Temiz Kömür Teknolojileri
Dünya Enerji Konseyi´nin araştırmalarına göre; dünyada kanıtlanmış işletilebilir kömür rezervi yaklaşık olarak 900 milyar tondur. Söz konusu rezervin yine yaklaşık 400 milyar tonu antrasit ve bitümlü kömür, 290 milyar tonu alt bitümlü kömür ve 210 milyar tonu ise linyit sınıfındadır.
2018 yılı toplam kömür üretimi dikkate alındığında, küresel kömür rezervlerinin yaklaşık 135 yıl ömrü bulunduğu hesaplanmaktadır. Son yıllarda yürütülen ciddi kömür arama faaliyetleri sonucunda ülkemiz linyit rezervi önemli ölçüde arttırılmıştır. Ülkemizin 2019 yılsonu itibarıyla linyit, asfaltit ve taşkömürü ile birlikte toplam kömür kaynağı yaklaşık 21 milyar ton seviyesindedir. (MTA, 2019) (TTK, 2018). Kömür kaynaklarının henüz üçte birinin etüt ve fizibilite çalışmaları tamamlandığı için çok az bir kısmı rezerv olarak nitelendirilmektedir.
Ülkemiz rezerv ve üretim miktarları açısından dünya ölçeğinde taş kömüründe (antrasit) alt düzeyde, linyitte ise orta düzeydedir. Linyit kömürü kaynaklarımız rezerv açısından yaklaşık 19 milyar ton gibi oldukça yüksek miktarda ise de kalite ve özellikleri yönünden incelediğinde, çok farklı aralıklarda olmak üzere ısıl değer açısından her biri yaklaşık olmak üzere; %2’si 1000 kcal/kg’ın altında, % 65’i 1000-2000 kcal/kg, %24’ü 2000-3000 kcal/kg, %6’sı 3000-4000 kcal/kg ve %3’ü 4000 kcal/kg ve üstünde gibi genellikle düşük kalori, yüksek kül ve nem içeriğine sahiptirler. Kükürt oranları açısından da yaklaşık olarak %40’ında toplam kükürt oranı %2’nin üstündedir. Bu nedenlerle özellikleri yönünden linyitlerimiz genellikle düşük kaliteli olduğu için termik santrallerde kullanım ön plana çıkmıştır. (1)
Linyitlerimizin gelecekte çevresel faktörler, maliyet ve satışlar yönünden tamamının kullanılabilir (sürdürülebilir, daimi) olması ancak emisyon ve diğer çevre kirliliği yaratan özelliklerinin, geliştirilecek milli ve yenilikçi teknolojilerle iyileştirilip yüksek katma değerli ürünlere dönüştürülmesi halinde mümkün olacaktır.
Bunu sağlayacak teknolojiler “Temiz Kömür Teknolojileri” adıyla anılmaktadır.
Temiz kömür teknolojilerini, kömürün hazırlanması ve kullanımında çevresel etkileri minimuma indiren, verimliliği ve katma değerlerini artıran teknolojiler olarak tanımlayabiliriz.
Bu teknolojilerle kömür kullanımından kaynaklanan emisyonları ve atıkları azaltıp, birim ton başına elde edilecek enerji ve ürün miktarını artırmak mümkün olmaktadır.
Temiz kömür teknolojilerini dört ana grupta toplamak mümkündür:
1. Kömür Hazırlama, İyileştirme, Zenginleştirme ve Sıvılaştırma Teknolojileri:
Bu teknolojiler genellikle kırma/öğütme/eleme/ boyutlandırma, yaş veya kuru yöntemlerle yıkama, kömür-su karışımları, susuzlaştırma/ kurutma, sıvılaştırma ve briketleme gibi isimlerle anılmaktadır.
Kömürün bünyesindeki nem, kükürt ve kül miktarını azaltıp, kalitesi ve ısıl değerini artıran bu teknolojiler sayesinde nakliye ve arıtma gibi diğer maliyetler de düşmekte ve kömürler daha çevreci bir hüviyet kazanmaktadır.
Kömürün iyileştirilmesi veya yıkanmasında en yaygın kullanılan teknoloji, lavvar tesislerinde yoğunluk farklılıklarından yararlanılarak taş ve kil gibi atıkların kömürden ayrılmasıdır. Aşağıda ELİ Soma’da yer alan bir lavvar tesisi yer almaktadır.
2. Kömürün Gazlaştırılması, Entegre Gazlaştırma Kombine Çevrim Tekno¬lojileri (IGCC), Yeraltı Gazlaştırma vb. İleri Teknolojiler:
Kömür gazlaştırma teknolojilerinde tam yanma yerine kısmi yanma (oksidasyon) gerçekleştirilerek sentez gazı elde edilmektedir. Yerüstündeki reaktörlerde yapılan bu gazlaştırma işlemlerinde her biri karbon içeren kömür, biyokütle/atıklar, doğal gaz gibi kaynaklardan, sentez gazı adı verilen, ana bileşenleri karbon monoksit (CO), hidrojen (H2) ve metan (CH4) olacak şekilde yapay gaza dönüştürülen prose¬sler “gazlaştırma” olarak tanımlanmaktadır.
Elde edilen sentez gazında diğer yakma teknolojilerinden farklı olarak kömürün bünyesindeki kükürt, hidrojen sülfür (H2S) olarak açığa çıkar ve buradan elementel kükürt veya sülfirik asit gibi kimyasallar üretilir. Yani kirletici olmaktan çıkar ve ürüne dönüşür. Diğer kirleticiler olarak partiküller, azotoksit (NOx,). Karbonoksisülfür (COS) ve karbondioksit (CO2) vb’leri de %95-99 oranlarında tutulabilir veya depolanabilir.
Üretilen sentez gazından muhtelif kimyasallar (Metanol, dimetil eter, hidrojen, olefinler, amonyak vb), sıvı yakıtlar (jet yakıtı da dahil) ile gaz motoru veya IGCC teknolojisi uygulanarak elektrik üretimi mümkün olmaktadır.
Bu yönleriyle baktığımızda petrolden üretilen ürünlerin hemen tamamı kömürden de üretilmiş olmaktadır. Dünyada son yıllarda kullanımı artan kömürün gazlaştırılması teknolojilerinde muhtelif kimyasal ve sıvı yakıtların üretimi ve elektrik dönüşüm verimleri gittikçe yükselirken havayı kirletici emisyon değerleri çok düşük seviyelerde kalmaktadır. Aynı zamanda çok.az su kullanıp, çok az katı atık üretmeleri ve yüksek katma değerli ürün esnekliğine sahip olmaları gelecekte temiz kömür teknolojilerinde gazlaştırmanın önemi ve kullanımını daha da artıracaktır.
Başlıca gazlaştırıcı türleri; a) Sabit yatak gazlaştırıcı (aşağı akışlı, yukarı akışlı), b) Akışkan yatak gazlaştırıcı, c) Sürüklemeli yatak gazlaştırıcı, d) Eriyik tipi gazlaştırıcı, e) Plazma gazlaştırıcı olup TKİ olarak kömürün gazlaştırılması konusunda GLİ Tunçbilek sahasına, dünyada yaygın olarak250 kg/saat kapasiteli dünyada yaygın olarak kullanılan sürüklemeli tip pilot tesis kurulmuştur. Bu tesiste TKİ ve diğer sahalardan alınan kömürlerle gazlaştırma, gaz temizleme, gaz motoru ile elektrik üretimi ve methanol üretimi konularında pilot ölçekli Ar-Ge faaliyetleri yürütülmektedir.(3)
Kömürün gazlaştırılması ile ilgili TKİ Soma sahasında yürütülen diğer bir proje de TÜBİTAK-KAMAG-1007 kapsamında bütçesi desteklenen “Biyokütle ve Kömür Karışımlarından Sıvı Yakıt Üretimi-TRİJEN” adlı projedir.
Bu projede de dünyada en çok kullanılan bir diğer tür olan dolaşımlı yataklı gazlaştırıcı ile tesise 250 kg/saat kömür ve biyokütle beslenerek, sentez gazı elde edilmesi, gazın temizlenmesinden sonra şartlandırılması ve uygun katalizörlerle günde 6-7 varil dizel sıvı yakıt elde edilmesi yönünde yerli temiz kömür teknolojilerinin geliştirilmesi çalışmaları yürütülmektedir.
Sürüklemeli ve dolaşımlı gazlaştırıcılar farklı üretim amaçları ve kapasitelere göre en yaygın kullanılan türlerdir. Aşağıda Somada kurulan TRİJEN tesisten bir görüntü yer almaktadır. (2)
Kömürün madenden çıkarılmadan, kömür yataklarına dışarıdan hava veya oksijen enjekte edilerek yeraltında gazlaştırılması ve elde edilen gazın yerüstüne taşınması uygulamasına "UCG-Underground Coal Gasification" Yeraltında Kömürün Gazlaştırılması denilmektedir. Bu teknoloji ile de yer üstü gazlaştırma ile benzer şekilde katma değerli ürünler ve elektrik üretmek mümkün olmaktadır.
3.Santrallerde Verimlilik İyileştirmesi ve Emisyon Kontrol Teknolojileri:
Yüksek Verimlilikli Düşük Emisyonlu (HELE) Teknolojiler olarak tanımlanan bu teknolojilerde sera gazı olmayan emisyonlardan SO2’yi Baca Gazı Arıtma (BGA) sistemleri ile %90-97; NOx’u muhtelif NOx giderme teknolojileri ile (% 90-95)), Partikül Maddeleri (PM) Elektrostatik Presipitatör (ESP) teknolojileri ile %99’lara varan yüksek verimlilikle tutmak mümkündür.
4.Karbondioksit Tutma, Kullanma ve Depolama Teknolojileri (CCS/CCUS):
İklim değişikliği ile mücadelede, özellikle Paris Anlaşması hedeflerine ulaşmada, sıfıra yakın CO2 emisyonuna imkan vermesi yönüyle, kömürün geleceğinde çok önemli yeri olan ve üzerinde en çok araştırma yapılan teknolojiler olup gazlaştırma ile de CO2 tutma ve depolama teknolojileri uygulanmaktadır. Kömür Gazlaştırma Teknolojileri aynı zamanda karbondioksit tutma teknolojileriyle de entegredir.
Gazlaştırma teknolojilerinin ülkemizde kullanılmaya başlanmasıyla milyarlarca dolarlık ithalat harcamalarımızda önemli azalmalar olacaktır. 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 600’e yakın ticari ölçekte çalıştırılan gazlaştırma tesislerindeki gazlaştırıcı sayısı yaklaşık olarak 850 adettir.
Toplam kurulu gücü 2015 yılı itibariyle 150.000 MWt olan bu gazlaştırıcı tesislerinde gazlaştırılan kömür, petrol koku, biyokütle ve atıkların yüzdesi sırasıyla %49, %36 ve %15’tir. Bu tesislerden elde edilen sentez gazının kullanılmasında ait bilgiler Şekil 2’de veril¬miştir.2020 yılından sonra gazlaştırıcı tesislerinin toplam kurulu gücünün 370.000 MWt olacağı öngörülmüştür.
Kimyasal gübrenin ana hammaddesi olan amonyak, sentez gazından elde ürünler arasında en çok üretilen kimyasal madde olup bunu takip eden diğer önemli bir kimyasal da metanoldür. Her ikisi de ülkemizin hemen tamamını ithal ettiği ve cari açığı arttıran maddelerdir.
