Kömür Kullanan Büyük Yakma Tesisleri için met kılavuzu

6.3 CO2 yakalanması ve depolanması

Uluslararası Enerji Ajansı (IEA), 2030'a kadar enerji tüketiminde önemli derecede artış yaşanacağını tahmin etmektedir. Ekonomik hususlar ve arz güvenliği hususları da göz önüne alındığında, bu durum, fosil yakıtların enerji çerçevesinde taşıdığı önemi korumasına neden olacaktır. Ancak, kömür kullanımında küresel ısınmadan kaynaklanan gerekliliklerin de benimsenmesi zorunludur. Kömür gibi fosil yakıtların etkisinin azaltılmasında, teknoloji büyük önem taşımaktadır. Küresel ısınmayı azaltacak en umut vaat eden teknolojilerden birisi de CO₂'nin yakalanması ve depolanmasıdır (CCS).
CO2'nin yakalanması ve depolanması ardındaki bilim ve teknoloji ortada olsa da, henüz CO₂ emisyonlarının azaltılması için geniş çaplı olarak uygulanmasına geçilmemiştir. İklim değişikliğini hafifletecek tam donanımlı bir çözüm olarak CO2'nin yakalanması ve depolanması benimsenecekse, CO₂ yakalama ve ayrıştırma proseslerinde daha da fazla gelişme kaydedilmesi gerekmektedir. Bu teknolojinin ticari ölçekte yayılması için de, maliyetin de aşağı çekilmesi gerekecektir.
Bu doğrultuda, Avrupa Birliği, CO₂ yakalama sistemi ile tatbik amacıyla donatılmış 12 endüstriyel fosil yakıt tesisinin inşasını planlamaktadır. Aralık 2008'de kabul edilen İklim ve Enerji Paketi'nin bir parçası olan bu tesislerin 2015'ten itibaren hizmete girmesi planlamaktadır.

1990 yılına oranla, 2020 yılında CO₂ emisyonunun %20 azaltılması planlanmaktadır. 2020'de inşa edilecek olan tesisin CO₂ yakalama ve depolama sistemleri (CCS) ("Hazır Yakalama") kurmaya hazır olması gerekmektedir. 2020'den sonra, fosil yakıt tesislerinin CCS sistemlerinin olması da zorunlu olacaktır.

CO2'nin yakalanması ve depolanması esnasında, Büyük Yakma Tesisleri tarafından üretilen gazlardan ayrıştırılan CO₂ yakalanır. Yakalanan CO2 sıkıştırılarak, belirlenmiş bir yere (genellikle mevcut boru hattı ağları aracılığıyla veya gemi ya da tırlarla) taşınır ve yeraltının derinliklerinde veya okyanus yatağının da altında bulunan jeolojik oluşumlara enjekte edilir. Çeşitli gelişim aşamalarındaki birçok farklı teknoloji, CO₂'nin ayrıştırılarak yakalanması için kullanılabilir. Tesisin konumuna bağlı olarak, CO2 kimi zaman sıkıştırılmasına ve uygun bir yere taşınmasına gerek kalmaksızın doğrudan yer altına enjekte edilebilir. CO₂'nin doğrudan yer altına enjekte edildiği durumlarda, yüksek basınç ile sıkışarak sıvı durumuna geçecek ve ardından da o şekilde kayaya hapsolacaktır.
CO2'nin yakalanması ve depolanmasındaki amaç, güvenli olarak depolanacağı yere kolayca taşınabileceği, derişik bir CO2 akışı üretmektir. CO2'nin yakalanması ve depolanması için çeşitli teknolojiler bulunmaktadır: yakma öncesi, yakma sonrası ve yakma esnasında uygulanan teknikler.

Yakma sonrası tekniklerinde, elektrik üretimi için kömürün yakılmasının ardından CO₂ yakalanır. Hem halihazırda mevcut bulunan hem de yeni kurulan tesislerde kullanılabilir.

Kimyasal emilimle yakma sonrası CO2'nin sulu amin çözeltisi ile yakalanması ve depolanması, ticari açıdan mevcut bulunsa da maliyeti yüksektir. Ayrıca, Büyük miktarda baca gazını arıtması gerekmektedir ve gazlarda kimi katışıklıkların ortaya çıkabilmesi yüzünden, işletim güçlükleri bulunmaktadır. Bu tür sorunların, ileriki uygulamalar için hidrojen üretebilen yakma öncesi CO2'nin yakalanması ve depolanması teknolojisi ile üstesinden gelinebilir.

Karbonasyon-kalsinasyon çevrimleri, mevcut işletmeler için oldukça ilgi çekici yakma sonrası teknikleridir. CO₂, yakma gazlarından karbonasyon prosesi aracılığıyla ayrıştırılır. Gazlar, CaCO₃ oluşturmaları için 600-700ªC ile atmosferik basınç altında CaO ile temas ettirilirler. Bu, kavramsal açıdan basit bir proses olsa da, az sonra belirtilecek olan hususlar nedeniyle pratikte karmaşık olabilir. Baca gazında SO₂'nin bulunması, CaO ve SO₂ arasında CaSO₂'ye vermek üzere egzotermik reaksiyon oluşmasına neden olur. Bu yüzden de, CaSO2'nin CO2akışını kirletmemesi için kalsinasyon biriminde ısıya dikkat edilmelidir. Ayrıca, CaSO₂'nin varlığı, yakalama çevrimi içerisinde inert bir şekilde devridaim edecek fazladan katılara neden olacaktır. CaO'nun çalışma kapasitesi sonsuz değildir ve karbonasyon-kalsinasyon çevrimleri çoğaldıkça, gittikçe daha da azalacaktır. Sonuç olarak, çevrimden boşaltılan CaCO3 yerine, yakalama prosesine sürekli olarak taze bir CaCO₃ akışının verilmesi gerekmektedir. Taze kireç taşının dozu ayarlanırken, karbonlayıcıdaki kalsiyum sülfat oluşumu da dikkate alınmalıdır. Yüksek toplama verimi için, proseste devridaim eden CaO miktarı ile her bir çevrimde ikmal edilen CaCO₃ miktarından birisinden ödün vermek gerekmektedir.

Yakma öncesi teknikleri, bir dönüştürücüye konulmasının ardından CO2 ve hidrojen üreten kömür veya linyitin önceden gazlaştırılmasıyla bir sentez gazının elde edilmesini amaçlar.

Kömür ve oksijen, tamamen yanmaya neden olmayacak ama gene de yeterince yüksek olan bir ısıda karıştırılır. Piroliz prosesleri ile yakıtın buharsızlaştırılması başlatılır. Gerekli oksijen, havayı ayrıştıran bir tesisten elde edilir. Gaza dönüştürücüden çıkan ürün, kükürtün oksitleri, sentez gazları (özellikle CO ve H₂) ile bu aşamada ayrışan parçacıkların oksitlerinin bir karışımıdır. Su-gaz değişim reaktöründe su buharı işleminden geçirilen CO, geriye küçük bir miktar CO kalacak şekilde CO₂ ve hidrojene dönüşür. Bu gaz akışında, CO₂ hidrojenden ayrıştırılabilir.

Sağladığı başlıca fayda, gaz akışlarında CO₂'nin konsantrasyonun daha yüksek olmasına karşın katışıklıkların da daha az miktarda olması ve böylece CO₂'nin kimyasal veya fiziksel emiliminin oldukça verimli bir şekilde gerçekleştirilebilmesidir. Bu teknik, hidrojen üretimine yakındır ve başlıca kullanım alanları da Entegre Gazlaştırma Kombine Çevrim (IGCC) ile kombine çevrimdir (CC). İspanya'da ticari bir IGCC tesisi (Elcogas) 1998'den beri faaliyet göstermektedir.

Oksi-yanmada, oksitleyici olarak hava yerine sadece oksijen kullanılırken gerçekleştirilen yakma sırasında yakalama gerçekleştirilir. Bu teknik için, havadan oksijeni ayrıştıracak bir tesis gerekmektedir. Oksi-yanmanın oluşturduğu başlıca gazlar, kolayca ayrıştırılabilen CO₂ ve H₂O'dur. Bu prosesin kimi ayırıcı nitelikleri, kazandaki yüksek ısı ve radyasyonla daha fazla ısı iletilmesi, kazan ile ısı geri kazanım alanının düşük hacimleri, düşük NO_X oluşumu, yanma gazlarının sıkıştırılması nedeniyle kazanda korozyon ihtimaline karşın materyal seçimine ve net su üretimine dikkat edilmesi gerekliliğidir. Bu tekniğin sağladığı başlıca faydalar, masrafların makul olması, yakalanan CO₂'nin ton başına maliyeti, işletimin mevcut bulunan işletmeyi amaca uygun değiştirmeye fırsat tanıyan esnekliği ve güvenilirliğidir. Bu tekniği geliştirmek için iki farklı hat bulunmaktadır. Birisi akışkan yatağın ve bir diğeri de pülverize kömürün dolaşımını sağlamak içindir. Her iki durumda da, gazların devridaimi gerçekleştirilir çünkü böylece kazandaki yakma ısısının daha iyi biçimde kontrol edilmesi mümkün olur (bu tekniğin kritik noktası). Diğer yandan, yan materyallerin daha fazla tüketimi ve daha büyük kazanlar söz konusudur, yani yatırım ve işletim maliyetleri bu yüzden yükselir. Oksi-yanmadan sağlanacak randımanın zayıf noktası, hava ayrıştırma için kullanılacak tesisten kaynaklanan yüksek enerji tüketimidir. En verimli teknoloji, devridaim yapan akışkan yataktadır.

CO₂'nin yakalanması ve depolanması teknolojilerinin maliyetleri açısından, gazlaştırma kullanılan yakma öncesi tekniği (IGCC) ile oksi-yanma en ucuzlarıdır. Oksi-yanma söz konusu olduğunda da, devridaim yapan akışkan yatak en düşük maliyete sahiptir. Karbonasyon-kalsinasyon çevrimi ile yakma sonrası CO₂'nin yakalanması ve depolanmasının maliyeti de, akışkan yataktakiyle aynı olabilir

İspanya Mühendislik Enstitüsünün CO₂'nin yakalanması ve depolanması üzerine çalışmalarına göre, konvansiyonel bir yakma tesisiyle karşılaştırıldığında bir oksi-yanma tesisindeki verimlilikte 10 puan kadar azalma görülmektedir (%45'ten %35'e). IGCC kullanmasının neden olduğu azalma 6 ila 10 puan kadardır. KW yatırımı bakımından gider, 500 Avro/KW'tır. Yatırım miktarı yakıt türüne göre değişir, bu durum linyit için ise 600 Avro/KW'tır.