CO2 Yakalama için Alternatif Çözümler

CO2 yakalama, küresel ısınmanın iklimimiz üzerinde yakında verebileceği zararı başarılı bir şekilde tersine çevirmek için hayati öneme sahiptir. Ancak, insan uygarlığının ideal olarak başarmak istediği şey ile sahadaki gerçeklik arasında bir çatışma vardır. Paris Anlaşması, küresel ortalama sıcaklık artışını sanayi öncesi seviyelerin 2°C üzerindeki seviyelerin çok altında tutma konusunda küresel bir taahhüt işaret etti.

Fosil yakıtlardan uzaklaşarak artışı 1,5 derece santigratla sınırlamak için samimi çabalar gerekli olsa da, kömür ve gazla çalışan enerji santralleri küresel elektrik sektöründe hâlâ hakim konumda, International Energy Association (IEA) rapor ediyor.

Aslında, yenilenebilir enerji kaynaklarına daha güçlü bir geçiş yönündeki küresel çabaya rağmen, fosil yakıtlardan üretilen enerji 2000 yılından bu yana %70 artmıştır. Kömür, %38 ile enerji üretiminde en büyük yakıt kaynağı olmaya devam ederken, gaz yaklaşık %20 ile ikinci sırada.

Küresel olarak uygulanan politikalar, mevcut kömürle çalışan enerji santrallerinden ve bugün inşa edilenlerden kaynaklanan emisyon sorununu ele almaya odaklanmıştır. Ancak, CO2 emisyonlarındaki bir azalma, ısı tutan karbonun yokluğunu garanti etmez. IEA, mevcut kömürle çalışan filo üzerindeki CO2 emisyonları yaklaşık %40 azalsa bile, 2040 yılında yıllık emisyonların hâlâ 6 GtCO2 olacağını öne sürüyor.

Böyle bir senaryoda, sadece emisyonları azaltarak iklim hedeflerimize ulaşmak mümkün olmayacaktır. Karbonu yakalamak ve ölçekli olarak kullanılabilir ve depolanabilir hâle getirmek için alternatif çözümler gerekecektir. Ancak bu çözümler bütünsel olarak uygulanabilir, maliyet etkin ve uzun vadede sürdürülebilir olmalıdır.

Yakın zamanda, ACS Energy Letters dergisinde 1 Mayıs’ta yayınlanan bir çalışmada, CU Boulder’dan araştırmacılar ve işbirlikçileri, birçok mühendisin karbon yakalamak için keşfettiği popüler bir yaklaşımın başarısız olacağını ortaya koydu.

Ancak, Colorado, Golden’daki National Renewable Energy Laboratory ve Hollanda’daki Delft University of Technology’de çalışan bilim insanlarından oluşan araştırmacı ekibi, mevcut sistemdeki kusuru göstermekle kalmayıp, karbonu yakalamakla kalmayıp aynı zamanda yakıta dönüştürebilecek alternatif ve daha sürdürülebilir bir çözüm de önerdi.

İlerleyen bölümlerde, orijinal çözümün ne önerdiğine, kusurlarının neler olduğuna ve bu kusurların alternatif bir çözümle nasıl düzeltilebileceğine bakacağız!

Karbon Yakalama için Orijinal Çözüm

Orijinal çözümden kastımız, havayı temel bir sıvı ile doldurulmuş bir hazneye çeken büyük fanlar olan hava temas cihazlarını içeren, en yaygın kullanılan doğrudan hava yakalama yaklaşımlarından biridir. CO2 kimyasal olarak asidik olduğundan, temel sıvı ona bağlanır ve reaksiyona girerek bir karbonat veya bikarbonat oluşturur.

CO2, karbonat veya bikarbonatta hapsolduğunda, mühendisler onu sıvıdan ayırıp plastik, gazlı içecek gibi ürünlere dönüştürebilir. Bu karbonat ve bikarbonatlar daha ileri işleme tabi tutulursa, evleri ve potansiyel olarak uçakları güçlendirecek yakıt olarak da kullanılabilir. Öte yandan, temel sıvı daha fazla CO2 yakalamak için hazneye geri döner.

Çözüm, karbon yakalamak ve onu daha ileri kullanım için yeniden değerlendirmek açısından mükemmel bir düzen gibi görünse de, bir sorun mevcuttur.

Metan yönetiminin küresel iklim hedeflerine ulaşmanın anahtarı olabileceğini öğrenmek için buraya tıklayın.

Orijinal Çözümdeki Sorun

Sorun, karbonat veya bikarbonatın sıvıdan nasıl ayrıldığıyla ilgilidir. Hapsolmuş CO2’yi serbest bırakmak, şirketlerin karbonat ve bikarbonat çözeltisini en az 900 ˚C (1.652 °F) kadar ısıtmasını gerektirir. Bu sıcaklık, güneş ve rüzgar gibi yenilenebilir enerji kaynaklarının ulaşamayacağı bir seviyedir. Bu nedenle, bu sıcaklığa ulaşmak doğal gaz veya saf metan gibi fosil bazlı yakıtların yakılmasını zorunlu kılar.

Sistemde gizli bu tuzak hakkında konuşurken, CU Boulder’da Kimya ve Biyolojik Mühendislik Bölümü’nde profesör ve Renewable and Sustainable Energy Institute üyesi Wilson Smith, sorunu temelde özetleyen şu sözleri söyledi:

“CO2’yi yakalamak için CO2’yi serbest bırakmamız gerekiyorsa, karbon yakalamanın bütün amacını boşa çıkar.”

İyi haber, araştırmacıların görevinin ötesine geçmeleri. Sistemin kusurlarını göstermekle kalmayıp, bu tutarsızlığı giderebilecek bir alternatif önerdiler.

Orijinal Çözüm İçin Alternatif Çözüm

Araştırmacılar, sorunu düzeltmek için reaktif yakalama sürecini devreye almaya önerdi. Ancak, reaktif yakalama sürecinin geleneksel alanında bazı ayarlamalar yapmayı tavsiye ettiler.

Reaktif yakalama, geleneksel biçiminde, karbonat ve bikarbonat çözeltilerine elektrik uygulanarak CO2 ve temel sıvının haznede ayrılması sürecine denir. Bu, geri dönüştürülmüş sıvı formunda daha fazla CO2 yakalayabilen kapalı döngü sistemi olarak da adlandırılır.

Ancak, bu durumda araştırmacılar bir dezavantaj fark ettiler. Endüstriyel ortamda, elektriğin temel sıvıyı yeniden canlandırarak havadan daha fazla CO2 yakalamasının yetersiz kalacağını gördüler. Orijinal biçiminde bu süreç o kadar verimsiz olur ki, beş karbon yakalama ve yenileme döngüsünden sonra temel sıvı neredeyse havadan hiç CO2 çekemez.

Araştırmacılar, sürece elektrodiyaliz eklemeyi çözüm olarak önerdi. Bu yöntem birçok fayda sağlar. Öncelikle, yenilenebilir elektrikle çalışabilir. Ayrıca, daha fazla suyu asidik ve bazik iyonlara ayırarak temel sıvının daha fazla CO2 emme yeteneğini sürdürebilir. Wilson Smith, bu ekibin başarısını “tek bir teknolojiyle birden fazla sorunu çözmek” olarak nitelendirdi ve haklı olarak!

Araştırmacıların yeni çözümler yenilikle geliştirmesi ve mevcut olanları verimliliği artırmak için ince ayar yapması göreviyken, şirketlerin ve işletmelerin de bir sorumluluğu vardır ve birçok şirket bu sorumluluğu yerine getirmede başarılı olmaktadır. Aşağıdaki bölümlerde, bu alanda yenilikçi ve verimli çözümler geliştiren birkaç şirketi inceleyeceğiz.

Karbonu okyanuslarda yakalamanın uygulanabilir bir çözüm olup olmadığını öğrenmek için buraya tıklayın.

#1. Graphyte

Graphyte, kendisini dayanıklı, uygun maliyetli ve hemen ölçeklenebilir dünyanın ilk ve tek karbondioksit giderme çözümü olarak konumlandırıyor. Dayanıklılık açısından Graphyte, çözümlerinin bin yıldan fazla sürede karbondioksiti kaldırabilecek kapasitede olduğunu iddia ediyor.

Maliyet açısından, şirket çözümlerini ton başına 100 ABD Dolarının altında bir birim üretim maliyetiyle sunuyor ve ölçeklenebilirlik konusunda, milyarlarca ton karbonun kaldırılmasının ulaşılabilir bir olasılık olduğu bir seviyeye ölçeklenebileceğini iddia ediyor.

Graphyte’nin özel yöntemi Karbon Döküm (Carbon Casting) yaklaşımını izler, odun ve tarım faaliyetlerinden elde edilen atık gibi kolayca temin edilebilen biyokütleyi kullanır. Graphyte, bu biyokütleyi kurutarak sıkıştırır ve yoğun karbon bloklarına dönüştürür. Bu bloklar, çevre dostu, geçirimsiz bir bariyerle birlikte gelir ve en modern yer altı tesislerinde güvenli depolamayı garanti eder.

Graphyte yönteminden bahsederken, şirketin Kurucusu ve CEO’su Barclay Rogers şu sözleri söyledi:

“Karbon döküm, doğanın CO2 yakalama işini verimli bir şekilde yapmasını sağlar, ardından mühendislik teknikleriyle iklimle ilgili zaman dilimleri için depolar. Her yerde uygulanabilir, piyasayı değiştirecek ve daha da önemlisi, gezegeni kurtarmaya yardımcı olacak bir çözümdür.”

Karbon döküm, biyokütlede yakalanan neredeyse tüm karbonu sürdürebilir ve çok az enerji tüketir. Fotosentezi pratik mühendislikle birleştiren düşük maliyetli ancak dayanıklı bir karbon giderme sürecidir.

Graphyte’nin potansiyeli, yatırımcı topluluğunun güvenini ve itibarını kazanmasına yardımcı oldu. Şirket, toplam 30 Milyon ABD Doları tutarında bir Series A finansman turunu tamamladı. Tur, Prelude Ventures ve Carbon Direct Capital tarafından ortaklaşa yönetildi ve ayrıca Breathable Energy Ventures ve Overture gibi mevcut yatırımcılardan katkılar içeriyordu.

Graphyte gibi öz sermaye destekli yenilikçi girişimler yeni nesil çözümleriyle ortaya çıkarken, Linde gibi köklü halka açık şirketler de adsorpsiyon tabanlı karbon yakalama ve karbondioksit geri kazanımına yönelmiştir.

#2. Linde

HISORP® CC adsorpsiyon tabanlı karbon yakalama çözümü, Linde’in karbon yakalama portföyüne en yeni ek olarak, denenmiş ve test edilmiş basınç dalgalı adsorpsiyon (PSA) ve membran teknolojilerini tamamlamaktadır.

HISORP CC çözümü, CO2 besleme konsantrasyonlarının geniş bir yelpazesinde süreç gazlarından CO2’yi ayırır. Basınç dalgalı adsorpsiyon (PSA), kriyojenik ayırma ve sıkıştırma gibi birden fazla Linde teknolojisini kullanarak %99’dan fazla, tam olarak %99,7 yakalama oranı elde eder.

Bu çözümün en büyük avantajlarından biri, yenilenebilir kaynaklardan elde edilen enerjiyle çalışmasıdır. Yenileme süreci buhar gerektirmez, bu da minimum karbon ayak izi sağlar.

Ayrıca, HISORP CC düşük sermaye harcaması (CAPEX) ve düşük işletme maliyeti (OPEX) teknolojisidir, minimum özgül enerji tüketim oranına sahiptir ve çözücü yönetimi, yenileme ve taşıma için neredeyse ek bir maliyet gerektirmez.

Linde, teknolojinin geniş bir uyumluluk ve kapsayıcılık sağlayacak şekilde tasarlandığından emin olmuştur; böylece bu teknoloji, buhar metan reformasyonu (SMR), oto termal reformasyon (ATR), kısmi oksidasyon (POX) veya gazlaştırma gibi Linde’in tüm çözümleriyle birleştirilebilir. SMR, POX ve ATR için mevcut ve yeni tesislerde entegrasyona uygundur, hatta artan hidrojen üretimiyle bile.

2023 yılında, küresel lider bir endüstriyel gaz ve mühendislik şirketi olarak Linde, 33 Milyar ABD Doları satış kaydetti.

Şirketler hedeflerine bağlı kalarken, şirketler ve araştırma kurumları arasındaki öğrenme ve alışveriş karşılıklı bir süreçtir. Son bölümde, karbon yakalamanın geleceğini daha etkili ve verimli hâle getirerek dönüştürebilecek bu alandaki teknolojik araştırmalara bakacağız.

Karbon Yakalamanın Geleceği: Dönüştürücü Potansiyele Sahip Bir Araç

Temmuz 2024’te, bir grup araştırmacı, sorbent tabanlı karbon yakalamayı hızlandırmak için bütünsel bir platform önerdi. Platforma, Özel Tasarlanmış Sorbent Malzemelerin Süreç Bilgili Tasarımı (Process-Informed Design of tailor-made Sorbent Materials) anlamına gelen PrISMa adını verdiler.

Platform, karbon yakalama teknolojilerinin büyük ölçekli uygulanmasını daha karbon verimli hâle getirmeyi amaçladı. Parçalanmış bileşenleri ve bunları uygulayanları tek bir çatı altında toplamanın önemini vurguladı.

Kimyagerler daha önce malzeme tasarımına, mühendisler ise süreç optimizasyonuna odaklanırken, PrISMa platformu malzemeleri, süreç tasarımını, teknik-ekonomiyi ve yaşam döngüsü değerlendirmesini bütünleştirdi. Farklı teknolojiler kullanarak 5 küresel bölgede çeşitli kaynaklardan CO2 yakalama üzerine 60’tan fazla vaka çalışmasını karşılaştırdı.

Ardından, çeşitli paydaşları teknolojilerin maliyet etkinliği, süreç konfigürasyonları ve konumları hakkında aynı anda bilgilendirdi. Ayrıca, en yüksek performans gösteren sorbentlerin moleküler özelliklerini ortaya koydu ve çevresel etkiler, yan faydalar ve ödünleşimler üzerine uygulanabilir içgörüler sundu. Son çıktı, paydaşları erken araştırma aşamasında birleştirmeyi, net sıfır dünyaya doğru yarışta karbon yakalama teknolojisinin gelişimini hızlandırmayı amaçladı.

PrISMa’yı geliştiren bilim insanları, EPFL’den Berend Smit ve Heriot-Watt Üniversitesi’nden Susana Garcia, yöntemin gerçek hayatta kullanılabilirliği konusunda son derece iyimserler. Profesör Berend Smit’e göre:

“Bu yenilikçi yaklaşım, karbon yakalama için en yüksek performanslı malzemelerin keşfini hızlandırıyor ve geleneksel deneme-yanılma yöntemlerini geride bırakıyor.”

PrISMa gelecekte büyük bir potansiyele sahiptir. Deneysel veriler ve moleküler simülasyonlar kullanarak, potansiyel sorbent malzemelerin adsorpsiyon özelliklerini tahmin edebilir.

Bu, geliştirici topluluğunun bilinçli seçimler yapabilmesini sağlayacaktır. PrISMa’nın süreç katmanı özellikleri, bilim insanlarının saflık, geri kazanım ve enerji gereksinimleri gibi süreç performans parametrelerini hesaplamalarına yardımcı olarak karbon yakalama çözümlerinin performansını ölçüp kıyaslamayı mümkün kılar.

Herhangi bir bilimsel veya teknolojik çözümü başarılı ya da başarısız kılan kritik bir parametre ekonomik uygulanabilirliğidir. Prisma, bir karbon yakalama tesisinin ekonomik ve teknik uygulanabilirliğini değerlendirebilir. Son olarak, tesisin tüm yaşam döngüsü boyunca çevresel etkileri değerlendirerek kapsamlı sürdürülebilirliği temin eder.

Genel olarak, PrISMa devrim niteliğinde ya da dönüştürücü bir şeyden başka bir şey değildir.

Tartışmamıza, yetersiz ve kendi kendini bozan bir çözüm olarak bulunan yaygın bir çözümle başladık. Şimdi, PrISMa bilim topluluğunun hizmetinde olduğundan, çevresel açıdan verimli, ölçeklenebilir ve sıfırdan itibaren maliyet etkin çözümler geliştirmek mümkün olacaktır.

Yatırım yapabileceğiniz en iyi karbon yakalama hisse senetlerinin listesi için buraya tıklayın.