Karbondioksitin jeolojik depolanması
İklim değişikliğine etkisi olan sera gazlarından CO2’nin atmosferdeki derişimi, antropojenik etki ile her geçen gün artmaktadır. Bu etki ilk buhar makinesinin kullanımı ile 200 ü aşkın yıldır devam etmektedir. 1958 yılından günümüze kadar, dünyadaki en uzun süreli atmosferik CO2 ölçümlerinin gerçekleştirildiği Amerika Birleşik Devletleri, Hawai’de bulunan Mauna Loa Gözlem İstasyonu’nun verisine göre 1958 yılında mevsimsel olarak düzeltilmiş şekilde hacimce yaklaşık 315 ppm olan CO2 derişimi, yıllar geçtikçe sürekli bir artış göstererek 2012 yılı Kasım ayında mevsimsel olarak düzeltilmiş şekilde hacimce yaklaşık 395 ppm değerine ulaşmıştır[1][2][3]. IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) tarafından yürütülen ve farklı ekonomik büyüme, nüfus artışı ve teknolojik ilerleme senaryoları ve 2 farklı karbon döngü modeli kullanılarak yapılan CO2 emisyon tahmin çalışmaları, CO2 emisyonunun gelecek yıllarda da artmaya devam edeceğini göstermektedir[4][5]. Bu duruma bağlı olarak, küresel sıcaklık değerlerinde ve deniz suyu seviyelerinde de artış olacağı öngörülmektedir[5].
CO2 emisyonunun temel kaynakları arasında fosil yakıt kullanılan termik santraller, demir-çelik, şeker ve çimento fabrikaları ve rafineriler gibi endüstriyel tesisler yer almaktadır. Atmosferdeki CO2 miktarını azaltmak için; enerji tasarrufu ve enerji verimliliğinin sağlanması, yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımının teşvik edilmesi, alternatif enerji teknolojilerinin ve enerji üretiminde sıfır CO2 emisyonu için metotların geliştirilmesi ve CO2’nin yeraltında jeolojik depolanması gibi seçenekler bir arada uygulanmalıdır. IEA Enerji Teknolojileri Perpektifleri- ETP 2010 Mavi Harita (Blue Map) Senaryosu’nun 2050 yılında küresel enerji temelli CO2 emisyonlarını 2005 yılı değerlerine göre yarıya düşürme planı çerçevesinde, karbon yakalama ve depolama seçeneğinin % 19 oranında etkili olabileceğini öngörülmektedir[6]. Dünyadaki doğal CO2 rezervuarlarının varlığı, yeraltında CO2’nin güvenli bir şekilde uzun süre depolanabileceğinin kanıtıdır.
Türkiye’ de CO2 için jeolojik depolama sahaları var mıdır ?
Petrol üretimini arttırıcı bir metot olarak, Türkiye’deki en büyük doğal CO2 sahası olan Dodan Sahası’ndan 1985 yılından beri CO2 boru hattı ile taşınmakta ve Batı Raman Sahası’na CO2 enjeksiyonu sürdürülmektedir[7]. Türkiye’de CO2 depolanması için uygun jeolojik ortamların belirlenmesi ve 500 MW üzerinde kurulu gücü olan termik santral, çimento, demir çelik ve şeker fabrikalarından ve rafinerilerden açığa çıkan CO2 emisyonlarının hesaplanması, seçilecek jeolojik yapılardaki depolama kapasitesinin belirlenmesi ve seçilen bir sahada CO2’nin yeraltına depolanmasının detaylarının jeolojik ve sayısal model ile incelenerek ekonomik analizinin yapılması amacıyla bir proje yürtülmüştür[8]. Bu çalışmada, doğal CO2 sahası olan Dodan sahası ile petrol üretim sahaları öncelikle düşünülmesi gereken yerler olarak görülmüştür. Derin akiferler mevcut olmakla beraber verilerin azlığı bu yapılarda detay inceleme yapmadan CO2 depolamanın yapılamıyacağı sonucuna varılmıştır. Emisyonlardan kaynaklanan CO2’nin yeraltında jeolojik depolanması için emisyon kaynaklarından CO2’nin yakalanması ve diğer emisyon gazlarından ayrıştırılması gerekmektedir. Ayrıştırılan CO2 yeraltında depolanacağı yerlere tankerlerle veya boru hattı ile taşınmaktadır.
CO2’nin Jeolojik Depolanması
CO2’nin jeolojik depolanması karbon yakalama ve depolama teknolojisinin temel aşamalarından biridir. Büyük ölçekli CO2 depolama için en uygun olarak değerlendirilen iki temel seçenek;
- 1. Petrol ve gaz üretimlerinden dolayı rezervuar özellikleri iyi tanımlanmış ve ekonomik ömrünü tamamlanmış doğal gaz ve petrol sahaları,
- 2. İçme suyu olarak uygun olmayan ve deniz suyundan bile daha fazla tuzlu su içeren derin akiferlerdir.
Kömür ve bazalt yatakları gibi halen araştırılmakta olan diğer seçenekler gelecekte daha fazla depolama olanağı sağlayabilecektir.
CO2, enjeksiyon kuyuları aracılığı ile gözenekleri ve/veya çatlakları bulunan derin formasyonlara basılır. CO2, önceden gözeneklerde bulunan akışkanın (doğal gaz, su veya petrol) yerini almış veya bu akışkanı sıkıştırmış olur. Yüksek gözeneklilik ve geçirgenliğe sahip kayaçlar uygun depolama formasyonlarıdır. Bu formasyonlar, genellikle sedimanter havzalarda bulunmakta ve sedimanların jeolojik zamanlarda istiflenmesinden meydana gelmektedir. Aynı havza içinde yer alan ince taneli geçirimsiz sedimanlar geçirimli ve depolamaya uygun formasyonlar arasında bariyerler oluşturmaktadır. Mevcut petrol, doğal gaz ve hatta saf CO2 rezervuarları, akışkanları milyonlarca yıl boyunca kaçak olmadan tutma potansiyellerini kanıtlamaktadır.
Yeraltı katmanları, rezervuarlar ve örtü kayaçlar heterojen, düzensiz dağılım gösteren kırıkları olan karmaşık yapılardır. Bu nedenle, uzun vadeli CO2 depolama amacıyla önerilen yeraltı yapısının uygunluğunu belirlemek için saha hakkında kapsamlı bilgi ve yer bilimi deneyimi gerekmektedir.
Olası CO2 depolama rezervuarları, pek çok kriteri sağlamak zorundadır. Başlıca kriterler;
- • yeterli gözeneklilik, geçirgenlik ve depolama kapasitesi,
- • geçirimsiz örtü kayacın varlığı- örneğin; CO2’nin yukarı doğru göç etmesini engelleyecek kil, kil taşı, marn ve tuz kayası,
- • Jeolojik kapanların varlığı : Örneğin kubbe şeklinde örtü kayaç gibi , depolanan formasyon içinde CO2 göçünün alanını kontrol etmek için,
- • Fazla miktarda, sıkıştırılmış CO2’nin depolanması için yeterli yüksek basınç ve sıcaklığı sağlayacak olan 800 m’den fazla bir derinlik,
- • depolama rezervuarının içme suyu rezervuarı olmaması.
Depolama potansiyelinin örnekleri
Yukarıda belirtilen kriterleri sağlayan bir alana örnek, İngiltere’den Polonya’ya kadar uzanan Güney Permiyen Havzası’dır. Kumlar, jeolojik zamanlarda değişik dönemlerde çökelmişlerdir. Sedimanlar , bazı gözenek boşluklarını tuzlu su veya doğal gaz ile dolu olarak bırakan kayaç oluşum aşamalarından etkilenmektedir. Ara katmanlarda olan kil, jeolojik etmenlerle sıkışmakta, geçirimsiz tabakalara dönüşmekte ve akışkanın yükselmesini engellemektedir. Kumtaşlarının çoğu CO2’nin yoğun fazda depolanması için yeterli basınca sahip 1 ila 4 km arasındaki derinliklerde yer almaktadır. Bu derinlik aralığında, formasyon sularındaki tuz içeriği yaklaşık 100 g/l’den 400 g/l’ye kadar artmaktadır (başka bir ifadeyle; deniz suyundan çok daha tuzludur). Tuz hareketleri ile formasyonların yukarı doğru kubbe şeklinde yükselmesi ile bu havzada yüzlerce yapı meydana gelmiş ve bunlar doğal gaz için kapan oluşturmuştur. Bu kapanlar, uygun CO2 depolama sahalarının aranması ve pilot projeler için hedeftir.
Depolama Kapasitesi
CO2 depolama kapasitesi tahminleri büyük ölçüde yaklaşık olup potansiyel olarak uygun formasyonların dağılımına bağlıdır. Depolama kapasitesi; sahaya özgü heterojenite ve gerçek jeolojik yapıların karmaşıklığı da göz önüne alınarak, kaba tahminler için ulusal ölçekten, artan hassasiyete sahip hesaplamalar için ise, havza ve rezervuar ölçeklerine kadar uzanan farklı ölçeklerle değerlendirilebilir.
Depolama kapasitesinin çeşitli seviyeleri genellikle şu şekilde ayırdedilir:
- - Hacimsel Kapasite: Potansiyel olarak uygun depolama formasyonlarının dağılımına, kalınlığına ve gözeneklilik gibi diğer özelliklerine bağlı olarak depolama kayacındaki mevcut gözenek hacmi tahmini,
- - Jeoteknik Kapasite: Genellikle formasyon özellikleri, akışkanlar ve muhtemel enjeksiyon stratejileri gibi rezervuar ve örtü kayaç özellikleri ile ilgili daha ileri bilgiler dikkate alınarak yapılan sahaya özgü tahminler. Bu tahminler, CO2 enjeksiyonu ve yeraltı yapısındaki göçünün sayısal simülasyonu için sahaya özgü detaylı bilgi gerektirmektedir.
- - Uygulanabilir kapasite: Son olarak, sosyo-ekonomik faktörler, uygun bir sahanın gerçekte CO2 depolama için kullanılıp kullanılmayacağını belirler. Bu faktörler arasında; uygun CO2 kaynağının bulunması, depolama maliyeti, yükümlülükler, yasal altyapı ve toplumun kabulü yer almaktadır. Depolama kapasitesi üzerindeki, jeoteknik olmayan bu etkilerin tahmini ve açıklanması zordur.
Sonuç olarak, CO2 depolama için Avrupa’daki kapasitenin yüksek, aynı zamanda derin tuzlu akiferler için belirsizliklerin de çok olduğunu söyleyebiliriz. Akiferler büyük tesisler için onlarca yılın üzerindeki sürelerde depolama kapasitesi sunabileceklerdir. Şimdiye kadar yapılan ve güncellenecek olan Avrupa’daki depolama kapasitelerinin haritalandırılması çalışması , üye devletlerde yapılan bağımsız araştırmalar ile Avrupa için geniş çapta sürdürülen Avrupa Birliği CO2STOP projesi araştırmalarına bağlıdır.
Kaynakça
1. ^ Trends in Atmospheric Carbon Dioxide - Mauna Loa. National Oceanic & Atmospheric Administration.
2. ^ Globally averaged marine surface monthly mean data. National Oceanic & Atmospheric Administration.
3. http://en.wikipedia.org/wiki/Keeling_Curve
4. Carbon Dioxide: Projected emissions and concentrations. IPCC- Intergovernmental Panel on Climate Change.
5. IPCC AR4 SYR (2007), Core Writing Team; Pachauri, R.K; and Reisinger, A., ed., Climate Change 2007: Synthesis Report, Contribution of Working Groups I, II and III to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC, ISBN 92-9169-122-4.
6. International Energy Agency (IEA) (2010) (PDF). Energy Technologies Perspectives (Executive Summary). Retrieved Dec 12, 2012. https://web.archive.org/web/20130124075203/http://www.iea.org/techno/etp/etp10/English.pdf
7. Sahin, Secaeddin et al. (2012). “A Quarter Century of Progress in the Application of CO2 immiscible EOR Project in Bati Raman Heavy Oil Field in Turkey”. SPE 157865-MS.
8. Okandan, Ender et al. (2009). “Assessment of CO2 emissions from industrial sites, potential for underground storage in Turkey and modelling of storage in an oil field”. TÜBİTAK, KAMAG Project 106G110.
Ayrıca bakınız
http://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_capture_and_storage
http://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_capture_and_storage_(timeline)
Dış bağlantılar
http://www.co2geonet.com - CO2’nin Jeolojik Depolanması üzerine Avrupa Mükemmeliyet Ağı
http://www.cgseurope.net – CO2’nin Jeolojik Depolanması üzerine Ortak Avrupa Koordinasyon Çalışması
https://web.archive.org/web/20120916012114/http://co2depolama.labkar.org.tr/home.html