Karbon Yakalama – Okyanus Derinlikleri Uygun Bir Çözüm mü?

Karbondioksit (CO2), atmosferimizde ısı tutmaya yardımcı olan önemli ve en yaygın üretilen sera gazıdır. Bu ısı tutan gaz, hem insan hem de doğal faaliyetlerden kaynaklanmaktadır. 

Doğal kaynaklar, volkanik patlamalar ve hayvanların atık ürün olarak karbondioksit soluması gibi süreçleri içerir. Öte yandan, insan faaliyetleri arasında orman yangınları ve fosil yakıtların (doğal gaz, petrol ve kömür gibi) çıkarılması ve yakılmasıyla enerji üretimi bulunur. İnsanlar tarafından salınan CO2’nin yaklaşık %45’i atmosferde kalmakta ve küresel ısınmaya önemli ölçüde katkıda bulunmaktadır.

Karbondioksit olmadan, Dünya gezegeni son derece soğuk olur ve yaşanamaz hâle gelir. Bununla birlikte, bu gazın atmosferdeki artan konsantrasyonu artık ortalama küresel sıcaklıkları yükseltiyor.

2019 yılında, yalnızca ABD 5.130 milyon metrik ton enerjiyle ilişkili CO2 saldı ve küresel emisyonlar US Energy (BSIN ) Information Administration tahminlerine göre 33.621,5 milyon metrik ton olmuştur.

Sonuç olarak, atmosferik karbondioksiti yakalayıp depolayan bir süreç olan karbon sekestrasyonu konusunda artan bir ilgi vardır. Bu yaklaşım, atmosferdeki CO2 seviyelerini azaltmayı ve küresel iklim değişikliğini hafifletmeyi amaçlamaktadır.

Bu hedefi desteklemek için çabalar, temiz enerji sistemlerine geçişi ve ulaşım ve inşaat gibi yüksek emisyonlu sektörlerin karbonsuzlaştırılmasını içerir. Bu girişimler arasında, özellikle karbon sekestrasyonu, iklim değişikliğiyle mücadelede doğal ortamla işbirliği yapan bir yöntem olarak öne çıkmaktadır.

Karbon sekestrasyonu, Dünya atmosferinden karbonu kaldırmanın temel bir yöntemi olup, öncelikle CO2’nin kalıcı depolanmasına odaklanır. Bu süreç iki şekilde gerçekleşebilir: biyolojik ve jeolojik.

Jeolojik karbon sekestrasyonu, CO2’yi yeraltı oluşumlarında depolamayı içerir. Birleşik Devletler Jeoloji Araştırması (USGS) 2013 ulusal jeolojik karbon sekestrasyonu değerlendirmesine göre, karbon dioksit için tahmini ortalama depolama potansiyeli 3.000 metrik gigaton olarak belirlenmiştir. Kuruluşun değerlendirmesine göre, Teksas’tan Georgia’ya kadar kıyı havzalarını kapsayan Coastal Plains bölgesi, CO2 için en yüksek depolama potansiyeline sahiptir.

Bunun yapılma yollarından biri, CO2’yi hammadde olarak gerektiren grafen üretimidir. Grafen, çok yüksek dirençli hafif ve esnek bir malzemedir; bu da onu inşaat, enerji, elektronik ve sağlık sektörlerinde faydalı kılar.

Daha sonra, havadan CO2 yakalayarak yeni bileşikler oluşturmak için şekli değiştirilen mühendislik molekülleri vardır. Karbon Yakalama ve Depolama (CCS) ise endüstriyel faaliyetlerden üretilen CO2’yi yakalamayı, sıkıştırıp derin yeraltı tesislerine taşımayı ve nihayetinde kalıcı depolama için kaya oluşumlarına enjekte etmeyi içerir.

Karbondioksiti yeraltı rezervuarlarına enjekte etmek, petrol üretimini artırma faydası sağlar. Ancak bu yöntem dezavantajlardan yoksun değildir. Karbondioksit göçü ve sızıntısı, yeraltı suyu kirliliği ve enjeksiyonla ilişkili sismik riskler gibi sorunlar ortaya çıkabilir. Ayrıca, dünyanın birçok bölgesi rezervuar enjeksiyonu için uygun jeolojik özelliklere sahip değildir.

Biyolojik karbon sekestrasyonu, ‘dolaylı’ veya pasif bir sekestrasyon şekli olarak adlandırılır. Bu yöntemde, CO2, toprak, ormanlar, çayırlar, okyanuslar ve diğer su kütleleri gibi ‘karbon havuzları’ olarak adlandırılan doğal ortamda depolanır.

Ormanlar, aslında doğal karbon sekestrasyonunun en iyi biçimlerinden biri olarak kabul edilir. Sonuçta, ormanlar ortalama olarak yaydıklarından iki kat karbon depolar. Fotosentez sırasında, CO2 bitkilerle bağlanır ve oksijenle değiştirilir. Küresel CO2 emisyonlarının tahmini dörtte biri, ormanların yanı sıra çayırlar, tarlalar, otlaklar gibi diğer bitki örtüsü biçimlerinde sekestre edilir.

Şimdi, toprağa gelince: CO2, kalsiyum gibi elementlerle birleşerek karbonatlar şeklinde yakalanır ve binlerce yıl boyunca birikir. CO2 sonunda yeryüzünden serbest kalsa da bu süreç binlerce yıl sürer.

Büyük su kütleleri dahil su ortamlarında, bunlar yeryüzündeki atmosferden kaldırılan CO2’nin dörtte birini oluşturur. Karbonun büyük ölçüde depolandığı yer okyanusların üst katmanlarıdır, ancak aşırı miktarlar suyun asitlenmesine ve biyolojik çeşitliliğe olumsuz etki yapabilir.

Şimdi artan bir odak, karbon sekestrasyonunun büyük ölçekli gerçekleşmesini sağlayabilecek teknolojilerin geliştirilmesindedir.

Küresel ısınma tehdidine çözüm bulmak için çalışan en iyi biyotek şirketlerinin listesi için buraya tıklayın.

Ultrahızlı Karbon Sekestrasyonu Yöntemi

University of Texas at Austin’tan araştırmacılar, atmosferden yakalanan karbonu depolamanın yeni ve son derece hızlı bir yolunu bulmuşlardır. Bu yöntem sadece geleneksel yöntemlerden daha hızlı olmakla kalmaz, aynı zamanda geleneksel yöntemlerde kullanılan zararlı kimyasal hızlandırıcıları veya mekanik karıştırmayı da gerektirmez.

ACS Sustainable Chemistry & Engineering dergisinde yayınlanan yeni araştırma, karbondioksit hidratlarının ultrahızlı oluşumu için bir teknik geliştirmiştir. Bu malzemeler benzersiz ve buz benzeri olup, CO2’yi okyanusta gömerek atmosferde serbest bırakılmasını önleyebilir.

“Atmosferimizden gigatonlarca karbonu güvenli bir şekilde kaldırmanın büyük bir zorlukla karşı karşıya olduğumuz bir dönemdeyiz — ve hidratlar karbon depolaması için evrensel bir çözüm sunuyor. Onların karbon depolama pastasının büyük bir parçası olabilmesi için, teknolojinin onları hızlı ve ölçekli bir şekilde büyütmesi gerekiyor.” 

– Vaibhav Bahadur, Walker Mekanik Mühendisliği Bölümü’nden bir profesör

Araştırma, hidratların kimyasal kullanmadan hızlı bir şekilde yetiştirilebileceğini gösteriyor; bu kimyasallar karbon yakalamanın çevresel faydalarını nötralize eder. Ayrıca ekip, bunun gigaskala karbon depolaması için son derece etkili bir yol olduğunu düşünüyor. Ve bazı sorunlar aşılabilirse, hidratlar karbon yakalama ve depolama için tercih edilen bir yöntem haline gelebilir.

Ekip, karbon yakalamak için bu hidratları oluşturmanın yalnızca yavaş bir süreç olmakla kalmayıp aynı zamanda enerji yoğun olduğunu, bu yüzden büyük ölçekli karbon depolamasının popüler bir yol haline gelmesini engellediğini, ancak artık bu durumun değiştiğini belirtti.

Yeni çalışmada, araştırmacılar hidrat oluşum hızını önceki yöntemlere kıyasla altı kat artırmayı başardılar. Sürecin hızlı hızı ve kimyasallardan arındırılmış olması, hidratları büyük ölçekli karbon depolaması için uygun kılıyor.

Ancak kimyasal ihtiyacını ortadan kaldıran, böylece daha iyi emilim, enerji verimliliği ve maliyet etkinliği sağlayan madde, araştırmanın ‘gizli sosu’ olan magnezyumdur.

Magnezyum (Mg), düşük yoğunluk, düşük erime noktası ve yüksek kimyasal reaktiviteye sahip parlak gri bir metal olup, doğal olarak diğer elementlerle birleşik halde bulunur. Bu metal, kimyasal ajan gereksinimini ortadan kaldıran bir tetikleyici görevi görür. Magnezyum eklenmesi, belirli bir reaktör konfigürasyonunda yüksek akış hızında karbondioksit kabarcıklandırmasıyla desteklenir. Reaktör basıncı, sekestrasyon hızının temel faktörüdür.

Dolayısıyla, magnezyum varlığında sürekli gaz giriş ve çıkışının yüksek akış hızı, net gaz tüketimine dayalı CO2 sekestrasyon hızını artırır. Bu yöntem, gaz‑su‑hidrat arayüzünü sürekli yenileyerek büyüme hızını artırır.

Teknolojiyi uygulamayı kolaylaştıran şey, deniz suyuyla oldukça iyi çalışmasıdır; bu da tatlı su üretmek için karmaşık tuzdan arındırma süreçlerine ihtiyaç duyulmadığı anlamına gelir. Tuzlu suyla hızlı köpük oluşumu, teknolojiye ekonomik performansı önemli ölçüde artıracaktır, ekip buna inanıyor. Araştırmayı yöneten Bahadur’a göre:

“Hidratlar, deniz tabanının istikrarlı termodinamik koşullar sunması ve bu sayede parçalanmadan korunması nedeniyle çekici karbon depolama seçenekleridir.”

Bu şekilde, karbon depolaması, kıyı şeridine sahip her ülke için temelde kullanıma hazırdır. Dolayısıyla, bu karbon depolama yöntemi “küresel ölçekte daha erişilebilir ve uygulanabilir hâle getiriyor ve sürdürülebilir bir geleceğe ulaşmamıza daha da yaklaştırıyor,” diye ekledi.

Araştırmacılara göre, köpükler CO2’nin taşınması ve sekestre edilmesi için yeni yaklaşımları mümkün kılacak. Ancak bu ilerlemenin etkileri sadece karbon sekestrasyonu ile sınırlı değil. Hidratların ultrahızlı oluşumu, gaz ayırma, depolama ve tuzdan arındırma gibi alanlarda da uygulanabilir.

Bu şekilde, yeni teknoloji çeşitli endüstriler için çok yönlü bir çözüm sunar. Bu nedenle, araştırmacılar teknolojiyle ilgili iki patent başvurusunda bulunmuş ve ticarileştirmek için bir girişim kurmayı bile düşünüyorlar.

Tüm Girişimler Başarılı Olmaz 

Çevrenin karbonsuzlaştırılmasının önemi göz önüne alındığında, bilim insanları ve dünya liderleri iklim hedeflerine ulaşmak için farklı yollar ve yeni teknolojiler araştırıyor. 

Geçen yıl, bilim insanları Sicilya yakınlarındaki volkanik bir adanın kıyısında CO2’yi “şaşırtıcı derecede hızlı” bir şekilde tüketen bir mikroorganizma keşfettiler. Eylül 2022’de bulunan bu mikroplar, fotosentez yoluyla CO2’yi tüketmede “hiper verimli” olup, diğer bilinen siyanobakterlerden daha hızlıdır. Bilim insanları, mikrobiyal süreçlerin teknolojik müdahalelerden çok daha sermaye verimli olduğunu ve “çeşitli ortamlarda, açık göletlerden biyoreaktörlere kadar uygulanabilir” olduklarını belirttiler.

Birkaç ay önce, Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü (NIST) bilim insanları, havadan karbon yakalama (DAC) endüstrisi için kullanılan malzemelerin (sorbentlerin) performansını ölçmek üzere yüksek doğruluklu test ekipmanları geliştirdiklerini rapor ettiler. Bu cihaz, NIST’in araştırma kalitesinde test malzemeleri (RGTM) sorbentleri üretmesini sağlar ve şirketlerin sorbentlerini ölçeklendirmeden önce test edip etkinliğini doğrulamasına olanak tanır.

Bu ay, Avustralyalı araştırmacılar, güneş enerjisini kullanarak madencilik atıklarında karbon yakalama ve depolama önerdi. Şu anda, yoğunlaştırılmış güneş ısısını serpantin aktivasyonu için kullanarak mineral karbonatlama yoluyla karbon yakalama ve depolama süreçleri için aktif hammadde üretimini ilk değerlendirme ve analiz aşamasında yapıyorlar.

Bilim insanları, sera gazlarını doğrudan evleri ısıtmak veya endüstrileri beslemek için kullanılabilecek katı yakıtlara dönüştürme yollarını da keşfediyor. Örneğin, MIT ve Harvard Üniversitesi araştırmacıları karbondioksitin yakalanması ve elektrokimyasal dönüşüm sürecini geliştirdiler ve gösterdiler. Katı format daha sonra laboratuvarda bir yakıt hücresi aracılığıyla elektrik üretmek için kullanılıyor.

Dolayısıyla, karbon yakalama ve depolamaya açıkça daha fazla odaklanılmış ve bu çabalara çok sayıda araştırma ve fon yatırılmıştır. Ancak, tüm girişimler başarılı olmamıştır. Bunun belirgin bir örneği, ABD merkezli iklim girişimi Running Tide’dir.

Running Tide’ın karbon giderme sürecinde, yüzen ahşap şamandıralardan oluşan bir ağ, “havadan ve sudan karbonu yutan” deniz yosunu “mikroorman”ları ve denizin yüzey tabakasına antiasit görevi gören kireç taşı oluşturur. Deniz yosunu daha sonra kesilerek okyanusa batırılır; burada CO2’yi emer ve binlerce yıl boyunca derinlerde gömülü kalır.

Şirket, web sitesine göre, iki yol aracılığıyla 25.000 ton karbon kaldırdığı bildirilmektedir:

• Okyanus alkalinitesi artırma
• Biyokütle batırma

Running Tide ayrıca, hızlı döngüden kaldırılan bir ton karbonu temsil eden karbon kredileri satmaktadır. Yaklaşık bir yıl önce, girişim açık okyanus projesinden ilk karbon kaldırma kredilerini teslim etti; krediler e-ticaret devi Shopify’a önceden satıldı. Daha sonra Microsoft (MSFT ) da girişimden karbon kredileri satın aldı.

Haziran ayında, girişim kapanacağını duyurdu. Running Tide kurucusu ve CEO’su Mark Odlin bir LinkedIn gönderisinde:

“Ne yazık ki, bugün Running Tide’ın küresel operasyonlarını kapatma sürecine başlıyoruz çünkü çalışmamızı aciliyetiyle sürdürebilmek için gerekli finansmanı sağlayamadık.”

Gönderiye göre, karbon piyasası gönüllülük esasına dayanıyor ve “büyük ölçekli karbon giderimini destekleyecek talep” bulunmadığını ekleyerek, “bizim bütünlüğümüz, sadece zafer koşulunu yerine getirip getirmediğimize göre değerlendirilecek” dedi.

Gönderide, girişimin “açık okyanusta en büyük başarılı karbon giderme projesini en düşük maliyetle, en zorlu ortamda ve en yüksek kalite standardı ile” yürüttüğünü iddia etti.

Şirketin, İzlanda kıyı sularına yaklaşık 19 bin ton odun talaşı battırdığı bildiriliyor. Bu devasa döküm “tamamen denetimsiz” olarak tanımlanmış, İzlanda haftalık gazetesi Heimildin’in belirttiği gibi, operasyonların denetimsiz olduğu ve şirketin deniz tabanında 25.000 ton karbon sekestre ettiğine dair iddialarının doğrulanmadığı vurgulandı.

Running Tide’ın kapanışı ve operasyonlarıyla ilgili sorular, tüm çabalar ve araştırmalar heyecan verseler de girişimlerin her zaman hayata geçmediğini ve gerçek bir değişim için daha fazla devlet desteği ve teknolojik atılımlara ihtiyaç olduğunu gösteriyor.

#1. ExxonMobil (XOM)

Karbonsuzlaştırma (CCS) teknolojilerine yoğun yatırım yapan önde gelen halka açık şirketlerden biri olarak, çeşitli projelerle karbon ayak izini azaltmaya çalışan ExxonMobil (XOM ), University of Texas’ın okyanus temelli karbon sekestrasyonu araştırmasından önemli ölçüde fayda sağlayabilir.

Okyanus temelli karbon sekestrasyonu teknolojisi, ExxonMobil’in teknolojik liderliğini artırmasına ve karbon emisyonlarıyla ilgili düzenleyici maliyetleri azaltmasına yardımcı olabilir.

Finansal olarak, potansiyel karbon vergisi yükümlülüklerini azaltarak ve karbon kredisi satışından yeni gelir akışları yaratarak önemli miktarda tasarruf sağlayabilir. Ayrıca, bu ilerlemeler ExxonMobil’in çevresel, sosyal ve yönetişim (ESG) puanlarını iyileştirerek çevre bilincine sahip yatırımcılar için daha çekici hâle getirebilir. Şirket, 2023’te 413,7 milyar dolar gelir bildirdi.

#2. Occidental Petroleum (OXY)

Occidental Petroleum (OXY ), özellikle yakalanan karbonu artırılmış petrol geri kazanım (EOR) süreçlerine entegre eden büyük ölçekli CCS projeleri geliştirmede liderdir. Okyanus temelli karbon sekestrasyonunu benimseyerek, Occidental CCS girişimlerini daha da çeşitlendirebilir ve sürdürülebilirlik uygulamalarını güçlendirebilir.

Finansal olarak, bu teknoloji çift fayda sağlar: karbon vergi yükümlülüklerini azaltmaya yardımcı olur ve karbon kredileri aracılığıyla ek gelir üretir. Ayrıca, yakalanan karbonun EOR’da kullanılması, petrol geri kazanım oranlarını artırarak üretim verimliliğini ve kârlılığı yükseltir. Şirket, 2023’te 28,92 milyar dolar gelir bildirdi.

Son Düşünceler

Dünya atmosferinin daha fazla ısınmasını önlemek ve iklim değişikliğiyle mücadele etmek küresel önceliklerdir. Karbon salınımlı yakıtların aşamalı olarak ortadan kaldırılması ve net sıfır emisyon için yasal bağlayıcı hedeflerin belirlenmesi gibi çeşitli önlemler benimsenmiştir. CO2 yakalama ve depolama, gezegenimizi karbonsuzlaştırmak için bir diğer önemli çözümdür.

Bu karbon sekestrasyonu, okyanus derinliğinin çekici bir konum sunmasıyla çeşitli yollarla gerçekleştirilebilir. Okyanus, biyolojik bir karbon pompası—fitoplankton—kullanarak yüzey CO2’sini besin zinciri aracılığıyla deniz tabanına taşıyan ve uzun vadeli depolayan bir karbon havuzudur. Okyanus dolaşımıyla hareket eden fiziksel pompalar da çözünmüş karbonun sekestrasyonuna yardımcı olur.

Geniş depolama kapasitesi ve doğal CO2 emme yeteneği, atmosferden izole olmasıyla birleştiğinde, derin okyanus karbon depolaması için popüler bir yöntemdir. Teknikler, derin okyanusa doğrudan CO2 enjeksiyonundan fitoplankton büyümesini teşvik etmek için besin eklemeye ve yüksek basınç ile düşük sıcaklıklardan yararlanarak katı hidratlar oluşturmaya kadar çeşitlilik gösterir.

Ancak, bu yaklaşım Running Tide örneğinde olduğu gibi zorluklardan muaf değildir; asidifikasyon, maliyet, izleme, doğrulama ve sürdürülebilirlik gibi sorunlar ortaya çıkar.

Sürekli araştırma ve geliştirme sayesinde, University of Texas araştırmacılarının yaptığı gibi, çevreye zarar vermeden karbon depolamaya yardımcı çözümler bulabiliriz. Genel olarak, okyanus derinlikleri karbon sekestrasyonu amacıyla umut verici ancak belirsiz bir seçenek sunmaktadır.

En iyi beş karbon yakalama hissesi listesi için buraya tıklayın.