Dünya Enerji Konseyi Türk Milli Komitesi TÜRKİYE 10. ENERJİ KONGRESİ

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 CO 2, NO x ve SO x 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 SO 2 /NO x 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 SO 2 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 500-1000 0 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. En uygun sıcaklık genellikle 300 0 C ve 400 0 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. Seçimli katalitik olmayan yöntem için tipik sıcaklıklarda 870-1200 0 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 SO 2 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), SO x ve NO x 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 NO x ve SO x 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 SO x emisyonlarını azaltma amaçlı sülfür giderme, düşük sıcaklık yanması ve NO x 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 NO x emisyonlarını %70, SO x emisyonlarını%54 ve tanecik emisyonunu da %50 oranında azaltmıştır. Aynı zamanda, CO 2 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 NO x ve SO x 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 CO 2 ve H 2 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 CO 2 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 CO 2 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 CO 2 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 CO 2 yakalanması, gıdaların işlenmesinde ve kimya endüstrisinde yıllardır saf CO 2 üretmek için kullanılmaktadır. Petrol şirketleri, boru hattı yoluyla pazara sokmadan önce CO 2 i doğal gazlardan ayırırlar. Çok çeşitli CO 2 yakalama teknikleri bulunsa da geleneksel bir yöntem olan toz halindeki kömürün yakılmasıyla çalışan termik santrallerde üretilen düşük CO 2 konsantrasyonlu, büyük hacimlerdeki gazlardan CO 2 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 CO 2 azaltma tekniği olacaktır. CO 2 yakalama tekniklerinde maliyeti düşürmenin bir diğer yolu da daha yoğun, yüksek basınçlı CO 2 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 CO 2 ile açığa çıkmasını sağlayarak yapılabilir. Açığa çıkan hidrojen daha sonra yakıt pillerinde kullanılmak üzere gaz türbininde yakılır. CO 2 ise depolanmak veya kullanılmak üzere yakalanır. Başka bir alternatif yaklaşım oksijenli yakıtların yakılmasıdır. Bu teknik kömürün oksijen bakımından zengin bir atmosferde yakılmasıyla saf CO 2 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 CO 2 e çeviren katı oksijen taşıyıcısını kullanır. Suyun yoğunlaştırılmasıyla da sıkıştırma ve sıvılaştırma için uygun saf CO 2 buharı elde edilir. 396

CO 2 i Depolama ve Kullanma Jeolojik depolama ve mineral depolama gibi çeşitli CO 2 depolama teknikleri günümüzde araştırma konusudur. Jeolojik Depolama CO 2 in yüzey altına enjekte edilerek depolanması büyük miktarlarda CO 2 in kalıcı olarak depolanmasında en çok üzerinde çalışılan tekniktir. CO 2 yer altındaki doğal jeolojik depolara yollanmadan önce daha yoğun bir hale gelmesi için sıkıştırılır. Depolama bölgesi doğru seçildiği takdirde CO 2 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 CO 2 i depolamaya yetecek bir büyüklüktür. Tuzlu suya doymuş kayalar büyük miktarlarda CO 2 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 CO 2 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 CO 2 üretimini saklamaya yeteceğini göstermektedir. 2005-2006 yıllarında Avustralya da bununla ilgili bir uygulama projesi başlayacaktır. Mineral Karbonatlama: Mineral karbonatlama işlemi CO 2 in doğal yollarla oluşan maddelerle reaksiyona girmesi ve sonuçta doğal yollarla oluşan karbonat mineralleri üretmesidir. Alkali kayalar, doğal bir CO 2 depolama şeklidir ve normalde çok uzun zamanda oluşurlar. Mineral depolamada bu doğal süreç taklit edilerek reaksiyonlar hızlandırılmış olur ve CO 2 çevreye zararsız katı minerale dönüştürülür. Mineral karbonatlama halen laboratuar çalışmaları aşamasındadır ve araştırmalar reaksiyon hızlarını arttırmak üzerine odaklanmıştır. Jeolojik depolamanın ana amacı CO 2 in kalıcı depolanmasıyken, pratikte ekonomik yararları da vardır. Petrol ve kömür yataklarından metan çıkışının geliştirilmesi, endüstriye adaptasyonuna yardımcı olmuştur. Geliştirilmiş Petrol Kazanımı CO 2 petrol üretimini arttırmak için endüstride pek çok alanda halen kullanılmaktadır. CO 2 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 CO 2 in artı bir katkısı vardır. 397

Geliştirilmiş Kömür Yatağı Metanı Bu yöntem, işletilemeyen kömür damarlarında CO 2 depolanmasında ve maden yatağı metanının değerli bir yan ürün olarak üretilmesinde kullanılır [1]. CO 2 in yakalanıp depolanması, enerji kullanımında açığa çıkan CO 2 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 CO 2 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 CO 2 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