Çevresel Sürdürülebilirlige Dogru Kömürün Kullanımı

Dünya Enerji Konseyi Türk Milli Komitesi
TÜRKİYE 10. ENERJİ KONGRESİ
ÇEVRESEL SÜRDÜRÜLEBİLİRLİĞE DOĞRU
KÖMÜRÜN KULLANIMI
Gündüz ATEŞOK, Hayrünnisa DİNÇER, Fırat BURAT, Fırat KARAKAŞ,
Mustafa ÖZER
İstanbul Teknik Üniversitesi, Maden Mühendisliği Bölümü,
Cevher-Kömür Hazırlama ve Değerlendirme Anabilim Dalı, Maslak-İstanbul
ÖZET
Bu çalışmada; kömürün enerjide kullanımında oluşturduğu çevresel sorunlar
belirtilerek, geliştirilen karşı teknik çözümler anlatılmaktadır. Temiz kömür
teknolojilerinde gelişen teknoloji boyutları elektrik üretimi bazında ayrıntılı olarak
verilerek; ABD, Japonya, Almanya ve Güney Afrika’da son ileri tekniklerle
çalıştırılan termik santrallerden örnekler verilmiştir. Ayrıca, Dünya’da ve özellikle
ABD’de temiz kömür teknolojileri üzerinde gerçekleştirilen Ar-Ge çalışmalarından
da proje bazında bahsedilmiştir.
1.GİRİŞ
İki binli yıllarda Dünya’daki hızlı nüfus artışına paralel olarak, kapsamlı bir enerji
planlanması gerekmektedir. Hızla artan talebi karşılamak kadar çevreye uyumlu
enerji kaynaklarına yönelmek de önemlidir.
Günümüzde, Dünya enerji gereksiminin %80’i kömür, petrol ve doğalgaz gibi fosil
yakıtlarca, geri kalan %20’si başta hidrolik ve nükleer olmak üzere diğer
kaynaklardan karşılanmaktadır. Fosil yakıtların Dünya’da bilinen rezerv dağılımları
petrol eşdeğeri olarak %68 kömür, %18 petrol ve %14 doğal gaz olarak
hesaplanmaktadır. Buna göre; bilinen petrol rezervlerinin ömrü 40 yıl, doğal gazın
60 yıl ve kömürün ise 220 yıldır [1].
Dünya’nın 21. yüzyılda en önemli ve güvenilir enerji kaynağının kömür olması
kuvvetle muhtemeldir. Nitekim, Dünya enerji üretiminde, 2003 ve 2004 yıllarında
ortalama %42 olan kömür payının 2020 yılında %48’e yükseleceği tahmin
edilmektedir. Petrol ve doğal gaz’dan daha fazla kullanım ömrü olan ve
dünya’daki dağılımı çok daha homojen olan kömürün, son 20 yıldır hemen hemen
21
sabit olan fiyatlarıda dikkate alındığında, kömür arz güvenliği açısından stratejik
bir avantaj oluşturmaktadır.
Dünya üzerinde, ülke yönetimlerini üstlenenler, enerjiyi kesintisiz, güvenilir, temiz
ve ucuz yollardan temin etmek ve bu kaynakları da mutlaka çeşitlendirmek
durumundadırlar. AB Enerji Komisyonu, oluşturduğu enerji politikasında üç ana
unsura yer vermiştir. Bunlar;
•
Enerji arzının güvenilirliği,
•
En düşük maliyetle enerji üretimi,
•
Çevre ve vatandaşlarının korunması.
•
Enerji tasarrufu ve verimliliği konusundaki gelişmeler enerji talebindeki artış hızını
yavaşlatsa da tamamen durduramayacağından, enerji arzını artırırken sera etkili
gazların da dahil olduğu enerji üretimi kaynaklı ve çevre üzerinde olumsuz etkileri
bulunan emisyonların azaltılması sorunu varlığını sürdürecektir. Ana hatlarıyla bu
sorunun çözümü enerji yelpazesinin kalitesinin arttırılması ile mümkündür. AB
tarafından alınan önlemlerin hepsinin ortak noktası, en başta CO2 salınımının
azaltılmasıdır. Çünkü, karbon dioksit, 2000 yılı itibariyle AB’nin toplam sera
etkisini yaratan gaz salınımının %82’sini oluşturan en önemli gazdır [1].
Kömürün yakılması sonucu oluşan; karbon dioksit, karbon monoksit, kükürt
oksitler, azot oksitler gibi çeşitli gazlar, kurum ve kül gibi katı tanecikler ve çeşitli
hidrokarbon bileşikleri, başlıca hava kirliliği kaynaklarıdır. Yanma gazları ile
atmosfere atılan bu kirleticiler, güneş ışığının etkisiyle veya atmosferde bulunan
diğer bileşiklerle tepkimeye girerek; ozon, aerosol, nitrat, nitrit ve çeşitli asitler gibi
ikincil kirleticileri de oluşturmaktadırlar [2-3].
Dünya genelinde üretilen kömürün %70’i enerjide kullanılmak üzere termik
santrallerde tüketilmektedir. Kömürün yaratmış olduğu çevresel sorunlarla baş
edebilmek için geliştirilen teknolojiler ki bunlar genel olarak temiz kömür
teknolojileri olarak adlandırılmıştır; farklı kömür cinslerine, farklı çevresel
problemlere ve farklı ekonomik gelişmişlik düzeylerine göre sürekli bir gelişme
içerisindedir. Farklı seçenekler farklı şartlara uygundur. Özel olarak, gelişmiş bir
ülkede görülen teknolojiler gelişmekte olan ülkeler ile benzer olmayabilir.
Halihazırda, pek çok gelişmiş ülkede, çevresel sorunlar etkin olarak çözülmüştür
veya çözüme çok yaklaşılmıştır. Tanecik, SOx ve NOx kaynaklı emisyonlarla
mücadele edecek teknolojiler yalnızca geliştirilmemiş, aynı zamanda birçok
ülkeye yayılmıştır. Amaç sera gazlarını azaltmaktır.
Pek çok gelişmiş ülke çevreye duyarlı gelişmiş kömür kullanım yolunda epeyce
yol kat etmişlerdir. Bir sonraki adım, verimliliğin %50 ve daha da yüksek olmasına
fırsat tanıyan ilerlemiş ve geliştirilmiş kömür teknolojilerini yaymaktır. Hedef, ultra
düşük emisyonlu ve verimi yüksek termik santrallerdir.
Bu çalışmada; kömürün enerjide kullanımında oluşturduğu çevresel sorunlar
belirtilerek, geliştirilen karşı teknik çözümler anlatılacaktır. Temiz kömür
22
teknolojilerinde gelişen teknoloji boyutları ayrıntılı olarak verilerek; ABD, Japonya,
Almanya ve Güney Afrika’da son ileri tekniklerle çalıştırılan termik santrallerden
de örnekler verilecektir. Ayrıca, Dünya’da özellikle ABD’de temiz kömür
teknolojileri üzerinde gerçekleştirilen Ar-Ge çalışmalarından da bahsedilecektir.
Dünya genelinde yürütülen projeler tanıtılacaktır.
2. ÇEVRESEL MÜCADELE VE SORUMLULUK
Geniş rezervi, düşük maliyeti sayesinde kömürün ekonomik büyümeye ve sosyal
gelişmeye olan katkısının kesintisiz olarak süreceği konusunda bir şüphe yoktur.
Ancak kömür endüstrisi çevresel sürdürülebilirliğin sorunlarıyla yüzleşmek ve
onları bertaraf etmek durumunda olduğunu kavramak zorundadır. Eğer kömür ve
diğer karbon yoğun enerji kaynakları küresel enerji kaynakları içerisinde devamlı
ve güvenilebilir rollerini sürdürmek istiyorsa, potansiyel sera etkilerinin azaltılması
zorunludur. Kömür endüstrisi bunu kendine amaç edinmiş, esas olarak temiz
kömür teknolojisinin gelişmesine ve genişlemesine inanarak çalışmalarına devam
etmektedir.
Kömürün karşı karşıya kaldığı en önemli çevresel sorunlar ve bu sorunları
bertaraf edebilecek teknolojik çözümlerin durumu özet ve toplu halde Tablo 1’de
verilmiştir. Bu sorunlar yalnızca kömür kaynaklı olmamaktadır. Pek çok insan
faaliyeti çevresel bir takım sonuçlar doğurmakta ve yenilenebilir enerji türlerini de
içermek suretiyle her türlü enerji kendi çevresel sorunlarını da meydana
getirmektedir. Tablo 1’de verilenler, yalnızca güç santrallerinde kullanılan
kömürün çevresel etkilerini dikkate almakta ve bu etkilerin azaltılabildiğini
incelemektedir. Halihazırda elde edilmiş olan ilerlemelerle ve çevresel sorunlarla
başarılı bir şekilde mücadele edebilecek teknolojik seçenekler sayesinde, gelecek
konusunda, temiz kömür teknolojisi iyimserdir. Tabloda da görüleceği üzere,
çevresel sorunlara karşı geliştirilen teknik çözümler devamlı olarak
geliştirilmektedir ve çözümler çok çeşitlidir. Genel olarak üç ana konu göze
çarpmaktadır [4].
1.
Toz parçacıkları ve kükürt, azot oksit gibi kirleticiler dolayısıyla ortaya
çıkan emisyonların bertaraf edilmesi. Bu büyük ölçüde başarılmıştır ve şimdiki
sorun “off-the- shelf” teknolojisinin uygulamasıdır.
2.
Birim elektrik üretimi başına ortaya çıkan CO2 ve diğer emisyonların
azaltılabilmesi için yanma (termal) verimliliğin artırılması. Halihazırda büyük
oranda fayda sağlanmıştır ve sonraki potansiyel yararlar kavranmıştır.
3.
CO2 emisyonunun bertaraf edilmesi. Bununla alakalı olarak, sıfır emisyon
teknolojisi başlatılmıştır ve hızla yol almaktadır.
Dördüncü boyut potansiyel olarak karşımızda durmaktadır. Bu, kömürün başlıca
hidrojen kaynağı olarak kullanılabilmesi ve bu sayede durağan ve hareketli her
türlü uygulamada temiz bir enerji sisteminin ortaya çıkarılabilmesidir. Bu da
23
kömürün küresel iklim değişikliğinde bir problem olmaktan ziyade tamamen
çözümün bir parçası olduğunu göstermektedir.
Tablo 1. Temiz kömür teknolojisinde çevresel sorunlar ve teknolojik çözümleri [4].
Çevresel Sorunlar
Parça Emisyonları
Örneğin
kömürün
yanması sonucu oluşan
kül.
Bu
parçalar,
insanların
solunum
sistemini etkiler, yerel
olarak görüşü zorlaştırır
ve toz problemi doğurur.
Teknolojik Çözümler
Elektrostatik ve bez
filtreler kömür yakan
güç
santral-lerinden
kaynaklanan
toz
parçacıklarını
kontrol
etmek-tedir. Her ikisinin
de toz tutma verimi
%99,5’un üzerindedir.
Durum
Bu teknoloji geliştirilmiş ve
hem gelişmiş hem de
gelişmekte olan ülkelerde
yaygın olarak kullanılmaktadır.
İz Elementler
Kömür
yakan
güç
santral-lerinden
kaynaklanan
iz
elementler
civa,
selenyum ve arseniktir.
Hepsi de hem çevreye
hem de insan sağlığına
karşı zararlıdır.
Parça kontrol cihazları,
akışkan yataklı yakma
sistemi, aktif karbon
ilavesi
ve
kükürt
giderme
cihazlarının
hepsi iz elementleri
önemli ölçüde bertaraf
etmektedir.
Bu teknolojiler gelişmiş
ülkelerde
geliştirilmiş,
ticarileştirilmiştir ve halen
yaygın olarak kullanılmaktadır. NOX kontrol
uygulaması
ve
kükürt
giderme
teknikleri
gelişmekte olan ülkelerde
fazla
yaygın
olmadığı
halde artış göstermekte ve
daha da yayılabileceği
görülmektedir.
NOx
Genel olarak NOx olarak
ifade
edilen
nitrojen
oksitler
havanın
kullanıldığı ve kullanılan
yakıtta
nitrojenin
bulunduğu durum-larda
yapılan yakma prosesleri
sonucu oluşurlar. Bu
gazlar, sis, duman, ozon
tabakasında incelme, asit
yağmurları ve sera gazı
emisyonlarına
katkıda
bulunurlar.
NOx emisyonları düşük
NOx
yakıcılarının
kullanımıyla, geliş-miş
yakma teknolojisiyle ve
baca gazında NOx‘in
daha
düşük
emisyonlarda kalmasını
sağlayan
seçimli
katalitik indirgeme ve
seçimli
katalitik
olmayan indirgeme gibi
tekniklerle azaltılabilir.
Var olan teknolojilerin
kullanılmasıyla %90’ın
üzerinde NOx uzaklaştırılabilmektedir.
24
SOx
Kükürt oksitler başlıcası
kükürt
dioksit
olmak
üzere , pek çok kömür
çeşidinde
bulunan
kükürdün
yanmasıyla
ortaya
çıkarlar.
SOx
emisyonları
asit
yağmurlarına ve asidik
duman-larına
sebep
olabilmektedir (Özellikle
de çok küçük parçalar).
Kömürün Yanmasından
Arta Kalan Atıklar
Bu atıklar başlıca olarak
yanmayan
mineral
maddeler-den
oluşmaktadır
(az
miktarda
tepkimeye
girmeyen
karbon
içerirler)
Karbon Dioksit (CO2)
Azaltma
Karbon dioksit, karbon
içeren yakıtların yanması
sonucu oluşan karbonun
ana oksididir. Karbon
dioksit önemli bir sera
gazıdır;
fosil
yakıt
kaynaklı
güç
üretimi
sonucu oluşan karbondioksitin kademeli olarak
azaltılması,
küresel
ısınma
ve
iklim
değişikliğine karşı olan
küresel
sorumluluğun
SOx
emisyonlarını
mümkün olduğu kadar
azaltabilmek için baca
gazı kükürt giderme ve
gelişmiş
yakma
teknolojileri
gibi
bir
takım
teknolojiler
mevcuttur.
Bu
emisyonlar
%90’ın
üzerinde
ve
bazı
durumlarda da %95’in
üzerinde giderilebilir.
Atıklar
yanma
öncesindeki aşamada
ve yanma sırasında
azaltılabilir. Yanmadan
önceki aşama olan
kömür yıkama yüksek
kalitede kömür elde
etmek için ekonomik
olmak-tadır; Kömürün
yıkanması
yakma
verimliliğini artırdığı gibi
güç santrallerinin atık
ve SOx emisyonlarını
da
azaltmaktadır.
Ayrıca bu atıklar yüksek
verimli kömür yakma
teknolojilerinin
kullanılmasıyla
da
azaltılabil-mektedir.
Kısa ve orta vadede,
yakma
verimliliğinin
artırılması (Harca-nan
her bir ton kömüre karşı
elde edilen megawatt
saat)
sayesinde
kömürün yanması (Her
bir
megawatt
saat
elektrik üretimine karşı
gelen
karbon-dioksit)
sonucu oluşan sera
yoğunluğunda önemli
ölçüde
düşüş
yakalanabilir.
25
Bu
teknolojiler
geliştirilmiştir
ve
ilerlemektedir. Güç santral
atıklarının
tekrar
kullanılabilirliği
gelişmektedir.
(örneğin
çimento yapımında uçucu
külün kullanıl-ması)
20
yüzyılın
sonlarına
doğru pulverize kömür
sisteminin
ve-rimliliği
önemli ölçüde artış göstermiştir ve süperkritik ve
ultra-süper
kritik
proseslerinin geli-şimiyle
de, yukarıya doğru olan
sağlam
yükselişini
önümüzdeki 20 yıl içinde
de devam ettirecektir.
Dönen akışkan yataklı
yakma teknolojisi de ileri
pulverize kömür yakma
teknolojisiyle
benzer
temel bir unsurudur.
CO2 Giderme
Kömür
yakarak
güç
üretimi
dahil
fosil
yakıtlara
dayalı
güç
üretiminden ortaya çıkan
CO2 ‘in gerçek anlamda
bertaraf
edilmesi
büyüyen enerji talebiyle,
atmosferdeki
sera
gazlarının yoğunluğunun
kabul edilebilir oranda
sabitlenmesini öngören
küresel
uzun
vadeli
amaçla
uyum
göstermektedir.
Sıfır
emisyon
teknolojileri
kömüre
dayalı güç üretiminden
kaynaklanan
CO2’nin
ayrılması
ve
tutulmasına ve daimi
olarak
depolanacağı
yeraltı
depo-sunda
tutulmasına
imkan
vermek.
yararlar sağlamaktadır ve
kömürün
biyokütleyle
tekrar yanmasına uygun
bir teknolojidir.
CO2 ayırma, tutma ve
jeolojik
depolama
teknolojileri
teknik
yapılabilirlik
içerisinde
geliştiril-miştir. Araştırmacı
ve teknisyenler bu tarz
teknolojileri
geliştirmeyi
planlıyorlar
ve
bu
teknolojileri entegre bir
yapılanış olarak ortaya
çıkarmaya çalışıyorlar. Bu
teknolo-jiler
10
yıl
içerisinde yayılabilir.
3.ÇEVRESEL SÜRDÜRÜLEBİLİRLİĞE DOĞRU
Kömürün yaratmış olduğu çevresel sorunlarla baş edebilmek için geliştirilen
teknolojiler ki bunlar genel olarak temiz kömür teknolojileri olarak adlandırılmıştır;
farklı kömür cinslerine, farklı çevresel problemlere ve farklı ekonomik gelişmişlik
düzeylerine göre sürekli bir gelişme içerisindedir.
Farklı seçenekler farklı şartlara uygun olabilir. Gelişmiş bir ülkede görülen
teknolojiler gelişmekte olan ülkelerdekiyle benzer olmayabilir. Gelişmekte olan
ülkeler çok karmaşık ve pahalı yeni teknolojileri finanse edemezler ve altyapısını
destekleyemezler. Başlangıç noktası ne olursa olsun daha iyi çevre performansı
sağlayabilen ilerlemelere doğru bir yol bulunmaktadır. Halihazırda, pek çok
gelişmiş ülkede, Tablo 1’de listelenmiş olan çevresel sorunlar etkin olarak
çözülmüştür veya çözüme çok yaklaşılmıştır. Tanecik, SOx ve NOx kaynaklı
emisyonlarla mücadele edecek teknolojiler yalnızca geliştirilmemiş aynı zamanda
birçok ülkeye yayılmıştır. Diğer ülkelerde odaklanılması gereken husus zaten var
olan daha temiz teknolojileri kullanabilmek olabilir, özellikle de kömür kullanımın
çevreye karşı olan olumsuz darbelerini azaltma yönünde. Bu yol geleceğe doğru
ilerlemeye devam etmektedir ve 21. yüzyılın ana sorunuyla baş edebilmek için
etkin ve gerçekçi bir rota önermektedir ki bunun amacı da sera gazlarını
azaltmaktır. Üretilen her bir birim güce karşı oluşan kirleticiler ve karbondioksitin
azaltılmasını sağlayabilecek verimliliğin artırılması bu yolda birinci adımı
oluşturmaktadır.
Gelişmekte olan pek çok ülkedeki eski termik santrallerde verim yalnızca %30
civarındadır. Bu değerin %36 olan OECD ortalaması ile karşılaştırıldığı zaman
26
yeni teknolojilerin, gelişmiş olan ülkelerden gelişmekte olan ülkelere taşınmasının,
tüm dünyada verim artışında başarıyı yakalayabilmek için ne kadar önemli olduğu
görülebilir. Yeni süper kritik bir santralde genel verimlilik %43-45 arasındadır. Bir
başka deyişle verimlilik artışı ve emisyonların azaltılması önemli çevresel zararlar
yaratmadan gerçekleştirilebilir.
% 5’e kadar kömür kalitesinin artırılması:
Kömür yıkama/kurutma ve biriketlemeyi içerir. Dünyanın her yerinde yaygın bir
kullanımı vardır.
%22’e kadar halihazırdaki santrallerde verimlilik artışları:
Geleneksel kömür yakma tekniklerinin geliştirilmesiyle, yakma verimi arttırılmıştır
(%38-40); bu sayede emisyonlar azaltılmaktadır. Süperkritik ve ultrasüperkritik
santraller ise daha da fazla verimler sağlayabilmektedir (şu an %45’lere
ulaşılmıştır). Verimliliği artırılmış kritik altı santraller dünya genelinde
işletilmektedir. Süperkritik ve ultrasüperkritik santraller Japonya, USA, Avrupa,
Rusya ve Çin’de başarılı bir şekilde işletilmektedir [4].
%25’e kadar ilerlemiş teknolojiler:
Kombine çevrimli entegre gazlaştırma (IGCC), basınçlı akışkan yataklı yakma
(PFBC) ve gelecekte de birleştirilmiş gazlaştırma yakma hücreleri (IGFC) gibi yeni
teknolojiler çok yüksek verimler ve düşük oranlarda emisyonlar sağlar.
IGCC ve PFBC USA, Japonya ve Avrupa’da kullanılmaktadır. IGFC ise AR-GE
aşamasındadır.
%99’a kadar Sıfır Emisyon:
Karbon yakalama ve depolama. Konuyla alakalı önemli bir uluslararası AR-GE
çalışması devam etmektedir. Proje 10 yıl içerisinde kanıt teşkil edecek çalışır
durumda bir fabrikayı oluşturmayı amaç edinmiştir.
Türkiye’nin güneydoğusunda bulunan ve bir Alman şirketi olan STEAG AG
tarafından inşa edilen 2x605 MW’lık İskenderun termik santrali ticari faaliyetine
Kasım 2003’de başlamıştır. Fabrika hem Türk hem de Dünya bankası çevre
standartlarına sahiptir. Tanecik emisyonu %80’dir ve bu değer Türk
standartlarında belirtilen limitten daha düşüktür. Türk standartlarında belirtilen üst
limitlerden, NOx emisyonları %25 ve SO2 emisyonları %65 daha azdır.
İskenderun termik santrali %41’lik bir verimlilik oranına sahiptir ve fabrika
Türkiye’nin mevcut enerji talebinin %8’ini karşılamaktadır.
Verimlilikteki % 1 puanlık artış, emisyon oranında %2’lik bir azalmayı
doğurmaktadır. Kalite artırımı veya eski santrallerin yenilenmesi CO2 oranında
şartlara bağlı olarak %10’dan %25’e kadar çok önemli bir düşüş yaratabilir. Bu
azalmalar iklim değişikliği ile mücadele için gerekli olan azaltılmış emisyon
değerlerine yaklaşık sonuçlar verebilmiştir. Artırılmış verimler aynı zamanda diğer
kirleticileri ve genel yakıt kullanımını azalttığı için nispeten daha az maliyetle
birden fazla yarar sunmaktadırlar.
27
Pek çok gelişmiş ülke çevreye duyarlı gelişmiş kömür kullanımı yolunda epeyce
ilerlemiştir. Bir sonraki adım, verimliliğin %50 ve daha da yüksek olmasına fırsat
tanıyan ilerlemiş kömür teknolojilerini yaymaktır. Bundan başka yolun ötesinde
henüz uluslararası bir araştırmanın odak noktasını teşkil etmekte olan, ultra düşük
emisyonlu termik santralar vardır.
4.MEVCUT SEÇENEKLERİN YAYILMASI
Günümüzde geleneksel güç üretimi pulverize kömür yakma sistemiyle
gerçekleştirilmektedir. Bu sitemde kömür öncelikle toz haline getirilecek şekilde
öğütülür ve bu kömür yüksek sıcaklıktaki fırınlarda yakılır, ortaya çıkan ısı suyu
ısıtır ve buradan elde edilen buhar tribününün dönmesini sağlar. Modern pulverize
kömür yakma sistemleri dünya çevresindeki binlerce birimiyle birlikte iyi bir şekilde
geliştirilmiştir. Kömür yakma kapasiteleri %90’dır [5]. Dünya genelinde pek çok
kömür termik santrali çevrimli akışkan yataklı yakma sistemine (CFBC) sahiptir.
Geleneksel kömür termik santrallerinin çevresel performansını iyileştirebilmek için
geniş bir seçenek grubu bulunmaktadır. Kömürün yıkanması ve hazırlanması
sonucu kalitesinin yükseltilmesi termik santral kaynaklı emisyonların azaltılması
hususunda önemli bir rol oynamaktadır. Kömür yıkama kül oranını %50’nin
üzerinde azaltır; SO2 emisyonlarını azaltır ve ısıl verimliliği artırır (Bu da daha az
CO2 emisyonu oluşumuna neden olur). Kömür yıkama pek çok ülkede standart bir
işlem olmasına rağmen, gelişmekte olan ülkelerde, maliyeti arttırıcı olması nedeni
ile uygulamaktan kaçınılmaktadır. Örneğin Çin’de kullanılan kömürün yalnızca
%11’i yıkanmaktadır. Eğer bu kömürün daha büyük bir kısmı yıkama işlemine tabii
tutuluyor olsaydı ısıl verimlilikte en azından %2-3, olası olarak da %4-5’lik bir artış
yakalanabilirdi [6]. Tanecik emisyonları elektrostatik tutucuları, filtreler
(baghouses), yaş tanecik pervaneli dağıtıcı ve sıcak gaz filtrasyon sistemleriyle
azaltılabilmektedir. Elektrostatik tutucular baca gazındaki tanecikler üzerinde bir
yük oluşturabilmek için bir elektrik alan kullanırlar ve böylece toplama plakalarına
çekilirler. Filtrelerde ise, baca gazından alınan tanecikler elenmek suretiyle sıkıca
dokunmuş kumaşlarda toplanırlar. Hem elektrostatik tutucular hem de filtreler
tanecik emisyonlarını %99’un üzerinde ortadan kaldırabilirler.
Asit yağmurlarının etkileri üzerine gelişen küresel endişeler SOx emisyonlarının
azaltılması ve bazı durumlarda da tamamıyla ortadan kaldırılabilmesi için bir
takım teknolojilerin geliştirilmesine ve kullanılmasına ön ayak olmuştur. Örneğin
baca gazı sülfür giderme (desülfürizasyon) teknolojisi sülfür gazını baca gazından
uzaklaştırabilmek için genellikle kireç veya kireçtaşı kullanır. Baca gazı sülfür
giderme (FGD) sistemi günümüzde 27 ülkede kurulmuş bulunmaktadır ve bu
sistem sayesinde emisyonlarda çok büyük oranlarda azalmalar görülmektedir. En
yaygın olarak kullanılan baca gazı sülfür giderme teknolojisi olan yaş pervaneli
dağıtıcılar,
%99
oranında
azaltma
verimliliğine
ulaşma
başarısını
gösterebilmektedir. Ayrıca baca gazı sülfür giderme biriminin maliyeti de önemli
ölçüde azalmıştır. Günümüzde maliyetler 1970’deki maliyetlerin üçte biri
durumundadır. NOx azaltma teknolojileri düşük ısılarda NOx yakma, seçimli
katalitik indirgeme (SCR) ve seçimli katalitik olmayan indirgeme (SNCR)
28
sistemlerini içermektedir. Düşük ısılı NOx yakma ve fırın optimizasyonu teknikleri
yanma esnasındaki NOx formasyonunu en aza indirebilmek için kullanılırlar.
SCR ve SNCR gibi teknikler yanma sonrası baca gazında bir takım işlemlerin
gerçekleştirilmesiyle NOx oranının azaltılmasını sağlarlar. SCR teknolojisi
sayesinde NOx %80-90 oranında azaltılabilmektedir ve bu teknik Japonya’da
1980, Almanya’da ise 1986 yılından beri kullanılmaktadır. Tüm dünyadaki
yaklaşık olarak 53 Gwe’lik bir kapasitenin dışında Japonya’da yaklaşık olarak 15
Gwe kömür yakma SCR kapasitesi ve Almanya’da da hemen hemen 30 Gwe’lik
bir kapasite bulunmaktadır. SCR uygulaması ve tüm sistem Amerika’da yüksek
sülfür içerikli kömür yakan termik santrallerde 1990 yılında kurulmuştur ve
emisyon oranlarında düşüşler gözlemlenmiştir.
LETHABO Termik Santrali-Güney Afrika:
Güney Afrika’nın elektrik enerjisi ihtiyacının yaklaşık %93’ünü karşılayan kömür,
ülke elektrik tedariki açısından hayati derecede bir öneme sahiptir. Elektriğe olan
erişilebilirlik Güney Afrikalıların yaşam kalitesine önemli bir katkı sağlamaktadır.
Bununla beraber termik santrallerin çevreye vermiş olduğu zararları en aza
indirecek teknolojilerin kullanılması da önem arz etmektedir. Güney Afrika
Eskom’un sahibi olduğu ve işlettiği Lethabo termik santrali şirketin en büyük
termik santrallerindendir ve 6x600 MW’lık ünitelerden oluşmaktadır. Termik
santral düşük kaliteli kömür yakmaktadır ve bu yüzden tanecik emisyonlarını
kontrol altına alabilecek teknolojilerin kullanılması önem arz etmektedir.
Lathabo’da tanecik emisyonlarını kontrol edebilmek için Dünya’da kendi alanında
en büyük olan elektrostatik tutucular kullanılmaktadır. Elektrostatik tutucular bir
kısmı çimento endüstrisine satılan ve bu endüstride katkı maddesi olarak
kullanılan uçucu külün %99,8’ini bertaraf edebilmektedir.
Elektrostatik tutucuların kullanımı Eskom termik santralinin çevresel
performansında üyük bir öneme sahiptir. 1988 ve 2003 yılları arsında güç üretimi
%56 oranında artmışken tanecik emisyonları yaklaşık %85 oranında azaltılmıştır.
ABD’de Baca Gazı Sülfür Giderme Maliyetlerinin Düşüşü:
İlk kurulmalarından bu yana maliyetlerindeki önemli düşüşlerle birlikte ABD’de
400’den fazla baca gazı sülfür giderme birimi kurulmuştur. Bu sistemin kullanımı
termik santarallerin çevresel performansı üzerinde önemli bir etki yaratmaktadır.
1980 ve 2000 yılları arasında ABD’de kömür kullanım oranı %74 oranında artmış
olmasına karşılık aynı dönemde termik santral kaynaklı SO2 emisyonlarında
%61’lik bir düşüş gözlemlenmiştir [7]. ABD’deki en büyük şirketlerden gelen,
sahibi oldukları bir kaç tane termik santrallerine daha baca gazı sülfür giderme
sistemini kuracakları haberleri, bu teknolojinin kullanılma eğiliminin devam
edeceğini göstermektedir.
NOx Azaltılması:
ABD’deki termik santrallerin yaklaşık %75’inde uygulanmakta olan düşük miktarda
yakıcı NOx kullanımının geliştirilmesi, temiz kömür teknolojisi araştırmalarında çok
önemli bir başarı olmuştur. 1980 ve 2000 yılları arasında ABD’de kömür
29
kullanımında önemli miktarda büyüme olmasına karşılık kömür kullanan termik
santral kaynaklı NOx emisyonlarında %56’lık bir düşüş yaşanmıştır. Düşük
miktarda yakıt NOx kullanımı bu başarıda önemli bir rol oynamıştır [7].
5.ULUSLARARASI AR-GE ÇALIŞMALARI
Termik santrallerin performansındaki devam eden ilerlemelere, bir çok ülkede
gerçekleştirilen ve hem hükümet hem de endüstriyi içine alan pek çok
organizasyon tarafından yapılan, geçmiş çalışmalar ve halihazırda devam eden
çalışmalar sayesinde ulaşılmıştır. Bu tür çalışmalar ileride daha düşük
emisyonlara ve ultra düşük emisyonlara ulaşma amacıyla devam etmektedir.
ABD’de Gerçekleştirilen Çalışmalar:
Temiz kömür teknolojisi programı federal hükümet ve endüstri arasında bulunan
eşsiz bir ortaklıktır. Ana hedefi ise enerji pazarı içerisindeki yeni temiz kömür
değerlendirme teknolojilerinin başarısının sağlanmasıdır. Kökeninde 1980’lerdeki
asit yağmuru tartışmaları olan toplantı kapsamındaki ilk amaç kömür
kullanımından kaynaklanan asit yağmuru kaygılarını azaltacak geniş dereceli
teknolojik çözümlerin saptanmasıdır. Bundan başka, program evrim geçirmiş ve
21. Yüzyılda kömürün önemli bir yakıt seçeneği olarak devam etmesine olanak
sağlayacak yeni ve yüksek verimli güç üreten teknolojilere yol göstermek
amacıyla genişletilmiştir.
1985 yılında başlatılan program, ABD ve Kanada Özel elçilerinin asit yağmuru ile
ilgili tavsiyeleri sayesinde 1987 yılında uygun olarak genişletilmiştir. Ülke çapında
gerçekleştirilen beş dizi rekabetçi talep ile tamamlanmıştır. Her talep özel
hükümet fonu ve program amacı ile ilişkilendirilmiştir. Beş talepten sonra, Temiz
Kömür Teknolojisi (TKT) programı 18 eyalette bulunan 38 projeden oluşmaktadır
ve sermayenin yatırım değeri 5 milyar doların üzerindedir. Enerji Dairesinin
toplam proje maliyetleri içindeki payı 2 milyar dolar civarındadır ve bu da yaklaşık
olarak toplamın maliyetin %34’dür. Projenin endüstriyel katılımcıları (enerji
dairesine bağlı olmayan katılımcılar ) geriye kalan yaklaşık 4 Milyar doları
karşılamaktadır. TKT programı altında uygulanan temiz kömür teknolojileri daha
sıkı enerji ve çevre hedeflerini karşılayacak bir teknolojinin temelini kurmaktadır.
Uygulamaların çoğu ticari ölçekte, gerçek kullanıcı ortamlarında ve ticari
uygulamaların koşulları altında yönetilmektedir. Bu belirleyici nitelikler, tasarlanan
ticari uygulamalar içerisinde değerlendirilecek teknolojilerin potansiyeline olanak
sağlar. Her uygulama aşağıda belirtilen 4 pazar sektöründen birini hedef
almaktadır.
•
•
•
•
Gelişmiş elektrik gücü üretimi
Çevre Kontrol Sistemleri
Temiz yakıt için Kömür Hazırlama
Endüstriyel Uygulamalar
30
AD 700 Güç Projesi-Avrupa:
AD 700 Termik santrali Avrupa komisyonu ve endüstri arasındaki bir ortaklıktan
ibarettir ve EU’s 5. çalışma planı R, D&D programı tarafından finanse edilen
projelerden bir tanesidir. Bu projede odaklanan nokta, ultrasüperkritik buhar
şartlarını kurmak ve aynı zamanda ilk yatırım masraflarını en aza indirebilmek için
iyileştirilmiş termik santral tasarımlarını geliştirmektir. Proje daha az yakıt tüketimi
ve CO2 emisyonunda %15’lik bir düşüşle sonuçlanacak, verimin %55’e
çıkarılmasını hedeflemektedir.
Kanada Temiz Güç Koalisyonu (CCPC):
Kanada temiz güç koalisyonu, halihazırdaki santrallerden 2007 yılına kadar, yeni
santrallerden ise 2010 yılına kadar CO2 emisyonunu kaldırmayı hedeflemiş bir
kamu-özel sektör ortaklığıdır. Kanada temiz güç koalisyonu merkezi ABD’de olan
Elektrik Gücü Araştırma Enstitüsü ile birlikte Kanada’nın kömüre dayalı elektrik
üretiminin %90’ını gerçekleştiren 7 adet kurucu üye şirketten oluşmaktadır. Birinci
aşamada, başlangıç fizibilite çalışmaları için 5 milyon Kanada dolarını içeren bir
fon serbest bırakılmıştır. Önümüzdeki 10 yıl içerisinde 2 adet santral, koalisyona
yaklaşık 1 milyar Kanada dolarına mal olacaktır.
CANMET Enerji Teknoloji Merkezi-Kanada:
CANMET Enerji Teknoloji Merkezinde, doğal kaynaklar bölümünün anahtar
araştırma kolu birkaç önemli alana odaklanmış olan temiz kömür AR-GE koludur.
Bu araştırma alanları, depolamanın önündeki yakalama aşamasını ortadan
kaldırmak için, termik santrallerin baca gazlarını CO2’ce zengin bir hale getirme
(havadan gelen nitrojenle seyreltmekten ziyade) amacını taşıyan oksijenli yakıt
yakma (oxy-fuel), asit belirtilerinin azaltılması için buhar kömürlerinin akışkan
yataklı yakma sistemi ve termik santral kaynaklı civa emisyonlarının azaltılması
gibi konuları içermektedir. CANMET’te ele alınan pilot ölçekli AR-GE projeleri olan
basınçlı kömür gazlaştırma, gaz ayırımı ve katalizör için seramik perdeler gibi
araştırmalar, kömür kullanımının yol açtığı çevresel sorunlarla baş edebilmek için
geliştirilmesi gereken yeni sorumluluklardır.
Karbon Giderme Liderliği Formu:
Karbon alma liderliği formu, karbon yakalama ve depolama teknolojilerinin
gelişmesine odaklanmış uluslararası öncü bir kurumdur. Bu kurum Avrupa
Komisyonu da dahil 15 ülkeden oluşmaktadır. Açılış töreni toplantısı Haziran 2003
tarihinde ABD’de gerçekleştirilmiştir. Kurumun amacı karbondioksitin ayırma ve
yakalama işlemlerini kolaylaştıracak gelişmiş düşük maliyetli teknoloji sistemlerini
oluşturmak ve böylece karbon dioksitin taşınması ve uzun vadede güvenli olarak
depolanmasını sağlamak ayrıca bu teknolojileri uluslar arası platformda erişebilir
kılmak, karbon yakalama ve depolama ile ilgili sorunları daha geniş olarak
tanımlamak ve belirtmektir. CCS teknolojilerinin önemi ve bunların kömür kaynaklı
elektrik üretimi sonucu ortaya çıkan karbon dioksit emisyonlarının yol açtığı
çevresel sorunları karşılayacak gelecekteki potansiyeli tanıyan CSLF önemi
büyüktür.
31
Kömür 21-Avustralya:
Avustralya kömür kurumunun en önemli teşebbüsü olan Kömür 21’in amacı
endüstri içerisindeki kurumsal ortakları, hükümet ve araştırmacıları bünyesine
katarak kömürden sıfıra yakın emisyon değerlerinde elektrik üretimi sağlayacak
stratejileri geliştirmeye çalıştırmak Avustralya’yı bu yolda harekete geçirmeye
başlatmaktır. Program 2003’ün başlarında 12 aylık danışmanlıkla geniş ölçüde
başlamıştır. Anahtar teknolojilerin uygulanması ve denenmesi üzerinde
yoğunlaşan Avustralya için faaliyet planı ve sıfır emisyonlu kömür teknolojisinin
yol haritası 2004’ün başlarında sonuçlandırılmıştır. Projenin ikinci safhası faaliyet
planını gerçekleştirecek uygulama stratejisinin gelişimini içerecektir.
EAGLE Projesi-Japonya:
Yeni Enerji ve Endüstriyel Teknoloji Geliştirme Organizasyonu yakıt hücrelerinde
kullanılacak kömür gazlaştırması ile alakalı büyük bir proje üzerinde
çalışmaktadır. Bu proje EAGLE olarak adlandırılmıştır. IGFC için uygun bir kömür
gazlaştırıcısı geliştirmeyi amaçlayan, kömür işleme kapasitesi 150 ton/gün olan
bir pilot tesis inşa edilmiştir. 1998 yılında başlatılan ve 2006 yılına kadar devam
etmesi planlanan bu proje entegre gaz kombine dönüşüm içindeki yakıt
hücrelerinin birleşmesini kapsayan daha geniş bir başlangıcın parçasıdır. Entegre
kömür gazlaştırma yakıt hücresi kombine dönüşüm sistemi en azından %53-55
dolaylarında bir verime ulaşmalıdır. Japonya’daki IGCC yakıt hücrelerinin yayılımı
2010 yılında 50 MWe güç dağıtan sistemin devreye girmesi ile başlatılacak ve
2020 yılında ise 600 MWe’lik sistem devreye girecektir [8].
FUTUREGEN-USA:
1 milyar$’lık FutureGen projesi 2003 yılında başlatılmıştır. Karbon dioksit ayrımını
jeolojik depolama ile gerçekleştiren hidrojen üretim tesisinin ilavesi ile sıfıra yakın
emisyon üreten 275 Mwe’lik kömür yakıtlı IGCC sistemi uygulanmıştır. Dünya’nın
fosil yakıt kullanan birinci sıfır emisyonlu termik santralini oluşturmayı amaçlayan
bu proje işletmeye geçildiği takdirde dünyanın en temiz fosil yakıt yakan güç
santrali olacaktır. FutureGen projesinin ana unsuru hükümet, endüstri ve uluslar
arası ortaklıkların birleşimidir.
ZECA-USA/CANADA:
ZECA ortaklığı, 1999 yılında Kanada Kömür Birliği, Los Alamos Ulusal laboratuarı
ve diğer 16 organizasyon tarafından kurulan Sıfır Emisyonlu Kömür Birliğinin
aslıdır. ZECA ortaklığı mineral karbonizasyonunun CO2 uzaklaştırmasında bir yol
olarak gören araştırmacılarla birlikte ortaklık içerisinde olduğu gibi hidrogazlaştırma işleminin geliştirilmesini araştırmaktadır.
32
KAYNAKLAR
1. Ateşok, G., “Kömür Hazırlama ve Teknolojisi” Yurt Madenciliğini Geliştirme
Vakfı Yayını, İstanbul, 2004.
2. Haba, A.F., “Pollution Control in Thermal Power Plant”, Energy and
Environmental Progress-I, Veziroğlu, N., Ed., Vol. F, New York, 1981.
3. Barbir, F.; Veziroğlu, T.N.; “Assessment of Environmental Damage by Fossil
Fuels”, Clean Utilization of Coal, NATO ASI Series, C, Vol. 370, Netherlands,
1992.
4. World Coal Institute (WCI), Clean Coal Technologhy, London, 2004.
5. IEA, CCC, 2004a, Information taken from IEA, Clean Coal Centre website.
6. IEA, CCC, 2003a, Improving Efficiencies of Coal-Fired Power Plants in
Developing Countries, IEA Clean Coal Centre, London.
7. NMA, 2003, Clean Coal Technology-Current Progress, Future Promise,
National Mining Association, Washington D.C.
8. IEA, CCC, 2003b, Clean Coal Technologies Roadmaps, IEA Clean Coal
Centre, London.
33