Sanayi Sektöründe Karbon Salımının Kaynağı: Amonyak Üretimi
Sanayi sektöründe en yüksek karbon salınımına neden olan kimyasal üretim süreci, amonyak üretimidir. Bu süreç, küresel enerji tüketiminin %2’sini tek başına karşılamaktadır ve çelik üretiminden iki kat, çimento üretiminden ise dört kat daha fazla karbon salınımına yol açmaktadır. Artan dünya nüfusu ve gübre ihtiyacıyla birlikte, bu yüksek emisyon oranı giderek daha büyük bir sorun haline gelmektedir. Ancak, MIT ekibi tarafından geliştirilen yeraltı amonyak üretim yöntemi, bu süreci çok daha çevreci ve sürdürülebilir bir hale getirme potansiyeline sahiptir.
Geleneksel Amonyak Üretimi Neden Sorunlu?
Mevcut amonyak üretim süreçleri, esasen hidrojene dayanmaktadır ve bu hidrojenin büyük bir kısmı kömür veya doğal gaz kullanılarak elde edilmektedir. Hidrojen üretimi, sanayi kaynaklı amonyak üretiminden kaynaklanan karbon emisyonlarının %80’ine kadarını oluşturmaktadır. Bazı araştırmalar, elektrokimyasal reaksiyonlarla hidrojen üretimini önermekte, ancak bu süreç devasa miktarda enerji gerektirmektedir. Mevcut yenilenebilir enerji kaynaklarının tamamı bile küresel amonyak ihtiyacını karşılamaya yetmeyecek seviyededir.
Yeraltında Amonyak Üretimi Nasıl Çalışıyor?
Bu yenilikçi yöntem, 1980’lerde Batı Afrika’daki Mali’de keşfedilen doğal bir jeokimyasal sürece dayanmaktadır. O dönemde bilim insanları, yeraltındaki kayalar ve su arasında gerçekleşen reaksiyonlar sonucunda hidrojen gazının doğal olarak oluştuğunu fark etmiştir. MIT’den Iwnetim Abate ve ekibi, bu doğal süreci kontrollü bir şekilde amonyak üretmek için kullanmayı hedefliyor. Süreç şu şekilde işlemektedir:
- Demir bakımından zengin minerallerle kaplı yeraltı kayaçları, azot içeren suyla temas ettiriliyor.
- Yeraltındaki yüksek sıcaklık ve basınç, kayaçlardaki demir ve su arasında kimyasal reaksiyon başlatıyor.
- Bu süreç sonucunda hidrojen gazı üretiliyor ve bu hidrojen, suyla karışan azotla tepkimeye girerek amonyak oluşumunu sağlıyor.
Laboratuvar testlerinde, bilim insanları 1 ton olivin (demir içeren bir kayaç) başına 1.8 kg amonyak üretmeyi başarmıştır.
Küresel Ölçekle Uygulanabilir Mi?
MIT ekibine göre, bu yöntemin en büyük avantajlarından biri, olivin kayaçlarının Dünya’nın birçok bölgesinde yaygın olarak bulunmasıdır. Sürecin endüstriyel ölçekte uygulanabilmesi için kayalara ulaşmak amacıyla sondaj yapılması ve su enjekte edilmesi gerekecek. Eğer bu aşamada başarı sağlanırsa, tek bir olivin kuyusu yılda 40 bin ton amonyak üretebilir. Araştırmacılar, bu yöntemin karbon emisyonlarını geleneksel amonyak üretimine kıyasla 30 kat azaltabileceğini öngörmektedir. Ancak sürecin gerçek dünyada nasıl işleyeceğini tam olarak anlamak için daha fazla çalışmaya ihtiyaç duyulmaktadır.
Bilim insanları, 2026 yılına kadar birkaç kilometre derinlikte bir pilot test yapmayı planlamaktadır. Eğer bu testler başarılı olursa, atık sulardaki azotun amonyak üretiminde kullanılabileceği bir sistem de geliştirilebilir. Bu, hem atık suyun arıtılmasını hem de çevre dostu amonyak üretimini aynı süreçte birleştiren yenilikçi bir çözüm olabilir. Çalışmanın baş yazarı Yifan Gao, “Azot içeren atık suların arıtılması büyük maliyet gerektiriyor. Ancak bu yöntemde, bu atıkları kullanarak amonyak üretebiliriz. Böylece hem maliyet düşer hem de çevre dostu bir üretim sağlanır” demektedir.
Maliyet Avantajı Var Mı?
Geleneksel amonyak üretimi, genellikle kilogram başına 0.4 ila 0.8 dolar arasında değişen maliyetlerle gerçekleştirilmektedir. Yeni yeraltı üretim yöntemi ise tahminen kilogram başına 0.55 dolara mal olacaktır. Daha da önemlisi, bu süreç atık su arıtımıyla birleştirildiğinde, kilogram başına 3.82 dolarlık ek bir kazanç sağlayabilir. Bu durum, yöntemi sadece çevresel değil, aynı zamanda ekonomik olarak da cazip hale getirebilir. Ancak, sürecin geniş ölçekte uygulanabilmesi için yeraltı kayalarının çatlama dinamikleri, gaz ve sıvı etkileşimleri gibi mühendislik sorunlarının çözülmesi gerekecektir. MIT ekibi, bu yöntemin kimya, madencilik ve petrol-gaz endüstrilerinin kesişim noktasında yeni mühendislik çözümleri gerektirdiğini vurgulamaktadır. Eğer başarılı olunursa, yeraltında amonyak üretimi, tarım ve kimya sektörlerinin karbon ayak izini önemli ölçüde azaltabilir.
News
