Karbon kullanımı atıkları değere dönüştürür

Karbon yakalama endüstriyel sera gazı emisyonlarını (GHG) azaltma konusunda giderek yaygınlaşan bir çözümdür. Proses egzoz akışlarından yakalanan karbondioksit, genellikle uzun süreli yeraltı depolaması için kaynak noktasından taşınır. Ancak, depolama alanlarının teknolojisi ve sürekli izlenmesi maliyetlidir.

Yakalanan CO₂ masrafların kısmen dengelenmesi amacıyla, sadece depolanmak yerine değer yaratmak için yeniden kullanılabilir. Karbon geri dönüşümü olarak adlandırılan bu uygulama, 2050 yılı net sıfır emisyon hedeflerine ulaşılmasına katkı sağlamayı ve iklim tehditlerini azaltmayı amaçlayan bütüncül bir çözüm olan karbon yakalama, kullanma ve depolama (CCUS) yaklaşımı kapsamında içinde yer almaktadır.

Günümüzde endüstri, atık egzoz akışlarından yıllık 45 milyon metrik ton karbondioksit toplamakta olup, bu miktar tüm sektörlerden kaynaklanan küresel emisyonların yaklaşık %0,1'ine karşılık gelmektedir. Hükümetlerarası İklim Değişikliği Paneli ve Uluslararası Enerji Ajansı'nın iklim modellerine göre, CCUS 2030 yılına kadar yılda 1 milyar metrik ton CO₂ ve 2050 yılına kadar birkaç milyar ton CO₂ yakalayabilir. Bu kapasiteye ulaşıldığında endüstriden ve diğer sektörlerden kaynaklanan karbondioksit emisyonları yaklaşık olarak aynı kalırsa, atmosferdeki sera gazı emisyonları yaklaşık %10 oranında azaltılabilir.

CCUS teknolojileri, proses kalitesini ve güvenliğini sağlamak için kritik noktalarda güvenilir ölçüm gerektirir. Bu ölçümler genellikle seviye, akış, sıcaklık, basınç, sıvı analizi ve giderek artan bir şekilde Raman spektroskopik ve TDLAS analizörleri ile yapılan gaz analizini içerir.

CO₂ yakalamanın yüksek maliyeti göz önüne alındığında, bu gazın önemli miktarlarını değerli bir ürüne dönüştürme yeteneği, CCUS teknolojilerini uygulayan işleyiciler için ilgi çekicidir. Karbon kullanımından faydalanabilecek çok sayıda uygulama ve endüstri bulunmaktadır. Bunlar arasında aşağıdakileri içeren ancak bunlarla sınırlı kalmayan örnekler sayılabilir:

Önemli seviyedeki enerji tüketimi ve karbon ayak izi ile bilinen inşaat endüstrisi, karbon yakalama ve kullanma teknolojilerinden yararlanarak sürdürülebilirliği daha yüksek yapı malzemeleri üretebilir. Geleneksel çimento üretim süreçlerinde malzemeler genellikle ağır fuel oil, kömür, doğal gaz veya diğer atık kaynaklı yakıtlar kullanılarak 1450°C (2642°F) sıcaklığa kadar ısıtılır. Ek olarak, çimento üretiminde genellikle kullanılan kimyasal reaksiyon, kalsiyum karbonatı kalsiyum oksit benzeri bileşiklere dönüştürmeyi gerektirir ve bu işlemde yan ürün olarak CO₂ oluşur. Bu emisyonlar toplam olarak, dünya sera gazı üretiminin yaklaşık %7'sinden sorumludur.

Ancak, bu durum, amine gazı arıtımı yoluyla egzoz akışından karbondioksit toplanarak ve karıştırma işlemi sırasında taze betona enjekte edilerek hafifletilebilir. Enjekte edilen CO₂, beton karışımında bulunan kalsiyum iyonlarıyla reaksiyona girerek, doğal olarak ortaya çıkan bir bağlayıcı madde olan kalsiyum karbonat oluşturur. Böylece betonun basınç dayanımı artar ve karbondioksit kalıcı olarak tutularak jeolojik oluşumlarda depolama ve izleme gereksinimi ortadan kalkar. 

Bu artan beton mukavemeti, inşaat projelerinde malzeme tasarrufu sağlar ve amin işleminin maliyetini kısmen dengeleyecek tasarruflar sağlar. Dahası, CO₂ enjeksiyonu mevcut altyapıda minimum değişikliklerle mevcut beton üretim süreçlerine entegre edilebilir. 

Karbondioksit, betonun temel bileşeni olan sentetik agregaların üretiminde de kullanılabilir ve bu sayede geleneksel olarak topraktan çıkarılan agregaların yerini alabilir. Ayrıca, yeni ortaya çıkan geliştiriciler, üretim sürecinde salınan CO₂ miktarından daha fazlasını emen, biyo-bazlı karbon negatif beton alternatiflerini geliştirme yolunda araştırmalar yürütüyorlar.

Fosil yakıtlara büyük ölçüde bağımlı olan nakliye sektöründe, karbon kullanımı sayesinde sürdürülebilirlik açısından önemli faydalar elde edilebilir. Çeşitli kimyasal işlemler sayesinde, yakalanan CO₂, metanol ve sürdürülebilir havacılık yakıtı (SAF) gibi yenilenebilir yakıtlara dönüştürülebilir ve bu da endüstrinin karbon ayak izinin azaltılmasına yardımcı olur.

Yakalanan karbondioksit, yüksek sıcaklık ve basınç altında bir katalizör yardımıyla yeşil hidrojen ile reaksiyona sokularak yenilenebilir metanol üretilir. Metanol, otomobiller için doğrudan yakıt olarak veya biyodizel gibi diğer yakıtların hammaddesi olarak kullanılabilir. 

S&P Global, yenilenebilir metanol pazarının 2050 yılına kadar yıllık 400 milyon metrik tona ulaşacağını öngörmekte ve bu da pazarın büyük potansiyelini göstermektedir. Ancak, nakliye endüstrisinde metanol kullanımıyla ilgili olarak özel altyapı ihtiyacı da dahil olmak üzere bazı zorluklar bulunmaktadır. 

Benzer şekilde, havacılık endüstrisi de fosil yakıtlara olan bağımlılığını azaltmak için yakalanan CO₂'den üretilen SAF kullanımını araştırmaktadır. SAF üretmek için, yakalanan karbondioksit önce ters su-gaz dönüşümü adı verilen bir işlemden geçirilerek hidrojenle birleştirilir ve bunun sonucunda karbon monoksit ve hidrojen karışımı olan sentez gazı oluşturulur. 

Daha sonra, sentez gazı Fischer-Tropsch prosesi kullanılarak bir hidrokarbon karışımına dönüştürülür ve hidrokarbon karışımı, safsızlıkları gidermek ve yakıt özelliklerini ayarlamak için hidroişleme tabi tutulur. Havacılık yakıtının enerji içeriği, parlama noktası ve donma noktası gibi özellikleri dikkatle izlenmeli ve kontrol edilmelidir.

Halen geliştirilme aşamasında olan SAF'ın, Uluslararası Hava Taşımacılığı Birliği'nin tahminlerine göre havacılık sektörünün sera gazı emisyonlarını %65 oranında azaltmaya katkıda bulunabileceği öngörülüyor.

Kimya endüstrisi şu anda büyük ölçüde fosil yakıtlara bağımlıdır, ancak karbondioksit birçok durumda alternatif hammadde olarak kullanılarak çok çeşitli kimyasallar ve polimerler üretilebilir. Bunlar arasında gübre üresi, plastikler ve ambalaj malzemeleri bulunmaktadır. 

CO₂, yüksek basınç ve sıcaklık altında amonyakla reaksiyona girdiğinde, amonyum karbamat oluşur. Bu kimyasal madde ayrıştıkça, üre ve su üretir. Bu maddeler işlenerek granül haline getirilebilir ve gübre olarak kullanılabilir. 

Karbondioksit ayrıca polikarbonatların üretiminde de kullanılabilir. Bu dayanıklı ve şeffaf polimerler genellikle elektronik cihazlarda, gözlüklerde ve otomotiv parçalarında kullanılır. Bu polimerler, CO₂'nin bir katalizör ortamında bir tür siklik eter olan epoksitlerle doğrudan reaksiyona sokulmasıyla oluşur. 

Kimya endüstrisinde karbondioksitin bir diğer önemli kullanım alanı da poliüretan üretimidir. Köpükler, kaplamalar ve yalıtım malzemelerinde çok yönlülüğü ve kullanım alanlarıyla bilinen poliüretanlar, geleneksel olarak fosil yakıtlardan elde edilen polioller kullanılarak üretilmektedir. Ancak, işleyiciler bunları karbondioksit bazlı poliollerle değiştirebilir ve geleneksel yakıtlara olan bağımlılığı azaltarak poliüretan ürünlerin karbon ayak izini düşürebilir.  

Döngüsel ekonomi ile ilgili bu sürdürülebilir uygulamalar umut vaat ediyor, ancak karbon yakalama ile ilgili yüksek maliyetler nedeniyle bu uygulamaların geleneksel fosil yakıt bazlı üretim ile rekabet etmesi zor görünüyor. 

Tarım sektörü de üre bazlı gübrelerin uygulanması ve doğrudan kullanımı yoluyla karbon kullanımından faydalanabilir. Karbondioksit gazı, bitki büyümesini artırmak ve verimi iyileştirmek için sera ortamlarını zenginleştirebilir. Ayrıca, yakalanan CO₂ alg yetiştiriciliğinde kullanılabilir ve bu algler biyoyakıt, hayvan yemi ve gıda ürünlerine dönüştürülebilir.

Endress+Hauser enstrümantasyonu, biyojenik CO₂'nin güvenli bir şekilde yakalanmasını, saflaştırılmasını ve sıvılaştırılmasını sağlar. Biyometan tesislerinde güvenilir karbon yakalama sağlayan VERDEMOBIL BIOGAZ ile olan verimli ortaklık hakkında daha fazla bilgiyi burada bulabilirsiniz.

Sürdürülebilirlik konusundaki büyük potansiyeline rağmen, CCUS'un kullanımının önünde önemli engeller bulunmaktadır. Özellikle karbon yakalama teknolojilerinin uygulanması maliyetlidir. Sera gazı emisyonlarını azaltmak için üretimi artırmak, altyapı ve pazar geliştirme alanlarında önemli yatırımlar gerektirecektir. Hükümetler ve sivil toplum kuruluşları muhtemelen gerekli sermayenin büyük bir kısmını karşılamak zorunda kalacaktır. 

Ayrıca, karbon yakalama ve kullanımının genel sürdürülebilirliğini sağlamak için, süreçlerin yenilenebilir kaynaklardan elde edilen enerjiyle çalıştırılması gerekir. CCUS teknolojilerini çalıştırmak için fosil yakıtların kullanılması, çevresel faydaları ortadan kaldırarak ters etki yaratacaktır. 

Zaman içerisinde, araştırma ve geliştirme çalışmaları süreçlerin optimize edilmesine ve verimliliğin artırılmasına yardımcı olacak ve CCUS teknolojisinin işletme maliyetlerini düşürecektir. Özellikle küresel olarak daha fazla şirket ve tüketici sürdürülebilirliğe değer verdiği için, ekonomik uygulanabilirlik veya en azından düşük maliyetli karbon yakalama, bu teknolojinin endüstri genelinde yaygın bir şekilde kabul görmesi için çok önemlidir.  

Karbon yakalama ve kullanımı alanındaki daha fazla araştırma, sera gazı emisyonlarının azaltılmasına ve zararlı bir yan ürünün değerli bir kaynağa dönüştürülmesine yardımcı olabilir. Karbon kullanımı, farklı endüstrilerde karbondioksit emisyonlarını azaltma konusunda çeşitli yollardan birini sunarak daha sürdürülebilir bir geleceğe katkıda bulunur. 

Karbon yakalama endüstriyel sera gazı emisyonlarını (GHG) azaltma konusunda giderek yaygınlaşan bir çözümdür. Proses egzoz akışlarından yakalanan karbondioksit, genellikle uzun süreli yeraltı depolaması için kaynak noktasından taşınır. Ancak, depolama alanlarının teknolojisi ve sürekli izlenmesi maliyetlidir.

Yakalanan CO₂ masrafların kısmen dengelenmesi amacıyla, sadece depolanmak yerine değer yaratmak için yeniden kullanılabilir. Karbon geri dönüşümü olarak adlandırılan bu uygulama, 2050 yılı net sıfır emisyon hedeflerine ulaşılmasına katkı sağlamayı ve iklim tehditlerini azaltmayı amaçlayan bütüncül bir çözüm olan karbon yakalama, kullanma ve depolama (CCUS) yaklaşımı kapsamında içinde yer almaktadır.