngas) by using oxygen/ steam mixture (air, enriched air, oxygen/water, carbon dioxide/oxygen... ). Here the coal beds react as a chemical reactor, thus gasification process is maintained underground rather than conventional gasification methods. In this process; coal, steam and oxygen are brought together to the combustion temperature for coal and by adjusting the amount of oxygen carefully, the coal is not completely burned but decomposed chemically. The process is a partial oxidation rather than combustion. The resulting mixture (carbon monoxide, hydrogen, carbon dioxide, methane) is UCG gas (syngas) can be used Integrated Gasification Combined Cycle(IGCC) configuration as a supplement and substitue fuel for electricity generation and chemical synthesis resulting in manufacturing of synthetic liquid fuel or chemicals by Fisher-Tropsch method. Gas hydrates are solid iced-like, dirty white color crystalline compounds in which gas molecules are trapped inside voids in hydrogen bonded lattice structure of water molecules. They are formed in high pressure and low temperature conditions. In Turkey, Black Sea and the Mediterranean Sea to be seen as an energy source of the future and is available in shallow gas hydrate potentials. Since gas hydrate structure is not permeable, it is convenient as a cover rock for deeper and possible released natural gas sources. So, not only the gas hydrates but also potential natural gas reserves under the hydrates should be in the target for investigation. Turkish Petroleum Company (TPAO), has a vision being an energy company and taking in the commission to assess the low calorific value lignite reserves in Turkey by clean coal technologies under the roof of Ministry of Energy and Natural Resorces (ETKB) conjuction with General Directorate of Mineral Research and Exploration (MTA), Turkish Coal Enterprises (TKI), Electric Power Resources Survey and Development Administration (EIEI), Electricity Generation CO.INC (EUAS), ETI MINE Works General Management (ETI Maden), Turkısh Hard Coal Enterprises Keywords: Alternative energy, hydrocarbon-based, gas hydrate, bituminous shale, underground coal gasification. 1.GİRİŞ Alışılmış, yaygın kullanımlı (petrol, doğal gaz, kömür, nükleer) enerji kaynaklarının tükenebilirliği, atmosferik/iklimsel çevresel etkileri, giderek artan birim fiyatları, maliyetleri, ülkelere/bölgelere göre dengesiz dağılımları, tedarik ve taşıma riskleri dünya ülkelerini öz kaynaklara ve yeni teknolojilere dayalı alternatif enerji kaynaklarına yöneltmektedir. Linyit ve taş kömürünün gazlaştırılmasından elde edilen yakıtlar, gelecek yıllarda petrol ve doğal gazın yerini alacak en güçlü adaylar olarak görülmektedir. Gaz hidratlar barındırdıkları potansiyel ile geleceğin enerji kaynağı olma konusunda oldukça önemli bir yer tutmaktadır. Yeni ve yüksek verimli bir enerji kaynağı olabilme olasılıkları, derin denizde, sondaj sistemlerinde ve var olan petrol ve doğal gaz üretim boru hatlarında kolayca oluşabilmeleri, gaz hidratları dünya enerji gündemine taşımaktadır. Enerji krizleri ile gündeme gelen bitümlü şeyl ve şeyl
4 petrolü çalışmaları, petrol fiyatlarının en yüksek olduğu dönemlerde değerlendirilmesi gerekli alternatif bir enerji hammaddesi olarak karşımıza çıkmaktadır. Bitümlü şeylden sentetik petrol ve gaz üretimi, termik santrallerde katı yakıt olarak kullanımı başta olmak üzere çeşitli yararlanma olanakları vardır. Bu makalede; hidrokarbon kökenli alternatif enerji kaynaklarından bitümlü şeyllerin, linyit gazlaştırılması ile elde edilen yakıtların ve gaz hidratların özellikleri, rezervleri, üretim teknolojileri, olası potansiyellerine yer verilmiştir. 2. BİTÜMLÜ ŞEYLLER Bitümlü şeyl; genellikle ince taneli, yapraklı yapıda olan ve kerojen adı verilen organik madde içeren, ısıtıldığı zaman sentetik petrol ve gaz üretebilen sedimanter kayaçlara verilen isimdir [1].Dünya da bitümlü şeyl yatakları; çökelme ortamları, organik madde içeriği, kömür ve diğer hammadde kaynakları ile birlikte bulunuşuna göre platform tipi, bataklık ve gölsel tip bitümlü şiştler olmak üzere 3 ana grupta toplanmaktadır. [2],[3]. Dünyadaki bitümlü şeyl kaynaklarının ülkelere göre dağılımı ve miktarları Şekil 1. de görülmektedir [4]. Bitümlü şistler, yeryüzünün çesitli bölgelerinde yaygın olarak bulunmaktadır. Amerika nın doğusundaki Devonian-Missisiphian de bulunan bitümlü şistler, mevcut rezervler içinde en büyük paya sahiptir. Amerika da Utah sınırındaki Kolorado ve Wyoming bölgesinde yaklaşık 800 milyar varil rezerv olduğu tahmin edilmektedir. Bu rezerv Suudi Arabistan petrollerinin yaklaşık 3 katına eşittir [5],[6],[7],[8]. Şekil 1. Dünyadaki bitümlü şeyl kaynaklarının ülkelere göre dağılımı ve miktarları [4] 2.1. Türkiye Bitümlü Şeyl Yatakları Bitümlü şeyllerin jeolojik olarak incelenmelerine 1935 yılında MTA nın kurulmasıyla başlanmıştır. Başlangıçta, bu kayaçlardan petrol üretimi amaç edinilmiştir. Fakat kerojen oranlarının düşük olması nedeni ile petrol üretimine elverişli olamayacakları anlaşılmış ve daha sonra araştırmalara yeniden başlanmış ve halen devam etmektedir. Şimdiye kadar, sadece Seyitömer sahasında 400.000 ton kadar bitümlü şeyl üretilmiş, fakat bu üretimin bir kısmı kömürle karıştırılarak kullanılmıştır. Bügüne kadar, Türkiye de genel jeolojik incelemeleri tamamlanan önemli 13 adet sahadaki toplam olası jeolojik rezerv 555.344.000.000 ton civarında tahmin
5 edilmektedir. Türkiye deki bitümlü şeyl potansiyel sahaları ve özellikleri Tablo 1.ve Tablo 2. de verilmiştir [1],[9]. Tablo 1. Türkiyedeki bitümlü şeyl potansiyel sahaları [9] Saha adı Jeolojik Rezerv (milyon ton) Muhtemel Rezerv Toplam Rezerv (milyon ton) (milyon ton) Ank-Beypazarı 327.684-327.684 KütahyaSeyitömer 83.320 38.850 122.170 Bolu-Hatıldağ 78.372 389.200 467.570 Himmetoğlu 65.968-65.938 Mengen - 50.000 50.000 Balıkesir-Burhaniye - 15.600 15.600 Kocaeli-Bahçecik - 42.000 42.000 Niğde-Ulukışla - 130.000 130.000 Eskişehir-Sarıcakaya - 300.000 300.000 Çorum-Dodurga - 138.000 138.000 Amasya-Çeltik - 90.000 90.000 Beydili - 300.000 300.000 Demirci - 172.000 172.000 Toplam 555.344 1.665.650 2.220.990 Tablo 2. Türkiyedeki bitümlü şeyl sahalarının özellikleri [9] Saha Üst kalorifik değer kcal/kg Top.org.karbon (%) Petrol içeriği( %) Petrol içeriği (lt/ton) Beypazarı 812.07 4.8 5.4 60.0 1.4 Seyitömer 847.90 6.9 5.0 54.3 0.9 Himmetoğlu 4991.88 30.9 43.0 56.0 2.5 Hatıldağ 773.86 5.6 5.3 58.0 1.3 Toplam kükürt % 2.2. Bitümlü Şeyllerin Değerlendirilme Yöntemleri Doğrudan Yakma: Bu kaynakların kömürde olduğu gibi yakılarak değerlendirilmesi mümkün görülmektedir. Ancak yakma esnasında, gerekli havanın aşırısı kullanılsa bile 450ºC ye kadar ulaşan sıcaklıklarda organik yapıda meydana gelen hızlı bozunma ürünlerinin bir kısmı, yanmaya fırsat bulamadan yanma gazları ile beraberce çıkmaktadır. Bu nedenle yakma ile değerlendirme uygun bulunmamaktadır[10],[11]. Piroliz Yöntemi ile Sıvılaştırma: Piroliz işlemi, bitümlü şistlerin inert ortamda ısıl parçalanmaya uğratılarak sıvı ve gaz ürünlere dönüştürülme işlemi olarak tanımlanabilir. Değişik literatürlerde bu işleme retortlama, işlemin gerçekleştirildiği reaktöre de retort denilmektedir.
6 Yer Üstünde Retortlama: Yer üstünde yapılan tüm retortlama işlemleri Şekil 2. deki şemada görülen temel işlemleri içermektedir. Şekil 2. Yer üstünde retortlama işlemleri akım şeması [10],[11] Yeraltında Retortlama: Yeraltında retortlama işlemi özellikle yer üstü retortlama işlemi sonrası oluşan ve çevre sorunu yaratan katı bakiye problemini ortadan kaldırmaktadır. Bu işlemin temel adımları; öncelikle bitümlü şistlerin yer altında parçalanması, gerekli ısıyı sağlamak için ateşleme, daha önce açılmış olan kanalllardan hava gönderilmesi ve oluşan gaz ve sıvı ürünlerin yeryüzüne pompalanmasıdır. Bu yöntemin başlıca dezavantajı; işletme maliyetinin yüksek olmasıdır. Çünkü yer altında bulunan bitümlü şist yatağı gözenekli yapıda olmayıp geçirgenliği de oldukça düşüktür. Bu nedenle önce geçirgen olmayan bitümlü şist yatağının parçalanarak gözenekli hale getirilmesi gerekmektedir. İşletme maliyetinin önemli kısmını bu işlem oluşturmaktadır. Diğer bir dezavantaj ise, gaz akımının kontrolünün güçlüğü ve bunun sonucu olarak bütün ürün veriminin azalmasıdır. Bu olumsuzlukları ortadan kaldırmak için Şekil 3. te verilen oxo sistemi geliştirilmiştir. Bu sistemde her bir yer altı retortu 60m*60m*95m boyutlarındadır. Bu boyutlardaki şist bloğunun yaklaşık % 25 lik kısmı patlama işlemleri sonucu gözenekli hale getirilmektedir. Retort, istenilen oranda gözenekli yapıya geldikten sonra oluşacak ürünleri dışarıya almak ve kızgın hava/su buharı karışımını içeriye pompalamak amacıyla gerekli boru bağlantıları yapılmaktadır. Ateşleme işleminden sonra yatağın üst kısmı yanmaya başlar. Bu esnada oluşan ısının etkisi ile yatağın üst kısımlarında piroliz işlemi başlar ve zaman içinde yatağın alt kısımlarına kayar. Oluşan ürünler daha önceden bağlantıları yapılmış bulunan borular yardımıyla yer üstüne taşınır[10],[11].
7 Şekil 3. Oxo retortunun basitleştirilmiş şeması [10],[11] Bitümlü Şeyllerin Ekstraksiyonu: Piroliz işlemlerine alternatif olabilecek başka bir yöntem de ekstraksiyondur. Bitümlü şistlerde organik yapının değişik çözgen ortamında, kritik altı veya kritik üstü koşullarda bozundurulması esasına dayanan bu yöntemde, çalışma koşullarına bağlı olarak değişik özellikte ve verimde şist petrolü üretilebilmektedir. Farklı çözgenlerle yapılan Soxhlet ekstraksiyonunda verim çok düşük olmaktadır. Yapıdaki organik kısmın çözünebilmesini arttırmak için şistdeki inorganik kısmın uzaklaştırılması gerekmektedir. Bu işlem inorganik asitler ile mümkün olabilmektedir. Ancak bu durumda organik yapı zarar gördüğünden verim düşmektedir. Bu nedenle asit ile işleme sokmak yerine ekstraksiyon işlemini retort içinde yüksek sıcaklık ve basınçlarda gerçekleştirme çalışmaları yapılmış ve oldukça yüksek verimlere ulaşılmıştır [4],[12].. Şekil 4. Bitümlü şeyllerin ekstraksiyon şeması [4],[12] 3. YERİNDE KÖMÜR GAZLAŞTIRMA (UCG) 1995 yılından itibaren dünyanın pek çok ülkesinde yaygın bir şekilde kullanılmaya başlanan Gazlaştırma Teknolojisi bugün en hızlı gelişen enerji teknolojilerinden birisi haline gelmiştir. 28 ülkede 117 ticari ölçekte çalıştırılan gazlaştırma tesislerindeki gazlaştırıcı sayısı 450 adettir [13],[14],[15]. Toplam kurulu gücü 45000 MW olan bu
8 gazlaştırıcı tesislerinde gazlaştırılan kömür, petrol koku, biyokütle ve atıkların yüzdesi sırasıyla %49, %36 ve 15 dir. Bu tesislerden elde edilen gaz ürünlerin %27 si elektrik üretiminde %37 si kimyasalların üretiminde, %36 sı ise sıvı ve gaz yakıt olarak kullanılmaktadır. Petrol fiyatlarının sürekli tırmanışta olduğu, doğal gaz fiyatlarının son iki yılda %100 den fazla artması ve enerji arz güvenliği tehlikesi nedenleriyle ülkemizde artan enerji ihtiyacının karşılanmasında, yerli linyit ve kömürlerimizin kullanımının önemi bir kez daha ortaya çıkmıştır. Ülkemizin bugün belirlenmiş toplam linyit rezervi 13 milyar ton iken, çıkartılmaya hazır rezervi 8.5 milyar tondur ve gazlaştırma yoluyla enerji ve kimyasal madde üretimi için uygundur. Mevcut linyit rezervlerinin ısıl değerleri 1100-4500 kcal/kg olup nem içerikleri yüksektir. Ülkemizdeki linyitlerin kükürt miktarının yüksek oluşundan dolayı, herhangi bir işleme tabî tutulmadan yakılarak değerlendirilmeleri büyük hava kirliliğine yol açmaktadır. Gerek hava kirliliğinden dolayı gerekse bazı üretim tesislerinin hammadde ihtiyacını karşılamak amacıyla linyit kömürlerinin gazlaştırılarak değerlendirilmesi mümkündür. Ayrıca gaz yakıtın taşınması, kömüre nazaran daha kolay ve ucuz olacaktır [13],[16],[17],[18],[19]. UCG prosesi kalorifik değeri düşük, çıkarılmayan veya jeolojik yapı gereği (yüksek kırılma frekansları, volkanizmalar ve kompleks depolanma/tektonik yapılar) çıkarılamayan kömür yataklarının oksijen ve buhar karışımı (oxidant; hava, zenginleştirilmiş hava, O 2 /H 2 O, CO 2 /O 2...) ile yanıcı gaz (syngas CO+H 2 ) haline dönüştürülmesinde kullanılan bir metotdur. Burada kömür yatakları reaktör görevini görmektedir. Böylelikle gazifikasyon yer yüzünde değil, yer altında yapılmaktadır. Yer üstü gazlaştırma verimliliği %40-42 iken yer altı gazlaştırmada verimlilik % 50-55 dolaylarındadır.ucg de kömür buhar ve oksijen ile beraber yanma sıcaklığına getirilir, ancak oksijen miktarının dikkatlice ayarlanması ile kömür tamamen yakılmaz ve kimyasal olarak parçalanır. İşlem yanma değil kısmi oksidasyondur ve elde edilen yanıcı gaz (CO,H 2,CO 2 ve CH 4 ; syngas) elektrik üretiminde kullanılabildiği gibi sıvı yakıt eldesinde ve kimyasallar üretiminde de kullanılmaktadır (Şekil 5.).Elde edilen syngas, daha fazla buhar ile muamele edilerek yüksek miktarlarda hidrojen elde edilebilmekte ve CO CO 2 ye dönüştürülmektedir [20],[21],[22]. Kömür+O 2 +Buhar CO+H 2 +CH 4 +CO 2 UCG de temel işlem;oksidantları göndermek için enjeksiyon kuyusu, oluşan gazları almak için üretim kuyusu açmaktır. Şekil 5. Yerinde kömür gazlaştırma (UCG) şeması [20],[21],[22]
9 3.1. UCG İçin Gerekli Jeolojik Koşullar ve Yer Seçimi Kömürün yaşı/olgunlaşma seviyesi, kömür rezervuarının kompozisyonu (kil, kum,kireçtaşı), rezervuarın geçirgenliği ve gözenekliliği, jeolojik kırık ve çatlak yapıları, lokal jeolojik tabaka ve katmanlar oluşan syngas ın üretim kuyusundan alınabilmesi için çok önemli parametrelerdir. Yukarıdaki verilerin eldesi için; tespit edilen sahada pilot bir kuyu açılarak örnekleme yapılmalı, özellikle 3D sismik ile saha tanımlanmalı, sahada yer altı suları açısından hidrojeoloji modellemesi yapılmalıdır. Yer altı kömür gazlaştırılmasında tercih edilen parametreler Tablo 4. te verilmiştir [20],[21],[22]. Tablo 4. Yeraltı kömür gazlaştırılmasında tercih edilen parametreler Kömürleşme Kömür Katman Yer Altı Kömür Eğim Derinlik Kalorifik Değer Kül miktarı Nem Değeri Kömür Rezerv Derecesi Kalınlığı Katmanı Yayılımı Ortalaması < Alt bitümlü 0,5-30 m 100-600 m 0 o -70 o 30-800 m 1910-7165 kcal/kg < %60 % 40 100 milyon Ton ( 300 m üstü tercih edilir) 3.2. Proses Teknolojisi Avantajları ve Maliyetleri UCG su ile doygunlaşmış derin kömür yataklarına uygulanmaktadır. Bununla beraber su ile doygunlaşmamış su seviyesi üstündeki yataklara da uygulanabilmektedir. Dünyada UCG için iki farklı teknoloji vardır. Birincisi Sovyetler Birliği teknolojisi olarak olarak bilinmekte ve kuyular kömür kaynağına dikey olarak açılmaktadır. Burada ters yanma (reverse combustion linking) metodu uygulanmaktadır. Bu metod 1999-2003 tarihleri arasında Avustralya/Chinchilla daki yüksek küllü kömürlerde kullanılmıştır. Oksitleyici olarak hava ve su kullanılmaktadır. İkinci metod Amerika ve Avrupa Kömür bantlarında test edilmiştir. Petrol/doğal gaz üretim ve kuyu tamamlama teknikleri ile aynı metotdur. Gazifikasyon için oksijen veya zenginleştirilmiş hava kullanılmaktadır. Kullanılan kuyu dibi sondajı dizi elemanları kömür katmanı çevresinde bulunan çatlaklar ve kırıkları tespit eden sensörlere sahip olduğundan bu tip sondaj sayesinde proses kontrolu daha verimli olmakta ve daha kolay kontrol edilebilmektedir [20],[21],[22]. UGC prosesi, yer altında gaz ve ısı depolama kapasitesine sahip bir prosestir. Farklı reaktörlerden gaz kompozisyonları elde edilebilir. Kül veya cürufların uzaklaştırılması işlemi yapılmamaktadır. Çünkü kalıntılar yer altında kalmaktadır. Sıcak yer altı suları reaktörlerin çevresinde ısı koruma görevi yapmaktadır. Böylelikle prosesdeki ısı kaybı minimum seviyelerdedir. Uygulanan basınç yer altı suyunun kömür bantlarına akışını kolaylaştırmakta ve kimyasal reaksiyonlarla yer altı kirliliğini minimuma indirmektedir. Oluşan UCG gazları kullanılan oksidant ve proses koşullarına bağlı olarak CO 2 gazı içermektedir. Bu gaz bilinen bazı yöntemler ile proses sürecinde tutulmaktadır. Tutulan gaz, tükenmiş petrol /doğal gaz rezervuarlarına, derin akiferlere depolanabilmekte (geological sequestration) ve ayrıca EOR(Enhanced Oil Recovery)
10 veya EGR (Enhanced Gas Recovery) olarak da değerlendirilmektedir. UCG gazları konvansiyonel IGCC (Integrated Gasification Combined Cycle) prosesinde %55 lik verim ile kullanılmaktadır. UCG-IGCC proses verimi %43 dolaylarındadır. Dünyadaki kurulu tesislerin fizibilite çalışmaları sonucunda, UCG gazının (syngas) 2Euro-2.5 Euro/GJ olan birim fiyatı, 6Euro/GJ olan doğal gazdan daha ucuzdur. Petrol fiyatlarının 35$/varil i aşması durumunda ekonomik olacağı belirtilmektedir. [20],[21],[22]. 4. GAZ HİDRATLAR Doğal gaz hidratları, gaz moleküllerinin, suyun hidrojen bağları ile oluşturduğu kafes türü kristal yapıdaki boşluklar içinde kapanlanması olarak tanımlanabilir (Şekil 6) [23]. Şekil 6. Kafes yapı içinde kapanlanmış olan metan gazı molekülü Yeryüzünde gaz hidrat halinde bulunan gaz miktarının 10 15 ile 10 18 m 3 arasında olduğu tahmin edilmektedir [24]. Gaz hidratlar Kuzey Amerika kıtasının her iki kıyısı boyunca, Kuzey Denizi nde, Karadeniz in doğu ve kuzey kısımlarında, Hazar Denizi nin güneyinde, Japonya ve Alaska da, Sibirya nın kara kısmında, Doğu Afrika kıyılarında tespit edilmişlerdir. Ayrıca Akdeniz de Antalya Körfezi nde ve Girit Adası civarında gaz hidratların varlığı tahmin edilmektedir. ( Şekil 7). Şekil 7. Bilinen ve tahmin edilen hidrat rezervlerinin yerleri [24]..Japonya Hükümeti 1995 yılında ulusal bir program oluşturarak, JNOC (Japan National Oil Corp.) Kanada nın McKenzie deltası nda sondajla gaz hidrat arama çalışmaları yapmıştır. Bunun yanında 1999 da Hokkaido adası açıklarında sondaj
11 programı başlatılmıştır. ABD nin güneydoğu kıta yamacındaki Blake Platosu nda Yaklaşık 3 bin km 2 lik hızlı çökelme alanında ABD nin yıllık gaz tüketiminin yaklaşık 30 katına eşit metan rezervi saptanmıştır. Gaz hidrat konusunda etkinlik gösteren diğer bir ülke Hindistan da arama ve işletme çalışmaları için GAIL (Gas Authority of India Ltd.) görevlendirilmiştir. Hindistan da gaz hidrat sahaların ruhsatlarının verilmesinde ve bu sahaların geliştirilmesinde şirketlere önemli teşvik programları önerilmiştir. Rusya da Kuzey Sibirya daki Messoyakha sahası üretimin yapıldığı dünyadaki ilk ve tek örnektir. Tundra bölgesinde, permafrost bölgesinde yer almakta olan Messoyakha sahasında hidrat içeren katmanların altında bulunan serbest doğal gaz bölgesine ulaşılmış ve bu seviyelerden yapılan gaz üretimi sonrası elde edilen basınç düşümü sayesinde hidrat yapısı bozunmaya başlamış ve sahadaki üretime katkıda bulunmuştur. 17 yıllık üretim sürecinde sahadan üretilen toplam gazın % 36 kadarının bozunan hidrat yapısından geldiği hesaplanmaktadır [23],[25],[26]. Messoyakha sahasındaki bu deneme dışında doğal gaz hidrat rezervlerinden gaz kurtarımı için bir başka uygulama yoktur ve ticari anlamda bu tür rezervlerden gaz kurtarımının 10-15 yıl gibi bir zaman zarfında başlayabileceği literatürde yer almaktadır. Gerek deniz dibi sedimanları içinde yer alan hidrat rezervlerinin karmaşık ve dağınık yapısı, gerekse hidratın bozunma termodinamiği ve kinetiği konusundaki temel araştırmaların pratik uygulamaya aktarılmasındaki bilnmeyenler bu konuda yeni araştırmaların gerekliliğini öne çıkarmaktadır. Türkiyede bu potansiyelin araştırılması ve rezervin tesbiti konusunda yapılan çalışmalar yetersizdir. 4.1 Gaz Hidratların Üretim Prosesleri Doğal gaz hidrat rezervlerinden gaz kurtarımı için üç ayrı yöntem önerilmektedir: Isısal Kurtarım: Hidrat rezerv sıcaklığının arttırılarak hidratın bozunmasını sağlamayı amaçlayan bu yöntemde rezerve dışarıdan ısı eklenmesinin, sıcak su ve/veya buhar basılması yoluyla yapılması önerilmektedir. Basınç Düşümü: Doğal gaz hidrat rezervi içinde ve/veya altında bulunabilecek serbest gaz veya suyun üretilmesi sonucu oluşacak basınç düşümü sonrası hidratın denge koşulları dışına çıkması hedeflenmektedir. Inhibitör Basımı: Bazı kimyasallar (inhibitörler) hidrat denge sıcaklıklarını daha düşük değerlere taşıyabilmektedirler. Basılacak bu tür kimyasallar ile, hidratın bozunmasına ve gaz kurtarımına katkıda bulunacağı düşünülmektedir. Yukarıda sözü edilen yöntemlerin birlikte kullanılacağı birleşik kurtarım yöntemlerinin en etkin yöntemler olacağı literatürde tartışılmaktadır [27],[28]. 4. SONUÇ VE ÖNERİLER Ülkemizdeki bitümlü şeyl yatakları çoğunlukla Batı ve Orta Anadolu`da yer almakta ve ortalama ısıl degeri 1000 kcal/kg dolayında veya bunun altında kalmaktadır. Kül oranları ise oldukça yüksektir. Bitümlü şeylden petrol üretimi teknik olarak uygulanabilir olmasına karşılık ekonomikliliği tartışmalıdır. Zira bitümlü şeylin %10-15'lik kısmı ancak enerjiye dönüstürülebilir niteliktedir. Bu yüzden zenginleştirme işlemi önem kazanmaktadır. Türkiye'de bitümlü şeyllerden bazı lokal kullanımlar dışında şimdiye kadar yararlanılmamıştır. Ancak günümüzde petrol ve doğal gaz gibi enerji hammaddelerindeki yüksek fiyatlar ve önümüzdeki yıllar içerisinde beklenen
12 yüksek artışlar dolayısıyla bitümlü şeyllerden yararlanma yollarının şimdiden ortaya konulmasını gerektirmektedir. Yerli kaynaklarımızdan olan bitümlü şeyllerin daha etkin ve verimli kullanımı amacıyla ülkemiz enerji politikaları içerisinde bitümlü şeyllere yer verilmeli ve bu konuda gerçeklestirilecek Ar-Ge çalısmaları desteklenmelidir. UCG araştırma ve yatırımları petrol potansiyeli zayıf, kömür rezervleri fazla olan ülkelerde yoğunlaşmıştır. Ülkemiz kömürlerinin UCG ve ticari üretim çalışmalarının yeniden başlatılmasında bugünkü yüksek petrol fiyatlarının tetikleme etkisi altında yarar görülmektedir. Özellikle sit alanı olarak tespit edilen Trakya Bölgesi ndeki linyit yataklarının yer altı gazlaştırma teknolojisi ile üretime alınabilme olasılığı tartışılmalıdır. UCG ile petrol ürünlerine eşdeğer ürün üretilmesine rağmen ilk yatırım maliyetleri yüksek olduğu için her yeni teknolojide olduğu gibi kamu-özel sektör işbirliği olmalıdır. Devlet prim destekleri, vergi indirimleri yaparak amortisman sürecini kısaltmalıdır. Akdeniz de Antalya Körfezi ve Marmara Denizi de doğal gaz yanında gaz hidratların bulunma olasılığının olduğu deniz alanlarımızdandır. Türkiyede bu potansiyelin araştırılması ve rezervin tesbiti konusunda yapılan çalışmalar yetersizdir. Karadeniz; Almanya, Fransa, Rusya ve ABD tarafından son üç yılda yoğun olarak araştırılmaktadır. Karadeniz, Türkiye açısından aramalarda öncelikli bir alan olmalıdır. Karadeniz ve Akdeniz in yapısal durumunun ve mevcut hidrokarbon potansiyelinin uluslararası projeler kapsamında, çeşitli kurumların da katılımıyla ayrıntılı olarak incelenmesinin enerji açısından geleceğe yapılacak en önemli yatırımlardan biri olacağı düşünülmelidir. 5. KAYNAKLAR 1. Şengüler, İ., Asfaltit ve Bitümlü Şeylin Türkiye deki Potansiyeli ve Enerji Değeri TMMOB Türkiye 6.Enerji Sempozyumu 2. Scuten C.S, Coal,Gas and Petroleum, chapter 25,1990,P:795-798 3. Organic Petrography of Oil Shales NATO ASI: Composition and Conversion of Oil Shales 1-4 July 18-31,1993 4. Bsieso, M., Jordan Oil Shale Energy Company A visison Towards Oil Commercialization Colarado School of mines 28 th Oil Shale symposium 13-15 Oct.2008 5. http://fossil.energy.gov/programs/reserves/npr/ 6. http://www.worldenergy.org/publications/ 7. http://www.ceri-mines.org/documents/28thsymposium/presentations08/pres_13-1_bsieso_munther.pdf 8.http://www.fossil.energy.gov/programs/reserves/npr/Secure_Fuels_from_Domestic _Resources_-_P.pdf 9. N.E Altun, C.Hiçyılmaz, J.-Y Hwang,A. Suat Bağcı, M.V.Gök Oil Shales in the World and Turkey Reserves, Current Situation and Future Prospects: A Rewiew Oil Shale, 2006, Vol:23, No:3, pp: 211-227 10. Ballice, L.,Yüksel, M., Sağlam,M, Hanoğlu,C, Mevcut Enerji ve Kimyasal Hammadde Kaynakları Arasında Bitümlü Şistlerin Yeri ve Önemi Ekoloji Çevre,1995,Sayı 14,S: 9-13
13 11. Probstein and Hicks Synthetic Fuels Mc.Graw Hill Chemical Eng. Series,1982,P:322-373 12. http://en.wikipedia.org/wiki/shale_oil_extraction 13. Tolay, M., Enerji Üretiminde Linyit Gazla tırmanın Önemi, Enerji ve Çevre Dünyası Dergisi, Sayı 64, Eylül 2008, İstanbul. 14. Wooten, R., Kerr, C., South Heart SNG Project, Gasification Technologies Conference, 5-8 October 2008, Washington DC 15. http:// www.gasification.org 16. Atakül, H., An Overview of Coal Resources of Turkey, TUBITAK, MRC, April 19, 2007, Gebze,Kocaeli. 17. Tolay, M., Gasification Technologies, Advanced Workshop on Energy for Future, ITU, Istanbul,7-9 December 2006. 18. Okutan, H., Tolay, M., Yamankaradeniz, H., Ekinci, E., Gasification: The Importance of 150 Years Technology in 21. Century, Coal and Energy Seminar, General Management of TKİ, Ankara, 15-16 19. Tolay, M., Clean Energy and Chemical Substance Production by Coal Gasification, ICCI 2007; 13. International Energy, Co-Generation and Environmental Technology Conference, 30-31 May 2007, 20. Aiman, W.R., R.J. Cena, R.W. Hill, C.B. Thorsness, 1980, Highlights of the LLL Hoe Creek No.3 Underground Coal Gasification Experiment., Lawrence Livermore National Laboratory, Livermore, CA. UCRL-83768. 21. Ambrozic, T, and Turk G., 2003, Prediction of subsidence due to underground mining by artificial neural networks Computers an&geosciences 29,627-737 22. Blinderman, M.S., and Jones, R.M., 2002, The Chincchilla IGCC Project to date: UCG and Environment, 2002 Gasification TECHNOLOGİES Conference, San Francisco, USA, October 27-30, 2002. 23. Sloan, E.D. Jr., (1997), Clathrate Hydrates of Natural Gases, Marcel Dekker, Inc.,N.Y 24. Kvenvolden, K.A. (1988), Methane Hydrate-A Major Reservoir of Carbon in the Shallow Geosphere? Chemical Geology, 71, pp. 41-51. 25. Makogon, Y.F., (1988), Natural Gas Hydrates- The State of the Study in the U.S.S.R and Perspectives for Its Use, Third Chemical Congress of North America, Toronto, Ont., June 5-10, pp.18. 26. Mehran,P.D, 2004 Gas Production from Hydrate Reservoirs JPT, SPE 86827 pp 65-71 27. Collett, T.S., (1992), Potential of Gas Hydrates Outlined, Oil and Gas Journal, June 22, pp. 84-87.