Enerji
Alternatif Yakıtlar – Işık, Karbon Dioksidi Yeniden Kullanımına Nasıl Yardımcı Olabilir
Securities.io sitesini Google'daki tercih ettiğiniz kaynaklara ekleyin
İklim değişikliğinin en büyük nedenlerinden biri karbondioksit (CO2)’dir. Önemli bir sera gazı olan CO2, fosil yakıtların (petrol, kömür ve doğal gaz gibi) yanması sonucunda ortaya çıkar. Ayrıca insan solunumu, bitki solunumu ve volkanik patlamalar gibi doğal süreçlerle de oluşur.
Orman yangınları da CO2 salınımının öne çıkan bir başka nedeni olup, 2023 yılında yalnızca tahmini 2.170 milyar metrik ton CO2 salınmıştır.
Yeni bir çalışma yangınlardan kaynaklanan CO2 emisyonlarının son 23 yılda küresel olarak %60 oranında arttığını ortaya koymuştur.
Doğu Anglia Üniversitesi (UEA) liderliğindeki bu çalışma, dünyadaki bölgeleri benzer iklimsel, insan ve çevresel faktörlerin orman yangını modellerini etkilediği ‘pyrome’ adı verilen bölgelere ayırdı.
Bu kapsamda çalışma, orman ve orman dışı yangınlar arasındaki farkları inceledi ve bu da son dönemdeki orman yangını aktivitesindeki artışı tetikleyen temel faktörleri ortaya koydu.
Çalışmaya göre, en büyük pyrome’lerden birindeki yangınlardan kaynaklanan CO2 emisyonu 2001 ile 2023 arasında neredeyse üç katına çıktı. Bu pyrome’lar, Avrasya ve Kuzey Amerika’daki boreal ormanları kapsar ve en iklim duyarlı kuzey boreal ormanlarından bazılarına ev sahipliği yapar.
Ekstratropik ormanlarda da önemli artışlar gözlemlenmiş, her yıl ek yarım milyar ton CO2 salınımına yol açmıştır. CO2 emisyonlarının odak noktası da tropikal ormanlardan uzaklaşıp ekstratropik bölgelere kaymaktadır.
Emisyon artışı, sıcak dalgalar ve kuraklık dönemlerinde görülen sıcak ve kurak koşullar gibi yangına elverişli hava koşullarının artışıyla ilişkilendirilmiştir. Ayrıca, orman büyüme oranlarındaki artış daha fazla bitki yakıtı üretmektedir. Bu eğilimler, yüksek kuzey enlemlerindeki sıcaklıkların küresel ortalamanın iki katı bir hızla yükselmesiyle daha da desteklenmektedir.
Orman yangınlarının yayılımında büyük bir artış olmasının yanı sıra, şiddeti de son iki on yılda artmaktadır.
Yanma başına düşen karbon miktarıyla yangın şiddetini ölçen karbon yanma oranı, bu dönemde küresel olarak ormanlarda %50’ye kadar artış göstermiştir. UEA’daki Tyndall İklim Değişikliği Araştırma Merkezi’nden Dr. Matthew Jones’un açıklamasına göre:
“Orman yangınlarının hem yayılımındaki hem de şiddetindeki artış, küresel ölçekte orman yangınlarından salınan karbon miktarında çarpıcı bir yükselişe yol açtı. Dünya genelinde yangın coğrafyasında da çarpıcı değişimler yaşanıyor ve bunlar esas olarak dünyanın boreal ormanlarındaki iklim değişikliğinin artan etkileriyle açıklanıyor.”
Orman Yangınlarının Karbon Yutma Çabalarına Etkisi
Dünya çapındaki bilim insanları yeni çalışma için bir araya gelerek, orman yangınlarının artışını önlemek için iklim değişikliğinin temel nedenlerine müdahale etmemiz gerektiği konusunda uyardılar.
“Kritik orman ekosistemlerini artan orman yangını tehdidinden korumak için küresel ısınmayı kontrol altında tutmalıyız ve bu da net sıfır emisyon hedefine hızlı bir şekilde ilerlemenin ne kadar hayati olduğunu vurguluyor.”
– Dr. Jones, NERC Bağımsız Araştırma Üyesi
Ormanlar, uluslararası iklim hedeflerine ulaşmada kritik bir rol oynar. Sonuçta, atmosferden CO2’yi alarak karbon yutağı olarak hizmet ederler.
Bu süreç, ormanların atmosferden karbondioksiti emerek biyokütle, ölü odun, yaprak döküntüsü ve toprak gibi formlarda depolamasıyla gerçekleşir; bu karbon yutma olarak adlandırılır ve küresel ısınma oranlarını azaltır.
Bu nedenle, dünya genelindeki hükümetler özellikle havacılık ve bazı diğer sektörlerden kaynaklanan insan CO2 emisyonlarını dengelemek amacıyla yeniden ağaçlandırma ve ormanlaştırma programları başlattı. Ancak bu programların başarısı, ormanlarda kalıcı karbon depolanmasına bağlıdır; ki bu da orman yangınlarıyla tehdit altındadır.
Ekstratropik yangınların 2001’e göre yarım milyar ton daha fazla CO2 yaydığı ve uzun vadeli etkilerin yangın sonrası ormanların iyileşmesine bağlı olduğu bir ortamda, daha yaygın ve şiddetli orman yangınları, yangın sonrası iyileşme ile yakalanan karbon arasındaki dengeyi bozmaktadır. Dr. Jones şöyle diyor:
“Ekstratropik orman yangını emisyonlarındaki keskin artış trendi, ormanların artan kırılganlığının bir uyarısıdır ve iklim değişikliğiyle mücadele eden küresel hedefler için önemli bir zorluk teşkil etmektedir.”
Ayrıca, şiddetli yangınlardan sonra ormanların iyileşmesinin zayıf olduğu bilinmektedir. Bu nedenle, yangın şiddetindeki artışın önümüzdeki yıllarda ormanların karbon depolama kapasitesini nasıl etkileyeceğine yakından bakmamız gerekiyor.
Tüm bunların ortasında, tropikal yangın riski yüksek savanların yanması azalmıştır; önceki çalışmalar, 2001’den bu yana orman ve orman dışı yangınların yaktığı alanın küresel olarak yüzde 25 azaldığını göstermiştir.
Bu çimenlik ve savanlarda azalan yanma arka planına rağmen, yazarların belirttiği gibi, yangınlar giderek daha fazla, olmaması gereken yerlerde gerçekleşmeye devam ediyor; yani ormanlar, artan yayılım ve şiddeti gizliyor. Bu durum, Dr. Jones’un belirttiği gibi, “insanlar ve hayati karbon depoları için en büyük tehdit” anlamına geliyor.
Bu yeni gözlemler, makine öğreniminin yardımıyla ortaya çıkarıldı; bu teknoloji, orman ekoregiyonlarını 12 farklı pyrome’a sınıflandırmak için kullanıldı. Daha önce paylaştığımız gibi, AI modelleri yangınları erken tespit etmek için yoğun bir şekilde kullanılmaktadır. AI ve makine öğreniminin muazzam potansiyeli, artan yangın veritabanı sayesinde daha da geliştirilmektedir.
Yeni çalışmada, AI kullanılarak yapılan gruplama, bilim insanlarının iklim değişikliği etkilerini bitki verimliliği ve arazi kullanımı gibi diğer faktörlerden izole etmesine olanak sağladı. Ayrıca, bu farklı pyrome’larda yangınların nedenlerini anlamak, yangınları tahmin etmek ve hafifletmek, ormanları korumak için etkili stratejiler geliştirmek açısından önemlidir.
“Orman yönetimi, paydaş katılımı ve kamu eğitimi gibi stratejik programları desteklemek için önemli finansman gerekmektedir; bu programlar, yangın yönetim stratejisinin büyük ölçüde tepkisel yaklaşımdan giderek proaktif bir yaklaşıma kaydırılmasını temsil etmektedir.”
– Dr. Jones
Yeni Bir Sınır: CO2’yi Değerli Ürünlere Dönüştürmek
Karbon yutmanın yanı sıra, CO2’nin çevre üzerindeki olumsuz etkilerini hafifletmenin bir diğer yolu, onu değerli ürünlere dönüştürmektir.
Bu, CO2’yi inşaat malzemelerini güçlendirmek için kullanılabilen karbon nanoliflere dönüştürmeyi, hidrojenle birleştirerek metan, metanol, benzin ve havacılık yakıtları gibi yakıtlar üretmeyi ve CO2’yi ilaçlar, gıda katkı maddeleri ve kokular gibi kimyasallar ve diğer ürünlere dönüştürmeyi içerir.
Yeni bir çalışma, görünür ışık ve elektrokimya kombinasyonunu kullanarak CO2’nin değerli ürünlere dönüşümünü geliştirdi.
Bunu yaparken ekip, görünür ışığın seçiciliği önemli ölçüde artırdığını gösteren şaşırtıcı bir keşif yaptı; bu, kimyasal bir özellik olarak kritik öneme sahiptir. Bu keşif, CO2 dönüşümü ve kataliz araştırması ile kimya üretiminde kullanılan birçok diğer kimyasal reaksiyon için yeni yollar açmaktadır.
CO2’yi atık ya da emisyon yerine enerji taşıyıcısına dönüştürmek, iklim değişikliğini azaltmanın harika bir yoludur. Burada karbondioksit yakıtlar, kimyasallar, malzemeler ve termal enerjiye dönüştürülür.
CO2’nin geri dönüştürülmesinin bazı yolları arasında, güneş enerjisinin CO2’yi hammadde olarak kullanarak kimyasal sentezlemek için kullanıldığı yapay fotosentez süreci yer alır. Ayrıca, elektriğin CO2’yi etanol, asetik asit veya formik asit gibi kimyasallara dönüştürmek için kullanıldığı elektrokimyasal dönüşüm de vardır.
Yeni çalışma, karbondioksidi değerli ürünlere geri dönüştürmek için elektrokimyasal indirgeme kullandı. Bu süreçte, Illinois Urbana-Champaign Üniversitesi’nden kimya profesörü Prashant Jain, CO2 gaz akışının elektroliz hücresi üzerinden geçerek karbondioksit ve suyu toksik karbon monoksit (CO) ve hidrojen’e ayırdığını açıkladı. Bu yeni gazlar daha sonra yeni hidrokarbon ürünleri oluşturmak için kullanılabilir.
Bununla birlikte, Jain bu reaksiyonun oldukça yavaş olduğunu ve bu süreç için büyük elektrotlara ihtiyaç duyulduğunu belirtiyor. Bu elektrotlar, bakır veya altın gibi pahalı katalizör malzemeleri içerir.
Bu engeller göz önüne alındığında, Jan ve eski yüksek lisans öğrencisi Francis Alcorn, daha az katalizör malzemesi gerektiren ve böylece “alternatif yakıt endüstrisi için daha uygulanabilir bir seçenek” haline getirecek yollar aramaya başladı.
Görünür Işığı Kullanarak CO2 Dönüşüm Verimliliğini Artırmak
Yeni yöntemde ekip, görünür ışığı altın-bakır alaşımının çok ince parçacıklarıyla kaplı elektrotlarla birleştirdi. Bu, geleneksel yöntemlere kıyasla CO2’nin daha yüksek bir hızda ve daha kontrollü bir seçicilikle indirgenmesini sağlar.
Jain şöyle açıkladı:
“(Yeni elektrotlar) görünür ışık aralığındaki fotonları arayan ve kimyasal reaksiyon yoluyla birleştiren küçük antenler gibi davranır.”
Bu elektrotların iletkenliğini artırmak için ekip, onları su, CO2 ve bir elektrolit çözeltisine daldırdı. Ardından elektrotun yüzeyi görünür ışık lazeriyle aydınlatılırken elektrot üzerinden bir voltaj uyguladılar.
Bu, su moleküllerinin ve karbondioksidin bölünmesinden elde edilen karbon monoksitten hızlı bir şekilde hidrojen üreten bir reaksiyona yol açtı.
Ekip, görünür ışık kullanıldığında üretkenlikteki artışı “çok heyecan verici” bulurken, beklenmedik olan şey, görünür ışığın kimyasal seçicilik üzerinde bu kadar büyük bir etki yaratmasıydı — Jain bunun “buradaki önemli ilerleme” olduğunu belirtti.
Peki, burada bahsedilen seçicilik nedir? Katalizde, kimyasal seçicilik, bir kimyasal reaksiyonun bir molekül ya da yol yerine diğerini tercih etme yeteneğidir.
Bu özel çalışmada, hidrojen gazı üreten su bölünmesi reaksiyonunun ışık kullanılarak seçici bir şekilde artırıldığı bulundu. Jain şöyle dedi:
“Sonuçlar, görünür ışığın üretilen karbon monoksit ile hidrojen gazı oranını ayarlamak için benzersiz bir fırsat sunduğunu, bunun sentetik gazın endüstriyel üretimi için kritik bir faktör olduğunu gösteriyor. Bu bulgu, daha sürdürülebilir ve verimli bir enerji geleceği için yolu açıyor.”
Bunu söylemişken, profesör ışığın kimyasal reaksiyonları artırmasının aynı zamanda ısı da getirdiği için tartışmasız olmadığını belirtti. Bu yüzden ekip, ışığın ısı etkisinin daha hızlı reaksiyon hızları ve seçiciliğe neden olup olmadığını belirlemek için kontrol deneyleri yapıp dikkatli ölçümler gerçekleştirdi.
Ekip, bunu belirlemek için lazerli ve lasersiz deneyler yaparak ışık uyarımından kaynaklanan aynı sıcaklıkta çalıştı. Bu, ısınmayı sorumlu faktör olarak dışlamalarına yardımcı oldu.
Ekip, aslında ışık uyarımıyla oluşturulan elektrik alanları ve yönlendirilmiş yük akışının, su bölünmesindeki üretkenlik artışı ve seçicilik iyileşmesinden sorumlu olduğunu buldu.
İleride, ekip hâlâ aşması gereken zorluklarla karşı karşıya. Bu, elektrot tabanlı nanopartiküllerin tekrarlı kullanımını içeriyor; bu da özellikle yöntemi endüstriyel ölçekte ölçeklendirirken zamanla bozulmaya yol açacaktır.
Ekip ayrıca sürecin genel enerji verimliliğini ve ışık yönetimini iyileştirmek için daha fazla araştırma yapmalı.
“(Genel olarak) bu çalışmada bulduklarımız, elektrokimya ve kataliz hakkında tamamen yeni düşünme yolları sunmaktadır.”
– Jain
Sonuç olarak, ışığın kullanımı katalizörün aktivitesini artırdı, ancak daha da önemlisi ve şaşırtıcı olarak, seçiciliği değiştirmeyi mümkün kıldı; bu da farklı ürünler üreten yeni kimyasal yolları ortaya çıkaracak. Bu, CO2 indirgeme ya da su bölünmesinin sadece bir başlangıç olduğu anlamına geliyor; yöntem, kimya endüstrisi için önemli olan birçok başka katalitik reaksiyona da uygulanabilir.
CO2 Azaltma ve Dönüştürme Çalışmalarına Katılan Şirketler
Artan şiddet ve yıkıcı orman yangınları, ısı-aktif biyomimetik jeller gibi yangın koruma yöntemlerinde ilerlemelere yol açtı. Bununla birlikte, CO2 emisyonlarını azaltma ve yeniden kullanma konusundaki ilgi de artmaktadır. Bu yeniden kullanım, iklim değişikliğinin başlıca nedenlerinden biri olan karbondioksitin yakıtlar, kimyasallar ve yapı malzemeleri gibi faydalı ürünlere dönüştürülmesini içerir.
Bu çabaların öncüsü olan şirketler, CO2 emisyonlarının çevresel ve ekonomik zorluklarını ele almak için son teknoloji çözümler birleştiriyor.
Bunlar arasında Chevron Corporation (CVX ) (CVX), FuelCell Energy (FCEL ) (FCEL) ve Occidental Petroleum (OXY ) yer alıyor. Chevron karbon yakalama teknolojilerine yatırım yaparken, FuelCell Energy temiz enerji çözümlerine odaklanıyor ve Occidental, atmosferden CO2’yi uzaklaştırıp kullanılabilir ürünlere dönüştüren doğrudan hava yakalama (DAC) teknolojisiyle ilgileniyor.
Air Products and Chemicals (APD ) da hidrojen üretimi ve CO2 dönüşüm teknolojileriyle ilgilenen bir diğer şirkettir. 73,44 milyar dolar piyasa değerine sahip olan APD hisseleri şu anda 330,37 $ seviyesinde işlem görmekte ve yılbaşından bu yana %20,66 artış göstermiştir.
APD Fiyat Grafiği
Şimdi, karbon yakalama alanındaki bir diğer büyük oyuncuya daha yakından bakalım:
ExxonMobil (XOM )
John D. Rockefeller’ın Standard Oil’undan doğrudan gelen en büyük Amerikan çok uluslu petrol ve gaz şirketi olan ExxonMobil, CO2 emisyonlarını azaltmak için karbon yakalama, kullanım ve depolama (CCUS) teknolojilerine artan bir ilgi göstermektedir.
ExxonMobil’in CCS ağı, ABD’de 1.500 mil uzunluğundaki en büyük CO2 boru hattının işletilmesini ve ayrıca ABD Körfez Bölgesi boyunca stratejik olarak konumlandırılmış birden fazla depolama sitesini içerir.
ExxonMobil Low Carbon Solutions aracılığıyla şirket, karbon yakalama ve depolama teknolojisini ölçeklendirmede önemli bir rol oynar. Şu anda yıllık 9 milyon metrik ton yakalama kapasitesine, bugüne kadar toplam 120 milyon metrik ton yakalamaya sahiptir ve resmi web sitesindeki verilere göre, insan kaynaklı yakalanan tüm CO2’nin yaklaşık %40’ını temsil etmektedir.
Şirket, yanma sonrası CO2 yakalama için kapsamlı uçtan uca çözümler sunmak amacıyla Mitsubishi Heavy Industries (MHI) ile iş birliği yapmıştır. Bu çözüm, tam karbon yakalama, taşıma ve depolama hizmetleri sağlar.
Şirket ayrıca, boru hatları eksikliği nedeniyle yakılacak olan gazı Kuzey Dakota petrol kuyularından alıp Bitcoin madenciliği operatörlerini güçlendirmek için bir pilot proje yürütmektedir. Bu amaçla ExxonMobil, Crusoe Energy Systems ile ortaklık kurarak, kuyulardan gelen atık gazı alıp Bitcoin madenciliği için kullanılan mobil jeneratörleri çalıştırmaktadır. Şirket, emisyon azaltma planlarının 2030 yılına kadar Dünya Bankası’nın Sıfır Rutin Alevleme hedefini gerçekleştireceğini beklemektedir.
XOM Fiyat Grafiği
Yazı yazıldığı sırada, hisseleri %20,72’lik bir artışın ardından 119,94 $ seviyesinde işlem görmekteydi. Bu, ExxonMobil’in piyasa değerini 536,2 milyar dolar yaparken, EPS (TTM) 8,34, P/E (TTM) 14,47 ve temettü verimi %3,15 olarak göstermektedir.
2024’ün ikinci çeyreği için şirket, 9,2 milyar dolar kazanç bildirdi; bu, “ExxonMobil portföyünün farklılaştırılmış güçlü yönlerini ve artan kazanç gücünü” gösterdiğini belirtti. Ayrıca, yeni bir anlaşma ile toplam sözleşmeli CO2 alımını yılda 5,5 milyon metrik tona yükselterek karbon yakalama ve depolama (CCS) liderliğini daha da güçlendirdi. ExxonMobil’e göre bu, “diğer hiçbir şirketin duyurduğu kadar taahhüt edilen hacim” anlamına geliyor. 2024’ün üçüncü çeyrek finansal sonuçları 1 Kasım’da yayınlanacak.
Sonuç
Her yıl atmosfere milyarlarca metrik ton CO2 salınması, yalnızca daha aşırı hava olaylarına yol açan iklim değişikliğine değil, aynı zamanda sağlık risklerine ve deniz yaşamı ile mercan resiflerini tehdit eden okyanus asitlenmesine de neden olmaktadır.
İklim krizi şiddetlendikçe, küresel ısınmayı ve yıkıcı sonuçlarını azaltmak için artan CO2 emisyonları sorununu ele almak kritik hale gelmiştir. İklim değişikliği tarafından tetiklenen orman yangınları, benzeri görülmemiş seviyelerde karbondioksit salmakta ve sorunu daha da hızlandırmaktadır. Yeniden ağaçlandırma ve ormanlaştırma programları emisyonları dengelemek için hayati öneme sahip olsa da, orman yangını tehdidi büyük bir risk oluşturmakta ve proaktif yangın yönetimi stratejileri zorunlu hâle gelmektedir.
Elektrokimyasal CO2 indirgeme ve görünür ışığın katalitik reaksiyonları iyileştirmesi gibi yenilikçi çözümler, zararlı karbon emisyonlarını sentetik yakıtlar ve endüstriyel kimyasallar gibi değerli ürünlere dönüştürmek için umut vaat eden seçenekler sunmaktadır.
Bu gelişmeler, hâlâ geliştirme aşamasında olsalar da, CO2’yi küresel bir kirleticiden geleceğin bir kaynağına dönüştürerek iklim değişikliğini hafifletme potansiyelini temsil etmektedir. Şirketler karbon yakalama teknolojilerine ve alternatif yakıtlara yatırım yapmaya devam ettikçe, enerji manzarasını yeniden şekillendirebilecek sürdürülebilir bir çözüme daha da yaklaşmaktayız.
