Karbondioksiti Atmosferden Yeraltına Taşımak
Sanayi tesislerinde, taşıtlarda, ev ve iş yerlerinde enerji elde etmek için çoğunlukla kömür, doğal gaz ve petrol gibi fosil yakıtlar kullanıyoruz. Fosil yakıtların yakılması sonucu ise atmosfere sera gazları salınıyor. Atmosferdeki karbondioksit (CO2), metan (CH4), diazot monoksit (N2O) ve ozon (O3) gazları da sera etkisine önemli katkıda bulunur.
Güneş’ten Dünya’ya gelen ışınların bir kısmı atmosfer tarafından uzaya geri yansıtılır, bir kısmı ise yeryüzüne ulaşır. Yeryüzüne ulaşan ışınlar kara ve okyanuslar tarafından soğurularak Dünya’nın ısınmasını sağlar. Isınan kara ve okyanuslardan uzaya yayılan ısı (kızılötesi dalga boyundaki ışınlar) atmosferdeki sera gazları tarafından soğurularak atmosfere hapsedilir. Sera gazları Dünya’nın ortalama sıcaklığının yaklaşık 33°C daha yüksek olmasını sağlar. Sera gazları olmasaydı Dünya’nın ortalama sıcaklığı -18°C olurdu, şu an ise yaklaşık 15°C. Bu sayede Dünya’nın sıcaklığı yaşam için gerekli olan değerdedir. Ancak insan kaynaklı etkinlikler sonucu atmosfere salınan sera gazı miktarının artması atmosferde tutulan ısı miktarını artırır. Dünya’nın ortalama sıcaklığının yükselmesine neden olan bu süreç küresel ısınma olarak isimlendirilir.
Sera gazları tarafından soğurulan kızılötesi dalga boyundaki ışınlar Dünya’nın ısınmasına neden olur.
Fosil yakıtların yanması sonucu açığa çıkan karbondioksit gazı küresel ısınmaya sebep olan en önemli gazlardan biri. Birçok bilim insanı iklim değişikliklerinin etkisinin hafifletilmesi için karbondioksit gazı salımının bugüne göre %50 oranında azalması gerektiğini düşünüyor. Bu nedenle son yıllarda atmosferdeki karbondioksit miktarını azaltmak için yeni yöntemler geliştirilmesine yönelik çalışmalar yapılıyor. Bunlardan biri de karbon yakalama ve depolama yöntemi. Bu yöntemde fosil yakıtların yakılması sonucu açığa çıkan karbondioksit yakalanıyor ve yeraltında uzun süre güvenli bir şekilde depolanarak atmosfere salınması engelleniyor.
Karbondioksit Nasıl Yakalanıyor?
Karbon yakalama yöntemlerinin temel amacı karbondioksitin fosil yakıtların yanması sonucu açığa çıkan gazlar arasından ayrıştırılması. Bu amaçla yanma öncesi yakalama, yanma sonrası yakalama ve oksijenli yakma yöntemleri kullanılıyor.
Yanma, bir maddenin (yakıt olarak isimlendirilir) oksijen gibi yakıcı bir maddeyle tepkimeye girmesi sonucu karbondioksit ve suyun oluştuğu, bu sırada yüksek miktarda enerjinin açığa çıktığı kimyasal tepkimedir.
Yanma öncesi yakalama yönteminde yakıt yüksek basınç ve sıcaklık altında oksijen ve su buharıyla hidrojen ve karbondioksite ayrışmasını sağlayan bir işlemden geçirilir. Bu işlem gazlaştırma olarak isimlendirilir. Oluşan karbondioksit depolanırken hidrojen enerji elde etmek için kullanılır.
Yanma sonrası yakalama yönteminde yakıtın yakılması sonucu açığa çıkan gazlar arasından karbondioksit ayrıştırılır. Bu amaçla genellikle karbondioksiti tutma özelliği olan kimyasal bir çözücü kullanılır. Bu maddeye tutunan karbondioksit yüksek sıcaklıkta ayrıştırılır.
Oksijenli yakma yönteminde yakıt saf oksijenle yakılır. Yanma tepkimesi sonucu açığa çıkan gazlar yüksek oranda karbondioksit ve sudan oluşur. Bu sayede karbondioksit diğer gazlardan kolayca ayrıştırılabilir.
Yakalanan karbondioksit ya endüstride kullanılır ya da yüksek basınçta sıvı hâle dönüştürülerek borularla veya gemilerle güvenilir depolara taşınır. Karbondioksit yiyecek endüstrisinde soğutma, paketli yiyeceklerin raf ömrünü artırma ya da gazlı içeceklere gaz sağlama gibi amaçlarla kullanılabiliyor. Fakat karbondioksitin endüstrideki kullanımı hayli kısıtlı. Bu nedenle ayrıştırma işlemi sonucu elde edilen karbondioksitin tamamı bu süreçlerde tüketilemiyor. Bunu sağlamak için depolama yöntemi kullanılıyor.
Karbondioksit İçin Güvenli Bir Saklama Alanı
Depolanacağı güvenli yere taşınan karbondioksit yerin birkaç kilometre altında gözenekli yapıdaki kayaçlardan oluşan jeolojik yapılara depolanır. Karbondioksitin depolandığı bu kayaç katmanının üzerinde geçirgenliği düşük bir katman bulunur. Bu katman karbondioksitin sızarak yerin yüzeyine ulaşmasını ve atmosfere karışmasını engeller. Derin tuz oluşumları, kömür yatakları, artık kullanılmayan maden yatakları, petrol ve gaz rezervuarları karbondioksitin yeraltında depolanabileceği alanlardandır. Karbondioksit yerin altında süperakışkan hâlde (hem sıvı hem de gaz hâlin özelliklerini taşır) bulunur.
Kömür yataklarında, petrol ve doğal gaz rezervuarlarında depolanan karbondioksit bu alanlardaki petrol ve doğal gazın yeryüzüne çıkarılmasını sağlar.
Karbondioksit okyanusta da depolanabilir. Bu amaçla püskürtme ve çözme yöntemleri kullanılır. Her iki yöntemde de karbondioksit borularla okyanus sularına karışır. Püskürtme yönteminde karbondioksit okyanusun 3000 metre altına verilir. Bu derinlikte sıvı hâle geçen karbondioksit sudan daha yoğun olduğu için suyun içinde göle benzer bir yapı oluşturur ve okyanusta yavaş çözünür. Okyanusta çözünen karbondioksit karbon döngüsünün bir parçası hâline gelir. Çözme yönteminde ise okyanusa salınan karbondioksit hızlı bir şekilde suda çözünür ve karbon döngüsüne katılır.
Özellikle fosil yakıt kullanarak enerji üreten elektrik santralleri atmosfere büyük miktarda sera gazları salar. Karbon yakalama ve depolama sistemlerinin kurulduğu enerji santrallerinde atmosfere salınan karbondioksit miktarı %80-90 oranında azaltılabiliyor.
Kaynaklar:
- Lee, D. S., Carbon dioxide absorbers for food packaging applications, Trends in Food Science & Technology, Cilt 57, Bölüm A, s. 146-155, 2016.
- http://www.yegm.gov.tr/teknoloji/ccs_nedir.aspx
- https://www.environment.gov.au/climate-change/climate-science-data/climate-science/greenhouse-effect
- https://www.c2es.org/content/carbon-capture/