Karbondioksitin jeolojik depolanması

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 CO2nin yeraltında jeolojik depolanması gibi seçenekler bir arada uygulanmalıdır. Dünyadaki doğal CO2 rezervuarlarının varlığı, yeraltında CO2nin güvenli bir şekilde uzun süre depolanabileceğinin kanıtıdır.
Türkiye de CO2 için jeolojik depolama sahaları var mıdır?
Petrol üretimini arttırıcı bir metot olarak, Türkiyedeki en büyük doğal CO2 sahası olan Dodan Sahasından 1985 yılından beri CO2 boru hattı ile taşınmakta ve Batı Raman Sahasına CO2 enjeksiyonu sürdürülmektedir. Türkiyede 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 CO2nin yeraltına depolanmasının detaylarının jeolojik ve sayısal model ile incelenerek ekonomik analizinin yapılması amacıyla bir proje yürtülmüştür. 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 CO2nin yeraltında jeolojik depolanması için emisyon kaynaklarından CO2nin yakalanması ve diğer emisyon gazlarından ayrıştırılması gerekmektedir. Ayrıştırılan CO2 yeraltında depolanacağı yerlere tankerlerle veya boru hattı ile taşınmaktadır.
CO2nin jeolojik depolanması
CO2nin 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; CO2nin 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 CO2nin depolanması için yeterli yüksek basınç ve sıcaklığı sağlayacak olan 800 mden fazla bir derinlik,
depolama rezervuarının içme suyu rezervuarı olmaması.
Depolama potansiyelinin örnekleri
Yukarıda belirtilen kriterleri sağlayan bir alana örnek, İngiltereden Polonyaya kadar uzanan Güney Permiyen Havzasıdır. 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 CO2nin 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/lden 400 g/lye 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 aşağıdaki başlılar halinde ayırt edilebilir.
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 Avrupadaki 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 Avrupadaki depolama kapasitelerinin haritalandırılması çalışması, üye devletlerde yapılan bağımsız araştırmalar ile Avrupa için geniş çapta sürdürülen Avrupa Birliği CO2STOP projesi araştırmalarına bağlıdır.