Gelecek Nesil Alternatif Yakıtlardan Metan Hidrat ve Di Metil Eter’e Genel Bir Bakış

Gelecek Nesil Alternatif Yakıtlardan Metan Hidrat ve Di Metil Eter’e  Genel Bir Bakış

  Giriş

Günümüzde pek çok ülkenin gelecekteki hedeflerinde, ekonomik gelişmeyi sağlayacak verimli ve güvenli enerji kaynakları ile insanca yaşanabilir temiz bir çevre temel yapı taşları olarak yer almaktadır.

Konuya çevre açısından bakıldığında, 1992 Dünya Zirvesinden  sonraki 15 yılda sera gazlarının, özellikle de enerji kullanımından kaynaklanan karbon dioksit gazının dünyamızın iklimini değiştirdiği bir bilimsel gerçeklik olarak karşımızda durmaktadır. Hükümetlerarası İklim Değişikliği Panelinden  çıkan sonuçlara göre, eğer sera etkisi yaratan gazların emisyonlarını azaltamazsak, 2100 yılına kadar 1,4-5,8 0C’lik kuresel sıcaklık artışları kaçınılmaz olacaktır.  Geçen zaman içerisinde de toplumların bu konuya olan duyarlılığı önemli ölçüde artmıştır. 

Bugün için ABD'de dünya nüfusunun % 4'ü yaşamakta ve buna karşılık da toplam sera gazı emisyonunun % 25'ini yapmaktadır.  AB'de yapılan çalışmalara göre emisyon azaltıcı tedbirler eğer hemen devreye alınmazsa Kyoto Anlaşması hedeflerinden olan 1990 emisyon seviyelerinden %8 indirim yapmak yerine 2012 itibarı ile % 6 yukarıda  kalınacağı görülmektedir.

Aslında, Avrupa ve diğer bölgelerin Kyoto Anlaşmasını kabul edeceği kuvvetle muhtemel olup, ümitler ABD' nin de gelecekte bunu kabul etmesidir. Burada anahtar kelime ABD Başkanı Bush'un da öne çıkattığı gibi ekonomi dir. Eğer yenilenebilir enerji kaynaklarının ekonomik  olarak kullanımında daha ileri gelişmeler kaydedilebilirse, ABD firmalarının hükümetlerine yaptıkları baskıların yönü de kaçınılmaz olarak değişecek ve bu küresel ısınma probleminin çözümüne en büyük katkıyı yapacaktır.  Fakat bunun ne kadar zaman sonra olabileceğini tahmin etmek, küresel ısınmanın rahatsız edici gelişim sürecini tahmin etmekten daha zordur (1).

Ekonomik gelişmenin en önemli göstergesi niteliğinde olan “sürdürülebilir kalkınma” kavramı dünya gündeminde artık yerini almış olup, sürdürülebilir kalkınmayı sağlama yolunda enerji kaynakları arasındaki rekabet sürmekte, yenilenebilir enerji kaynaklarının maliyeti ve geleceği tartışılmakta ve enerji kaynakları kıt olan ülkeler hangi enerji kaynaklarına hangi oranda öncelik vermek gerektiği üzerinde politika üretmektedir.

Bu bağlamda, pek çok ülkede enerji verimliliğinin arttırılması ve kaynakların çeşitlendirilmesine yönelik gayretler devam etmektedir.   Aşağıda, enerji kaynaklarının çeşitlendirilmesine yönelik çalışmalar neticesinde halen yaygın bir enerji kaynağı olarak ticari kullanıma sunulmamış, halen geliştirme çalışmaları devam eden ve gelecek için umut vaat eden iki gelecek nesil enerji kaynağı tanıtılmaktadır; Metan Hidrat ve Di Metil Eter (DME).

 

1) Metan Hidratlar

Metan hidratlar doğal gaz olarak da bilinen metan gazını su ile birlikte buz formunda büyük miktarlarda bünyelerinde barındıran doğal oluşumlardır. 300-500 m. aralığında değişen derinlikteki deniz tabanlarında ve soğuk bölgelerdeki donmuş toprak tabakalarının (permafrost) altında büyük miktarlarda bulanabilmektedir.  Kuvvetle muhtemeldir ki, bu oluşumlar gelecekteki enerji ihtiyacının karşılanmasına yönelik potansiyel kaynaklar olacaklardır.  Ancak, günümüzde metan hidratların uygun maliyetle ve çevre yönünden güvenli bir enerji kaynağı olarak kullanılabilmesi yönünde pek az ilerleme kaydedilebilmiştir (2).

Metan hidratlar petrol sektörünün dikkatini ilk olarak 1979’li yıllarda çekmeye başlamıştır.  Petrol ve gaz için yapılan araştırma sondajları açık denizlere ve arktik bölgelere kaydıkça, tundra alanlarındaki ve deniz tabanlarındaki su ile kontamine olmuş doğal gaz boru hatlarında tıkanmalar gözlendi. Boruları tıkayan buza benzer bu maddenin oluşum mekanizmasının araştırılması ve buradan elde edilen sonuçların daha detay araştırmalarda kullanılması ile, genelde okyanus tabanındaki gaz çıkışlarının hemen üzerinde yer alan büyük metan hidrat rezervleri keşfedilmiştir.               

 Bilimsel açıdan metan hidratlar metan moleküllerini sararak hapseden su moleküllerinin oluşturduğu bir yapıdır (5).

Metan hidratlar, 300 m. den  daha fazla su derinliklerinde oluşabilecek (300-500m.) basınç ve suyun donma derecesinin çok az üzerinde olabilecek düşüklükte sıcaklıklarda kristalize katı yapılar olarak oluşum gösterirler. Bu yapılar su buzuna çok benzer olup, organik proses ve gaz çıkışı olarak tanımlanan iki tip proses sonucunda oluşurlar.

a) organik proses

Metan hidratların pek çoğu deniz tabanına biriken veya suyun içinde ölen organik maddelerin bozuşmasına yol açan bakterilerin başlattığı sürecin yan ürünü olarak meydana gelen biojenik metandan oluşur.  Bu tip hidratlar organik madde ve çökeltilerin çok hızlı biriktiği bölgelerde görülür.  Organik prosesler sonucunda oluşan hidratlar genellikle çok saf olup, sadece metan ve su molekülleri içerirler.

b) gaz çıkışı

Bu proses, metan hidratların oluşumunda daha az bir öneme sahip olmakla birlikte, oluşum için uygun basınç ve sıcaklık şartlarına sahip deniz tabanlarındaki fay (çatlak) hatlarından doğal gazın sızması esnasında meydana gelir.  Bu proses sonucu oluşan hidratlar metana ilaveten başka gazları, mineralleri ve bileşikleri içerebilir.

Çevre sıcaklığının düşük olduğu arktik bölgelerde metan hidratlar permafrost şeklinde oluşur ve daha alt seviyelerdeki gazın atmosfere sızmasını engeller. Hidrat zonunun kalınlığı jeotermal gradyan veya dünyanın derinliğine bağlı olarak hangi hızla ısındığı ile doğru orantılıdır. Arktik gaz- hidrat çalışmalarından elde edilen sonuçlara göre, gaz hidrat tabakalarının derinliği toprak yüzey seviyesinin hemen altında 130 metreden 2000 m’ye kadar çıkabilmektedir (2).

Hidratların oluşumunu gerektiren yüksek basınç ve düşük sıcaklık gibi şartların sonucu olarak, bu yapıların içinde önemli miktarda metan bulunabilir. Metan molekülünün etrafını sararak donan su molekülleri metan molekülleri üzerinde önemli bir basınç oluşturur. Yapının erimesi ile birlikte bu basınç kalkar ve metan molekülleri genleşerek serbest hale geçer. Teorik olarak, 1 cm3 saf metan hidrat eridiğinde 164  cm3  metan gazı ve 8 cm3 su vermelidir. Doğadaki oluşumlarda metan ile birlikte propan ve başka gazlar da karışmış olduğundan, 1 cm3 metan hidrattan 158 cm3 civarı metan gazı salınması beklenir.

Oda sıcaklığında bir parça metan hidrat üzerine tutulacak ateş kaynağı, bu şartlarda buharlaşan metan gazının alev almasına ve dolayısıyla da “buzun yanmasına “ neden olacaktır. Aşağıda bu deneyin fotoğrafları yer almaktadır (6).

 Metan Hidrat Rezervleri

             Metan gazının hidratlar içindeki tutulma şeklinden dolayı,  metan hidratlar önemli doğal gaz kaynağı olarak değerlendirilmektedir.  Dünyada ne kadar metan hidrat rezervi bulunduğuna dair kesin rakamlar mevcut değildir ancak, genelde gaz hidratlarda tutulan karbonun dünyada varolan fosil rezervlerdeki karbonun iki misli olduğu tahmin edilmektedir.

             1997 yılında ABD’de gaz hidrat rezervlerinin belirlenmesine yönelik olarak yapılan bir çalışmada 200.000 trilyon ft3’lük bir gaz rezervi, Birleşik Devletler kıyıları ile Alaska’da yer alan permafrost bölgelerde belirlenmiştir. Bu miktar, dünyanın bilinen doğal gaz rezervi olan 5.000  trilyon ft3’ten daha büyüktür.  Benzer rezervler dünyanın pek çok yerinde tanımlanmıştır.  Aşağıda bu bölgeler görülmektedir. Mavi noktalar metan hidrat rezervlerini temsil etmektedir (5).

Ancak, varlığı kabul edilen pek çok metan hidrat rezervinin esas boyut ve lokasyonu hakkında hala elimizde çok az bilgi mevcuttur. Metan hidrat rezervlerini oluşumu ve duraylılığı basınç ve sıcaklığa bağlı olduğundan, rezervlerin deniz tabanı boyunca da dağılımı düzgün değildir.

            Hidrat rezervlerinin belirlenmesi için sismik metodlar ve karotlu sondaj tercih edilebilmektedir. US Geologic Survey tarafından yürütülen araştırmalarda, hidrat rezervleri içinde sesin yayılım hızı çok yüksek olarak belirlenmiştir. 

            Şu anki teknolojik ve ekonomik koşullar metan hidratların üretimini çevre açısından emniyetli ve karlı olmaktan uzaklaştırmaktadır. Buna ilaveten, patlayıcı potansiyele sahip bir gazın içerildiği sahalarda yüzlerce metre sondaj yapmak da son derece riskli bir iştir. Bazı bilim adamlarına göre, hidrat rezervlerine sondaj yaparak dengeleri rahatsız etmek büyük  denizaltı toprak kaymalarını tetikleyebilmektedir.  Hatta bazı araştırmacılara göre, Bermuda Şeytan Üçgeni olarak isimlendirilen bölgedeki esrarengiz kazaların nedeni, okyanus dibindeki denge koşullarının  bozulması sonucu önemli miktarda buz formundaki gazın katı halden gaz hale geçerek su yüzüne bir anda çıkması ve bu esnada oluşan çok ciddi basınç farklarının o anda bölgede bulunan her şeyi silip süpürmesidir. 

Günümüzde Japonya ve Hindistan gibi enerji kaynakları sınırlı olan ülkelerde metan hidratlar üzerine araştırmalar yapılmaktadır.  ABD’ de de kısmen petrol ve gaz şirketleri tarafından desteklenen pek çok akademik kuruluş metan hidrat konusunda araştırmalar yapmaktadır. 

Stratejik ve ekonomik perpektiften bakıldığında metan hidratların pek çok ülkeyi ithal enerji bağımlılığından kurtarabilecek potansiyeli olduğu değerlendirmeleri yapılmaktadır.

Metan gazının hidrat rezervlerinden nasıl üretileceği kesin olarak belirlenmiş değildir. Önerilen en basit yol, genelde hidrat rezervinin altında yer alan doğal gaz rezervine bir sondaj kuyusu açmaktır. Rezervuardan gaz alındıkça üstteki hidratın bir kısmı bozulacak ve daha fazla metan gazı ortama salınmış olacaktır.  Buna ilaveten doğrudan hidrat tabakasına açılacak bir sondaj kuyusu da basınç düşmesine neden olacak ve böylece metan elde edilebilecektir. Eğer iki kuyu açılması tercih edilir ise, birinci kuyudan buhar, sıcak su veya antifiriz  malzeme gönderilerek hidrat tabakasının erimesi ve metan gazının da ikinci kuyudan alınması mümkün olabilir (7).

Çevre Boyutu

Metan gazı global ısınmaya yol açan sera etkisi itibarı ile Karbon Dioksitten 10 defa daha etkilidir. Hidratlarda tutulan metan gazı miktarı atmosferdeki metan gazı miktarından 3.000 misli daha fazladır. Hangi jeolojik şartların metan hidratların denge yapısını etkileyerek metan gazının atmosfere salınmasını tetiklediği tam olarak açık değildir. Deniz tabanındaki toprak kaymaları neticesinde atmosfere salınan metanın, arktik bölgelerde  global ısınma ve deniz seviyesinin yükselmesi nedeniyle eriyen hidratlardan salınan metan gazı ile birlikte global ısınmaya neden olabilmesi tehlikesi mevcuttur. Ancak, hidratlar atmosferik metanın depolanabilmesine olanak sağlayacak kaynaklar da olabilirler (5).  Hidratlar, özellikle soğuk havalarda gaz depolama alanlarında problemlere neden olmakta ve yine özellikle denizaltı doğal gaz hatlarında bazı tıkanmalara neden olabilmektedirler. Hidratların yapılarının ve özelliklerinin daha iyi anlaşılması,  hem iklim değişikliği konusunun daha iyi anlaşılabilmesi yönünde önemli ilerlemeler sağlanmasına  katkılarda bulunacak, hem de var olan depolama kapasitesinin artmasını sağlayabilecektir (3).

2) Di Metil Eter (DME)

Oda sıcaklığında gaz haline olan DME’nin kimyasal formülü CH3OCH3’tür. Günümüzde DME sprey tip boya ve kozmetiklerde kloroflorokarbonlar yerine itici gaz olarak kullanılmaktadır.

            Havaya karıştığında fazla uzun sayılmayacak bir sürede bozulduğundan dolayı, global ısınmaya yol açan ozon tabakasının incelmesine neden olma gibi bir etkisi de yoktur. Buna ilaveten, yakıt olarak kullanımı sonrasında sülfür içermediğinden dolayı SOXemisyonu yaratmaması ve çok düşük NOX emisyonu yaratması nedeniyle son günlerde dikkate değer bir ilgi çekmektedir. Eğer DME’nin ekonomik fiyatlarla üretilebilmesi mümkün olursa, LPG’nin yerine kullanım, elektrik enerjisi üretimi sektöründe kullanım ve dizel yakıtı olarak kullanım gibi pek çok uygulama alanı mevcuttur. DME ile çalıştırılan dizel motorlu bir test aracında son derece olumlu performans düzeyleri  elde edilmiştir.

DME’nin sıvı petrol gazı (LPG) ile benzer özelliklere sahip olması nedeni ile varolan LPG depolama ve nakliye tesisleri ile teknolojilerinin kullanımı mümkündür. Kömür ocakları civarında DME üreterek onu kullanım alanlarına sevk etmekle hem kullanılmayan kaynaklardan yararlanılmış olacak hem de çevrenin korunmasına katkıda bulunulacaktır. Sıvılaşması için –161 oC’ye soğutulması gereken doğal gazla karşılaştırıldığında, -25 oC’de veya 6,1 atm basınçta sıvılaşan DME, Sıvılaştırılmış Doğal Gaz (LNG)’ye oranla son derece avantajlı bir yapıdadır. Bu özelliğiyle DME, LNG üretiminin ekonomik olmadığı küçük-orta boyutlu doğal gaz sahalarının değerlendirilmesine olanak sağlamaktadır. Aşağıdaki tabloda DME’nin karşılaştırmalı özellikleri verilmektedir;

Özellik

DME

Methane

Propane

Methanol

Dizel Yakıtı

Kimyasal Formül

CH3OCH3

CH4

C3H8

CH3OH

--

Kaynama Noktası (0C)

-25,1

-161,5

-42,00

64,6

180-360

Yoğunluk(gr/cm3,oC'de)

0,67

--

0,49

0,79

0,84

Havaya Göre Özgül Ağ.

1,59

0,55

1,52

--

--

Yanma Noktası (oC)

350

632

504

470

250

Patlama Sınırı (%)

3,4 - 17

5-15

2,1-9,4

5,5-36

0,6-7,5

Setan Sayısı

55 - 60

0

5

5

40-55

Alt Isı Değeri (kcal/kg)

6.900

12.000

11.100

5.040

10.200

 CO ve H2 , DME üretimi için gerekli temel hammaddelerdir. Bu hammaddeler kömür yataklarından elde edilen metan gazının ve LPG’nin çeşitli katalizörler yolu ile reforme edilmesi ile elde edilebilir.

Öte yandan kömür rezervlerinden farklı bir faydalanmaya örnek olarak Güney Afrika Cumhuriyetindeki uygulamalar verilebilir. Güney Afrika Cumhuriyetinin   Natal bölgesindeki kömür damarlarından yüksek kaliteli metalurjik kömürlerin üretimi yapılmakta, Secunda- Standerton bölgesindeki kömürlerden enerji üretimi için faydalanılmakta ve Secunda Sasol 2 ve 3 bölgesindeki damarlardan üretilen kömürlerden ise Fischer-Tropsch prosesi kullanılarak petrol elde edilmekte ve ülkedeki tüm araçlarda kullanılmaktadır.

Sonuç olarak, merhum Üzeyir GARİH’in  DEİK Enerji Dünyası Dergisi’nin Ağustos 2001’de yayınlanan 37 sayılı nüshasında yer alan konuşmasının DME ile ilgili bölümlerine yer vermek ilgi çekici olacaktır;

Şimdi geçenlerde bir dergide gizli bir şey okudum. Japonlar yeni bir sistem geliştiriyorlar. O’da doğal gazdan metanol veya dimetil eter üretimidir. Metanol veya dimetil eter üretimi itibariyle prosesi çok pahalı olmayan tesisler vardır. Bunların nakliyesi de çok ucuz oluyor. Yani LNG terminali şeklinde terminaller yapmanıza gerek kalmıyor. Doğrudan doğruya benzin gibi tankerlerle taşınıyor. Acaba niye bunları bugün yapmıyorlar diye sorulduğu zaman onlar da diyorlar ki, bugün Katar’dan LNG ithal ediyorlar. LNG terminalleri çok pahalı olduğu için bunların amorti edilmesi zamanını aşmak istiyorlar. O zaman dünyaya dimetil eterle çıkacaklar veya metanolle çıkacaklar ve gaz enerjisini daha ucuza elde etme imkanını bulacaklar.”

 

Kaynaklar

1)   TİME EUROPA dergisi “Bad Air Over Kyoto”, James Graff, 03.03.2001

2) The National Council for Science and Environment RS 20050 : Methane   Hydrates: Energy Prospect or Natural Hazard James E. Mielke Feb 2000.  Ayrıca: http://www.hydrate.org / resources.htm.

3) W.P. Dillon et. al.  “Resource and Climate Implications  of Natural Gas Hydrates” Mc Kelvey Forum, 1995,USGS

4)   USGS Fact Sheet, Gas (methane) Hydrates “ A New Frontier” Sep. 1992

5)   http:// walrus.wr.usgs.gov /resources/html

6)   GSJ Symposium on Methane Gas Hydrate June 10,1996

7) Bill Moore; Do Hydrates  Have a Future? evWorld  People&Technology    Nov.22, 2000

Döküman Arama

Başlık :

Kapat