Ayşe YILDIRIM - Dünya Enerji Konseyi

1
TÜRKİYE’NİN HİDROKARBON KÖKENLİ ALTERNATİF ENERJİ KAYNAKLARI
*Ayşe YILDIRIM, *Pelin HOŞHAN
*TPAO Araştırma Merkezi 2.Cad. No:86 Söğütözü, 06100, Ankara, Türkiye
[email protected], [email protected]
ÖZET
Dünyada bilinen üretilebilir petrol ve doğal gaz rezervlerinin yakın gelecekte
azalacağı, arzdaki sorunlar, buna paralel olarak fiyatlarda yükselen trendler ve arztalep dengesizlikleri sebebiyle bilim insanları, enerji sektörü ve petrol şirketleri, yeni
alternatif enerji kaynaklarının araştırılmasına yönelme eğilimi göstermektedir. Güncel
alternatif enerji kaynakları; güneş, rüzgar, dalga, jeotermal enerjisi olmakla birlikte
hidrokarbon kökenli alternatif enerji kaynakları da güncelleğini korumaktadır.Türkiye
hidrokarbon kökenli alternatif enerji kaynakları bakımından zengin konumdadır. Bu
kaynaklar; bitümlü şeyller, kömür kaynaklarıi ve gaz hidratlar olarak tanımlanabilir. Bu
makalede hidrokarbon kökenli enerji kaynakları; özellikleri, rezervleri, üretim
teknolojileri ve olası potansiyelleri bakımından tartışılmıştır.
Bitümlü şeyl; “kerojen” adı verilen organik madde içeriği olan, ince taneli ve genellikle
laminalı (yapraksı) bir yapıya sahip ve değişik jeolojik evreler sonucu oluşmuş düşük
poroziteli “retorting” veya “piroliz” gibi ısıl yöntemlerle petrol ve gaz türetebilen
sedimanter kayaç olarak tanımlanmaktadır. Bu kayaçlar, literatürde “petrollü şeyl”
(oil shale) veya “bitümlü şist” (bituminous schist) olarak da adlandırılmaktadır.
Türkiye'de mevcut bitümlü şeyllerin toplam rezervi, linyit rezervlerinden sonra ikinci
sırayı almaktadır. Sürdürülegelen bitümlü şeyl etütleri sonucunda; bugüne kadar
Beypazarı(Ankara), Seyitömer(Kütahya), Hatıldağ(Bolu), Himmetoğlu(Göynük-Bolu),
Mengen(Bolu), Ulukışla(Niğde), Bahçecik(Kocaeli), Burhaniye(Balıkesir),Beydili
(Ankara), Dodurga(Çorum) ve Çeltek(Amasya) gibi sahalarda rezerler belirlenmistir.
Yerinde kömür gazlaştırma (UCG) yöntemi, Dünya‟da uygulanan temiz kömür
teknolojisi yöntemlerindendir. UCG yöntemi kalorifik değeri düşük, çıkarılmayan veya
jeolojik yapı gereği(yüksek kırılma frekansları, volkanizmalar ve kompleks
depolanma/tektonik yapılar) çıkarılamayan kömür yataklarındaki kömürün oksijen ve
buhar karışımı (oxidant; hava, zenginleştirilmiş hava, O2/H2O, CO2/O2...) ile yanıcı
gaz (syngas) haline dönüştürülmesinde kullanılan bir yöntemdir. Bu yöntemde kömür
yatakları reaktör görevini görmektedir. Böylelikle gazlaştırma yer yüzünde değil, yer
altında yapılmaktadır. İşlem yanma değil kısmi oksidasyondur ve elde edilen yanıcı
gaz(syngas) kurulan IGCC(Integrated Gasification Combined Cycle) santrallerinde
elektrik üretiminde kullanılabildiği gibi özellikle FTS(Fischer-Tropsch ) yöntemiyle sıvı
yakıt eldesinde ve kimyasallar üretiminde de kullanılmaktadır. Özellikle sit alanı
olarak tespit edilen Trakya Bölgesi‟ndeki linyit yataklarının yer altı gazlaştırma
teknolojisi ile üretime alınabilme olasılığı tartışılmalıdır.
2
Yüksek basınç ve düşük sıcaklık altında bir araya gelerek kafes yapısı oluşturan su
moleküllerinin, ortamda serbest halde bulunan gaz moleküllerini kapanlaması sonucu
oluşan buz benzeri, genellikle kirli beyaz, kristal yapılı oluşumlara “Gaz Hidrat”
denilmektedir. Ülkemizde Karadeniz ve Akdeniz karasularında geleceğin enerji
kaynağı olarak görülen gaz hidrat ve sığ gaz potansiyelleri mevcuttur. Gaz hidrat
oluşumları, yapılarının geçirgen olmaması nedeniyle daha derinlerde bulunabilecek
olası serbest doğal gaz yatakları için çok uygun bir örtü kaya oluşturmaktadır.
Dolayısıyla sadece gaz hidrat değil, altında olabilecek potansiyel serbest doğal gaz
gaz rezervleri de hedef alınmaktadır.
Enerji şirketi olma vizyonuna sahip olan Türkiye Petrolleri Anonim Ortaklığı(TPAO),
Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı(ETKB) çatısı altında; Maden Teknik Arama
Enstitüsü(MTA), Türkiye Kömür İşletmeleri(TKİ), Elektrik Üretim Anonim
Şirketi(EÜAŞ), ETİ Maden, Türkiye Taş Kömürü İşletmesi(TTK) ve Maden İşleri
Genel Müdürlüğü(MİGEM) ile birlikte kurulan komisyonda yer almakta ve ülkemizde
bulunan Hidrokarbon Kökenli Alternatif Enerji Kaynaklarının değerlendirilmesi ve ArGe çalışmalarına katkıda bulunmaktadır.
Anahtar Kelimeler: Alternatif enerji, hidrokarbon kökenli, gaz hidrat, bitümlü şeyl,
yerinde kömür gazlaştırma .
HYDROCARBON BASED ALTERNATIVE ENERGY SOURCES OF TURKEY
ABSTRACT
The known producible oil and gas reserves are assumed to be diminishing or
declining in near future. Due to the price rising, imbalances in supply and demand
scientists, energy sectors and oil companies tend to their investigation to make
researches for new alternative energy sources. The known alternative energy
sources are; solar, wind, wave and geothermal. Also, hydrocarbon-based alternative
energy sources are important. Turkey is rich in hydrocarbon-based alternative energy
sources. These resources are coal, gas hydrates and bituminous shale. In this article
the possible potentials, features, reserves, production technologies of hydrocarbonbased energy resources in Turkey are discussed.
Oil shale is commonly defined as sedimentary rock containing organic matter which
is “kerogen” and formed as a result of different geological phases. The sedimentary
rock of oil shale contains fine grained, low porous, and usually leafy organic matter.
Oil shales which is the source of liquid and gaseous hydrocarbon decomposes by
pyrolysis or retorting processes. This rock also called as bituminous schist or oil
shale in the literature. In Turkey, the current total bituminous shale reserve
constitutes the second place after from lignite reserves. As a result of the ongoing
bituminous shale studies in Turkey; Beypazarı(Ankara), Seyitomer(Kütahya),
Hatıldag,
Himmetoğlu(Göynük-Bolu),
Mengen(Bolu),
Ulukışla(Niğde),
Bahçecik(Kocaeli), Burhaniye(Balikesir), Beydili(Ankara), Dodurga(Corum) and
Celtek(Amasya) reserves have been determined by several studies.
3
Underground Coal Gasification(UCG) is the one of the new technology for alternative
energy sources. UCG is a gasification process carried on low calorific value, non
mined or unmineable coal seams due to the geological conditions (high fracture
frequencies, volcanics, complex storage/techtonic structures). UCG process converts
coal in situ into product gas(syngas) by using oxygen/ steam mixture (air, enriched
air, oxygen/water, carbon dioxide/oxygen.... ). Here the coal beds react as a chemical
reactor, thus gasification process is maintained
underground rather than
conventional gasification methods. In this process; coal, steam and oxygen are
brought together to the combustion temperature for coal and by adjusting the
amount of oxygen carefully, the coal is not completely burned but decomposed
chemically. The process is a partial oxidation rather than combustion. The resulting
mixture (carbon monoxide, hydrogen, carbon dioxide, methane) is UCG gas (syngas)
can be used Integrated Gasification Combined Cycle(IGCC) configuration as a
supplement and substitue fuel for electricity generation and chemical synthesis
resulting in manufacturing of synthetic liquid fuel or chemicals by Fisher-Tropsch
method.
Gas hydrates are solid iced-like, dirty white color crystalline compounds in which gas
molecules are trapped inside voids in hydrogen bonded lattice structure of water
molecules. They are formed in high pressure and low temperature conditions. In
Turkey, Black Sea and the Mediterranean Sea to be seen as an energy source of the
future and is available in shallow gas hydrate potentials. Since gas hydrate structure
is not permeable, it is convenient as a cover rock for deeper and possible released
natural gas sources. So, not only the gas hydrates but also potential natural gas
reserves under the hydrates should be in the target for investigation.
Turkish Petroleum Company (TPAO), has a vision being an energy company and
taking in the commission to assess the low calorific value lignite reserves in Turkey
by clean coal technologies under the roof of Ministry of Energy and Natural
Resorces (ETKB) conjuction with General Directorate of Mineral Research and
Exploration (MTA), Turkish Coal Enterprises (TKI), Electric Power Resources Survey
and Development Administration (EIEI), Electricity Generation CO.INC (EUAS), ETI
MINE Works General Management (ETI Maden), Turkısh Hard Coal Enterprises
Keywords: Alternative energy, hydrocarbon-based, gas hydrate, bituminous shale,
underground coal gasification.
1.GİRİŞ
Alışılmış, yaygın kullanımlı (petrol, doğal gaz, kömür, nükleer) enerji kaynaklarının
tükenebilirliği, atmosferik/iklimsel çevresel etkileri, giderek artan birim fiyatları,
maliyetleri, ülkelere/bölgelere göre dengesiz dağılımları, tedarik ve taşıma riskleri
dünya ülkelerini öz kaynaklara ve yeni teknolojilere dayalı alternatif enerji
kaynaklarına yöneltmektedir. Linyit ve taş kömürünün gazlaştırılmasından elde edilen
yakıtlar, gelecek yıllarda petrol ve doğal gazın yerini alacak en güçlü adaylar olarak
görülmektedir. Gaz hidratlar barındırdıkları potansiyel ile geleceğin enerji kaynağı
olma konusunda oldukça önemli bir yer tutmaktadır. Yeni ve yüksek verimli bir enerji
kaynağı olabilme olasılıkları, derin denizde, sondaj sistemlerinde ve var olan petrol
ve doğal gaz üretim boru hatlarında kolayca oluşabilmeleri, gaz hidratları dünya
enerji gündemine taşımaktadır. Enerji krizleri ile gündeme gelen bitümlü şeyl ve şeyl
4
petrolü çalışmaları, petrol fiyatlarının en yüksek olduğu dönemlerde
değerlendirilmesi gerekli alternatif bir enerji hammaddesi olarak karşımıza
çıkmaktadır. Bitümlü şeylden sentetik petrol ve gaz üretimi, termik santrallerde katı
yakıt olarak kullanımı başta olmak üzere çeşitli yararlanma olanakları vardır. Bu
makalede; hidrokarbon kökenli alternatif enerji kaynaklarından bitümlü şeyllerin, linyit
gazlaştırılması ile elde edilen yakıtların ve gaz hidratların özellikleri, rezervleri, üretim
teknolojileri, olası potansiyellerine yer verilmiştir.
2. BİTÜMLÜ ŞEYLLER
Bitümlü şeyl; genellikle ince taneli, yapraklı yapıda olan ve kerojen adı verilen organik
madde içeren, ısıtıldığı zaman sentetik petrol ve gaz üretebilen sedimanter kayaçlara
verilen isimdir [1] .Dünya‟da bitümlü şeyl yatakları;
 çökelme ortamları,
 organik madde içeriği,
 kömür ve diğer hammadde kaynakları ile birlikte bulunuşuna göre
platform tipi, bataklık ve gölsel tip bitümlü şiştler olmak üzere 3 ana grupta
toplanmaktadır. [2],[3]. Dünyadaki bitümlü şeyl kaynaklarının ülkelere göre dağılımı
ve miktarları Şekil 1.‟de görülmektedir [4].
Bitümlü şistler, yeryüzünün çesitli bölgelerinde yaygın olarak bulunmaktadır.
Amerika‟nın doğusundaki Devonian-Missisiphian‟de bulunan bitümlü şistler, mevcut
rezervler içinde en büyük paya sahiptir. Amerika‟da Utah sınırındaki Kolorado ve
Wyoming bölgesinde yaklaşık 800 milyar varil rezerv olduğu tahmin edilmektedir. Bu
rezerv Suudi Arabistan petrollerinin yaklaşık 3 katına eşittir [5],[6],[7],[8].
Şekil 1. Dünyadaki bitümlü şeyl kaynaklarının ülkelere göre dağılımı ve miktarları [4]
2.1. Türkiye Bitümlü Şeyl Yatakları
Bitümlü şeyllerin jeolojik olarak incelenmelerine 1935 yılında MTA‟nın kurulmasıyla
başlanmıştır. Başlangıçta, bu kayaçlardan petrol üretimi amaç edinilmiştir. Fakat
kerojen oranlarının düşük olması nedeni ile petrol üretimine elverişli olamayacakları
anlaşılmış ve daha sonra araştırmalara yeniden başlanmış ve halen devam
etmektedir. Şimdiye kadar, sadece Seyitömer sahasında 400.000 ton kadar bitümlü
şeyl üretilmiş, fakat bu üretimin bir kısmı kömürle karıştırılarak kullanılmıştır.
Bügüne kadar, Türkiye‟de genel jeolojik incelemeleri tamamlanan önemli 13 adet
sahadaki toplam olası jeolojik rezerv
555.344.000.000 ton civarında tahmin
5
edilmektedir. Türkiye‟deki bitümlü şeyl potansiyel sahaları ve özellikleri Tablo 1.ve
Tablo 2.‟de verilmiştir [1],[9].
Tablo 1. Türkiyedeki bitümlü şeyl potansiyel sahaları [9]
Saha adı
Jeolojik Rezerv Muhtemel
(milyon ton)
Rezerv
(milyon ton)
Ank-Beypazarı
327.684
KütahyaSeyitömer
83.320
38.850
Bolu-Hatıldağ
78.372
389.200
Himmetoğlu
65.968
Mengen
50.000
Balıkesir-Burhaniye
15.600
Kocaeli-Bahçecik
42.000
Niğde-Ulukışla
130.000
Eskişehir-Sarıcakaya 300.000
Çorum-Dodurga
138.000
Amasya-Çeltik
90.000
Beydili
300.000
Demirci
172.000
Toplam
555.344
1.665.650
Tablo 2. Türkiyedeki bitümlü şeyl sahalarının özellikleri [9]
Saha
Üst kalorifik Top.org.karbon Petrol
değer
(%)
içeriği( %)
kcal/kg
Beypazarı
812.07
4.8
5.4
Seyitömer
847.90
6.9
5.0
Himmetoğlu 4991.88
30.9
43.0
Hatıldağ
773.86
5.6
5.3
Toplam Rezerv
(milyon ton)
327.684
122.170
467.570
65.938
50.000
15.600
42.000
130.000
300.000
138.000
90.000
300.000
172.000
2.220.990
Petrol
içeriği
(lt/ton)
60.0
54.3
56.0
58.0
Toplam
kükürt %
1.4
0.9
2.5
1.3
2.2. Bitümlü Şeyllerin Değerlendirilme Yöntemleri
Doğrudan Yakma: Bu kaynakların kömürde olduğu gibi yakılarak değerlendirilmesi
mümkün görülmektedir. Ancak yakma esnasında, gerekli havanın aşırısı kullanılsa
bile 450ºC‟ye kadar ulaşan sıcaklıklarda organik yapıda meydana gelen hızlı
bozunma ürünlerinin bir kısmı, yanmaya fırsat bulamadan yanma gazları ile
beraberce çıkmaktadır. Bu nedenle yakma ile değerlendirme uygun
bulunmamaktadır[10],[11].
Piroliz Yöntemi ile Sıvılaştırma: Piroliz işlemi, bitümlü şistlerin inert ortamda ısıl
parçalanmaya uğratılarak sıvı ve gaz ürünlere dönüştürülme işlemi olarak
tanımlanabilir. Değişik literatürlerde bu işleme retortlama, işlemin gerçekleştirildiği
reaktöre de retort denilmektedir.
6
Yer Üstünde Retortlama: Yer üstünde yapılan tüm retortlama işlemleri Şekil 2.‟deki
şemada görülen temel işlemleri içermektedir.
Şekil 2. Yer üstünde retortlama işlemleri akım şeması [10],[11]
Yeraltında Retortlama: Yeraltında retortlama işlemi özellikle yer üstü retortlama
işlemi sonrası oluşan ve çevre sorunu yaratan katı bakiye problemini ortadan
kaldırmaktadır. Bu işlemin temel adımları; öncelikle bitümlü şistlerin yer altında
parçalanması, gerekli ısıyı sağlamak için ateşleme, daha önce açılmış olan
kanalllardan hava gönderilmesi ve oluşan gaz ve sıvı ürünlerin yeryüzüne
pompalanmasıdır. Bu yöntemin başlıca dezavantajı; işletme maliyetinin yüksek
olmasıdır. Çünkü yer altında bulunan bitümlü şist yatağı gözenekli yapıda olmayıp
geçirgenliği de oldukça düşüktür. Bu nedenle önce geçirgen olmayan bitümlü şist
yatağının parçalanarak gözenekli hale getirilmesi gerekmektedir. İşletme maliyetinin
önemli kısmını bu işlem oluşturmaktadır. Diğer bir dezavantaj ise, gaz akımının
kontrolünün güçlüğü ve bunun sonucu olarak bütün ürün veriminin azalmasıdır. Bu
olumsuzlukları ortadan kaldırmak için Şekil 3.‟te verilen “oxo sistemi” geliştirilmiştir.
Bu sistemde her bir yer altı retortu 60m*60m*95m boyutlarındadır. Bu boyutlardaki
şist bloğunun yaklaşık % 25‟lik kısmı patlama işlemleri sonucu gözenekli hale
getirilmektedir. Retort, istenilen oranda gözenekli yapıya geldikten sonra oluşacak
ürünleri dışarıya almak ve kızgın hava/su buharı karışımını içeriye pompalamak
amacıyla gerekli boru bağlantıları yapılmaktadır. Ateşleme işleminden sonra yatağın
üst kısmı yanmaya başlar. Bu esnada oluşan ısının etkisi ile yatağın üst kısımlarında
piroliz işlemi başlar ve zaman içinde yatağın alt kısımlarına kayar. Oluşan ürünler
daha önceden bağlantıları yapılmış bulunan borular yardımıyla yer üstüne
taşınır[10],[11].
7
Şekil 3. Oxo retortunun basitleştirilmiş şeması [10],[11]
Bitümlü Şeyllerin Ekstraksiyonu: Piroliz işlemlerine alternatif olabilecek başka bir
yöntem de ekstraksiyondur. Bitümlü şistlerde organik yapının değişik çözgen
ortamında, kritik altı veya kritik üstü koşullarda bozundurulması esasına dayanan bu
yöntemde, çalışma koşullarına bağlı olarak değişik özellikte ve verimde şist petrolü
üretilebilmektedir. Farklı çözgenlerle yapılan Soxhlet ekstraksiyonunda verim çok
düşük olmaktadır. Yapıdaki organik kısmın çözünebilmesini arttırmak için şistdeki
inorganik kısmın uzaklaştırılması gerekmektedir. Bu işlem inorganik asitler ile
mümkün olabilmektedir. Ancak bu durumda organik yapı zarar gördüğünden verim
düşmektedir. Bu nedenle asit ile işleme sokmak yerine ekstraksiyon işlemini retort
içinde yüksek sıcaklık ve basınçlarda gerçekleştirme çalışmaları yapılmış ve oldukça
yüksek verimlere ulaşılmıştır [4],[12].
.
Şekil 4. Bitümlü şeyllerin ekstraksiyon şeması [4],[12]
3. YERİNDE KÖMÜR GAZLAŞTIRMA (UCG)
1995 yılından itibaren dünyanın pek çok ülkesinde yaygın bir şekilde kullanılmaya
başlanan Gazlaştırma Teknolojisi bugün en hızlı gelişen enerji teknolojilerinden birisi
haline gelmiştir. 28 ülkede 117 ticari ölçekte çalıştırılan gazlaştırma tesislerindeki
gazlaştırıcı sayısı 450 adettir [13],[14],[15]. Toplam kurulu gücü 45000 MW olan bu
8
gazlaştırıcı tesislerinde gazlaştırılan kömür, petrol koku, biyokütle ve atıkların yüzdesi
sırasıyla %49, %36 ve 15‟dir. Bu tesislerden elde edilen gaz ürünlerin %27‟si elektrik
üretiminde %37‟si kimyasalların üretiminde, %36‟sı ise sıvı ve gaz yakıt olarak
kullanılmaktadır. Petrol fiyatlarının sürekli tırmanışta olduğu, doğal gaz fiyatlarının
son iki yılda %100‟den fazla artması ve enerji arz güvenliği tehlikesi nedenleriyle
ülkemizde artan enerji ihtiyacının karşılanmasında, yerli linyit ve kömürlerimizin
kullanımının önemi bir kez daha ortaya çıkmıştır. Ülkemizin bugün belirlenmiş toplam
linyit rezervi 13 milyar ton iken, çıkartılmaya hazır rezervi 8.5 milyar tondur ve
gazlaştırma yoluyla enerji ve kimyasal madde üretimi için uygundur. Mevcut linyit
rezervlerinin ısıl değerleri 1100-4500 kcal/kg olup nem içerikleri yüksektir.
Ülkemizdeki linyitlerin kükürt miktarının yüksek oluşundan dolayı, herhangi bir işleme
tabî tutulmadan yakılarak değerlendirilmeleri büyük hava kirliliğine yol açmaktadır.
Gerek hava kirliliğinden dolayı gerekse bazı üretim tesislerinin hammadde ihtiyacını
karşılamak amacıyla linyit kömürlerinin gazlaştırılarak değerlendirilmesi mümkündür.
Ayrıca gaz yakıtın taşınması, kömüre nazaran daha kolay ve ucuz olacaktır
[13],[16],[17],[18],[19].
UCG prosesi kalorifik değeri düşük, çıkarılmayan veya jeolojik yapı gereği (yüksek
kırılma frekansları, volkanizmalar ve kompleks depolanma/tektonik yapılar)
çıkarılamayan kömür yataklarının oksijen ve buhar karışımı (oxidant; hava,
zenginleştirilmiş hava , O2/H2O, CO2/O2...) ile yanıcı gaz (syngas CO+H2) haline
dönüştürülmesinde kullanılan bir metotdur. Burada kömür yatakları reaktör görevini
görmektedir. Böylelikle gazifikasyon yer yüzünde değil, yer altında yapılmaktadır. Yer
üstü gazlaştırma verimliliği %40-42 iken yer altı gazlaştırmada verimlilik % 50-55
dolaylarındadır.UCG‟de kömür buhar ve oksijen ile beraber yanma sıcaklığına
getirilir, ancak oksijen miktarının dikkatlice ayarlanması ile kömür tamamen yakılmaz
ve kimyasal olarak parçalanır. İşlem yanma değil kısmi oksidasyondur ve elde edilen
yanıcı gaz (CO,H2 ,CO2 ve CH4; syngas) elektrik üretiminde kullanılabildiği gibi sıvı
yakıt eldesinde ve kimyasallar üretiminde de kullanılmaktadır (Şekil 5.).Elde edilen
syngas, daha fazla buhar ile muamele edilerek yüksek miktarlarda hidrojen elde
edilebilmekte ve CO CO2‟ye dönüştürülmektedir [20],[21],[22].
Kömür+O2 +Buhar
CO+H2+CH4 +CO2
UCG de temel işlem;Oksidantları göndermek için enjeksiyon kuyusu, oluşan gazları
almak için üretim kuyusu açmaktır.
Şekil 5. Yerinde kömür gazlaştırma (UCG) şeması [20],[21],[22]
9
3.1. UCG İçin Gerekli Jeolojik Koşullar ve Yer Seçimi
Kömürün yaşı/olgunlaşma seviyesi, kömür rezervuarının kompozisyonu (kil,
kum,kireçtaşı), rezervuarın geçirgenliği ve gözenekliliği, jeolojik kırık ve çatlak
yapıları, lokal jeolojik tabaka ve katmanlar oluşan syngas‟ın üretim kuyusundan
alınabilmesi için çok önemli parametrelerdir.
Yukarıdaki verilerin eldesi için; tespit edilen sahada pilot bir kuyu açılarak örnekleme
yapılmalı, özellikle 3D sismik ile saha tanımlanmalı, sahada yer altı suları açısından
hidrojeoloji modellemesi yapılmalıdır. Yer altı kömür gazlaştırılmasında tercih edilen
parametreler Tablo 4.‟te verilmiştir [20],[21],[22].
Tablo 4. Yeraltı kömür gazlaştırılmasında tercih edilen parametreler
Kömürleşme Kömür Katman
Derecesi
< Alt bitümlü
Kalınlığı
0,5-30 m
Yer Altı Kömür
Eğim Derinlik
Kalorifik Değer
Kül miktarı Nem Değeri Kömür Rezerv
Katmanı Yayılımı
Ortalaması
o
o
0 -70 30-800 m 1910-7165 kcal/kg
100-600 m
( 300 m üstü tercih edilir)
< %60
≤ % 40
100 milyon Ton
3.2. Proses Teknolojisi Avantajları ve Maliyetleri
UCG su ile doygunlaşmış derin kömür yataklarına uygulanmaktadır. Bununla beraber
su ile doygunlaşmamış su seviyesi üstündeki yataklara da uygulanabilmektedir.
Dünyada UCG için iki farklı teknoloji vardır. Birincisi Sovyetler Birliği teknolojisi olarak
olarak bilinmekte ve kuyular kömür kaynağına dikey olarak açılmaktadır. Burada ters
yanma (reverse combustion linking) metodu uygulanmaktadır. Bu metod 1999-2003
tarihleri arasında Avustralya/Chinchilla daki yüksek küllü kömürlerde kullanılmıştır.
Oksitleyici olarak hava ve su kullanılmaktadır. İkinci metod Amerika ve Avrupa Kömür
bantlarında test edilmiştir. Petrol/doğal gaz üretim ve kuyu tamamlama teknikleri ile
aynı metotdur. Gazifikasyon için oksijen veya zenginleştirilmiş hava kullanılmaktadır.
Kullanılan kuyu dibi sondajı dizi elemanları kömür katmanı çevresinde bulunan
çatlaklar ve kırıkları tespit eden sensörlere sahip olduğundan bu tip sondaj sayesinde
proses kontrolu daha verimli olmakta ve daha kolay kontrol edilebilmektedir
[20],[21],[22].
UGC prosesi, yer altında gaz ve ısı depolama kapasitesine sahip bir prosestir. Farklı
reaktörlerden gaz kompozisyonları elde edilebilir. Kül veya cürufların uzaklaştırılması
işlemi yapılmamaktadır. Çünkü kalıntılar yer altında kalmaktadır. Sıcak yer altı suları
reaktörlerin çevresinde ısı koruma görevi yapmaktadır. Böylelikle prosesdeki ısı kaybı
minimum seviyelerdedir. Uygulanan basınç yer altı suyunun kömür bantlarına akışını
kolaylaştırmakta ve kimyasal reaksiyonlarla yer altı kirliliğini minimuma indirmektedir.
Oluşan UCG gazları kullanılan oksidant ve proses koşullarına bağlı olarak CO 2 gazı
içermektedir. Bu gaz bilinen bazı yöntemler ile proses sürecinde tutulmaktadır.
Tutulan gaz, tükenmiş petrol /doğal gaz rezervuarlarına, derin akiferlere
depolanabilmekte (geological sequestration) ve ayrıca EOR(Enhanced Oil Recovery)
10
veya EGR (Enhanced Gas Recovery) olarak da değerlendirilmektedir. UCG gazları
konvansiyonel IGCC (Integrated Gasification Combined Cycle) prosesinde %55 lik
verim ile kullanılmaktadır. UCG-IGCC proses verimi %43 dolaylarındadır. Dünyadaki
kurulu tesislerin fizibilite çalışmaları sonucunda, UCG gazının (syngas) 2Euro-2.5
Euro/GJ olan birim fiyatı, 6Euro/GJ olan doğal gazdan daha ucuzdur. Petrol
fiyatlarının 35$/varil‟i aşması durumunda ekonomik olacağı belirtilmektedir.
[20],[21],[22].
4. GAZ HİDRATLAR
Doğal gaz hidratları, gaz moleküllerinin, suyun hidrojen bağları ile oluşturduğu kafes
türü kristal yapıdaki boşluklar içinde kapanlanması olarak tanımlanabilir (Şekil 6) [23].
Şekil 6. Kafes yapı içinde kapanlanmış olan metan gazı molekülü
Yeryüzünde gaz hidrat halinde bulunan gaz miktarının 10 15 ile 1018 m3 arasında
olduğu tahmin edilmektedir [24]. Gaz hidratlar Kuzey Amerika kıtasının her iki kıyısı
boyunca, Kuzey Denizi‟nde, Karadeniz‟in doğu ve kuzey kısımlarında, Hazar
Denizi‟nin güneyinde, Japonya ve Alaska‟da, Sibirya‟nın kara kısmında, Doğu Afrika
kıyılarında tespit edilmişlerdir. Ayrıca Akdeniz‟de Antalya Körfezi‟nde ve Girit Adası
civarında gaz hidratların varlığı tahmin edilmektedir. ( Şekil 7).
Şekil 7. Bilinen ve tahmin edilen hidrat rezervlerinin yerleri [24].
.Japonya Hükümeti 1995 yılında ulusal bir program oluşturarak, JNOC (Japan
National Oil Corp.) Kanada‟nın McKenzie deltası‟nda sondajla gaz hidrat arama
çalışmaları yapmıştır. Bunun yanında 1999‟da Hokkaido adası açıklarında sondaj
11
programı başlatılmıştır. ABD‟nin güneydoğu kıta yamacındaki Blake Platosu‟nda
Yaklaşık 3 bin km2‟lik hızlı çökelme alanında ABD‟nin yıllık gaz tüketiminin yaklaşık
30 katına eşit metan rezervi saptanmıştır. Gaz hidrat konusunda etkinlik gösteren
diğer bir ülke Hindistan‟da arama ve işletme çalışmaları için GAIL (Gas Authority of
India Ltd.) görevlendirilmiştir. Hindistan‟da gaz hidrat sahaların ruhsatlarının
verilmesinde ve bu sahaların geliştirilmesinde şirketlere önemli teşvik programları
önerilmiştir. Rusya‟da Kuzey Sibirya‟daki Messoyakha sahası üretimin yapıldığı
dünyadaki ilk ve tek örnektir. Tundra bölgesinde, permafrost bölgesinde yer almakta
olan Messoyakha sahasında hidrat içeren katmanların altında bulunan serbest doğal
gaz bölgesine ulaşılmış ve bu seviyelerden yapılan gaz üretimi sonrası elde edilen
basınç düşümü sayesinde hidrat yapısı bozunmaya başlamış ve sahadaki üretime
katkıda bulunmuştur. 17 yıllık üretim sürecinde sahadan üretilen toplam gazın % 36
kadarının bozunan hidrat yapısından geldiği hesaplanmaktadır [23],[25],[26] .
Messoyakha sahasındaki bu deneme dışında doğal gaz hidrat rezervlerinden gaz
kurtarımı için bir başka uygulama yoktur ve ticari anlamda bu tür rezervlerden gaz
kurtarımının 10-15 yıl gibi bir zaman zarfında başlayabileceği literatürde yer
almaktadır. Gerek deniz dibi sedimanları içinde yer alan hidrat rezervlerinin karmaşık
ve dağınık yapısı, gerekse hidratın bozunma termodinamiği ve kinetiği konusundaki
temel araştırmaların pratik uygulamaya aktarılmasındaki bilnmeyenler bu konuda
yeni araştırmaların gerekliliğini öne çıkarmaktadır. Türkiyede bu potansiyelin
araştırılması ve rezervin tesbiti konusunda yapılan çalışmalar yetersizdir.
4.1 Gaz Hidratların Üretim Prosesleri
Doğal gaz hidrat rezervlerinden gaz kurtarımı için üç ayrı yöntem önerilmektedir:
Isısal Kurtarım: Hidrat rezerv sıcaklığının arttırılarak hidratın bozunmasını
sağlamayı amaçlayan bu yöntemde rezerve dışarıdan ısı eklenmesinin, sıcak su
ve/veya buhar basılması yoluyla yapılması önerilmektedir.
Basınç Düşümü: Doğal gaz hidrat rezervi içinde ve/veya altında bulunabilecek
serbest gaz veya suyun üretilmesi sonucu oluşacak basınç düşümü sonrası hidratın
denge koşulları dışına çıkması hedeflenmektedir.
Inhibitör Basımı: Bazı kimyasallar (inhibitörler) hidrat denge sıcaklıklarını daha
düşük değerlere taşıyabilmektedirler. Basılacak bu tür kimyasallar ile, hidratın
bozunmasına ve gaz kurtarımına katkıda bulunacağı düşünülmektedir.
Yukarıda sözü edilen yöntemlerin birlikte kullanılacağı birleşik kurtarım yöntemlerinin
en etkin yöntemler olacağı literatürde tartışılmaktadır [27],[28].
4. SONUÇ VE ÖNERİLER
Ülkemizdeki bitümlü şeyl yatakları çoğunlukla Batı ve Orta Anadolu`da yer almakta
ve ortalama ısıl degeri 1000 kcal/kg dolayında veya bunun altında kalmaktadır. Kül
oranları ise oldukça yüksektir. Bitümlü şeylden petrol üretimi teknik olarak
uygulanabilir olmasına karşılık ekonomikliliği tartışmalıdır. Zira bitümlü şeylin %1015'lik kısmı ancak enerjiye dönüstürülebilir niteliktedir. Bu yüzden zenginleştirme
işlemi önem kazanmaktadır. Türkiye'de bitümlü şeyllerden bazı lokal kullanımlar
dışında şimdiye kadar yararlanılmamıştır. Ancak günümüzde petrol ve doğal gaz gibi
enerji hammaddelerindeki yüksek fiyatlar ve önümüzdeki yıllar içerisinde beklenen
12
yüksek artışlar dolayısıyla bitümlü şeyllerden yararlanma yollarının şimdiden ortaya
konulmasını gerektirmektedir. Yerli kaynaklarımızdan olan bitümlü şeyllerin daha
etkin ve verimli kullanımı amacıyla ülkemiz enerji politikaları içerisinde bitümlü
şeyllere yer verilmeli ve bu konuda gerçeklestirilecek Ar-Ge çalısmaları
desteklenmelidir.
UCG araştırma ve yatırımları petrol potansiyeli zayıf, kömür rezervleri fazla olan
ülkelerde yoğunlaşmıştır. Ülkemiz kömürlerinin UCG ve ticari üretim çalışmalarının
yeniden başlatılmasında bugünkü yüksek petrol fiyatlarının tetikleme etkisi altında
yarar görülmektedir. Özellikle sit alanı olarak tespit edilen Trakya Bölgesi‟ndeki linyit
yataklarının yer altı gazlaştırma teknolojisi ile üretime alınabilme olasılığı
tartışılmalıdır. UCG ile petrol ürünlerine eşdeğer ürün üretilmesine rağmen ilk yatırım
maliyetleri yüksek olduğu için her yeni teknolojide olduğu gibi kamu-özel sektör
işbirliği olmalıdır. Devlet prim destekleri, vergi indirimleri yaparak amortisman sürecini
kısaltmalıdır.
Akdeniz‟de Antalya Körfezi ve Marmara Denizi de doğal gaz yanında gaz hidratların
bulunma olasılığının olduğu deniz alanlarımızdandır. Türkiyede bu potansiyelin
araştırılması ve rezervin tesbiti konusunda yapılan çalışmalar yetersizdir. Karadeniz;
Almanya, Fransa, Rusya ve ABD tarafından son üç yılda yoğun olarak
araştırılmaktadır. Karadeniz, Türkiye açısından aramalarda öncelikli bir alan
olmalıdır. Karadeniz ve Akdeniz‟in yapısal durumunun ve mevcut hidrokarbon
potansiyelinin uluslararası projeler kapsamında, çeşitli kurumların da katılımıyla
ayrıntılı olarak incelenmesinin enerji açısından geleceğe yapılacak en önemli
yatırımlardan biri olacağı düşünülmelidir.
5. KAYNAKLAR
1. Şengüler, İ., “Asfaltit ve Bitümlü Şeylin Türkiye‟deki Potansiyeli ve Enerji
Değeri”TMMOB Türkiye 6.Enerji Sempozyumu
2. Scuten C.S, “Coal ,Gas and Petroleum”, chapter 25,1990,P:795-798
3. “Organic Petrography of Oil Shales” NATO ASI: Composition and Conversion of
Oil Shales 1-4 July 18-31,1993
4. Bsieso, M., “Jordan Oil Shale Energy Company A visison Towards Oil
Commercialization” Colarado School of mines 28 th Oil Shale symposium
13-15 Oct.2008
5. http://fossil.energy.gov/programs/reserves/npr/
6. http://www.worldenergy.org/publications/
7. http://www.ceri-mines.org/documents/28thsymposium/presentations08/PRES_131_Bsieso_Munther.pdf
8.http://www.fossil.energy.gov/programs/reserves/npr/Secure_Fuels_from_Domestic
_Resources_-_P.pdf
9. N.E Altun, C.Hiçyılmaz, J.-Y Hwang,A. Suat Bağcı, M.V.Gök “Oil Shales in the
World and Turkey Reserves, Current Situation and Future Prospects: A Rewiew” Oil
Shale , 2006, Vol:23 , No:3 , pp: 211-227
10. Ballice, L.,Yüksel, M., Sağlam,M, Hanoğlu,C, “Mevcut Enerji ve Kimyasal
Hammadde Kaynakları Arasında
Bitümlü Şistlerin Yeri ve Önemi “ Ekoloji
Çevre,1995,Sayı 14,S: 9-13
13
11. Probstein and Hicks “Synthetic Fuels”
Mc.Graw Hill Chemical Eng.
Series,1982,P:322-373
12. http://en.wikipedia.org/wiki/shale_oil_extraction
13. Tolay, M., “Enerji Üretiminde Linyit Gazla�tırmanın Önemi‟, Enerji ve Çevre
Dünyası Dergisi, Sayı 64, Eylül 2008, İstanbul.
14. Wooten, R., Kerr, C., “South Heart SNG Project”, Gasification Technologies
Conference, 5-8 October 2008, Washington DC
15. http:// www.gasification.org
16. Atakül, H., “An Overview of Coal Resources of Turkey‟, TUBITAK, MRC, April 19,
2007, Gebze,Kocaeli.
17. Tolay, M., “Gasification Technologies‟, Advanced Workshop on „Energy for
Future‟, ITU, Istanbul,7-9 December 2006.
18. Okutan, H., Tolay, M., Yamankaradeniz, H., Ekinci, E., “Gasification: The
Importance of 150 Years Technology in 21. Century‟, Coal and Energy Seminar,
General Management of TKİ, Ankara, 15-16
19. Tolay, M., “Clean Energy and Chemical Substance Production by Coal
Gasification, ICCI 2007; 13. International Energy, Co-Generation and Environmental
Technology Conference, 30-31 May 2007,
20. Aiman, W.R., R.J. Cena, R.W. Hill, C.B. Thorsness, 1980, Highlights of the LLL
Hoe Creek No.3 Underground Coal Gasification Experiment., Lawrence Livermore
National Laboratory, Livermore, CA. UCRL-83768.
21. Ambrozic, T, and Turk G., 2003, Prediction of subsidence due to underground
mining by artificial neural networks Computers an&Geosciences 29,627-737
22. Blinderman, M.S., and Jones, R.M., 2002, The Chincchilla IGCC Project to date:
UCG and Environment, 2002 Gasification TECHNOLOGİES Conference, San
Francisco, USA, October 27-30, 2002.
23. Sloan, E.D. Jr., (1997), Clathrate Hydrates of Natural Gases, Marcel Dekker,
Inc.,N.Y
24. Kvenvolden, K.A. (1988), “Methane Hydrate-A Major Reservoir of Carbon in the
Shallow Geosphere?” Chemical Geology, 71, pp. 41-51.
25. Makogon, Y.F., (1988), Natural Gas Hydrates- The State of the Study in the
U.S.S.R and Perspectives for Its Use, Third Chemical Congress of North
America, Toronto, Ont., June 5-10, pp.18.
26. Mehran,P.D, 2004”Gas Production from Hydrate Reservoirs” JPT, SPE 86827
pp 65-71
27. Collett, T.S., (1992), Potential of Gas Hydrates Outlined, Oil and Gas Journal,
June 22, pp. 84-87.