7 Mineral karbonizasyon ve karbondioksitin endüstriyel kullanımları

---

7 

 

Mineral karbonizasyon ve 

karbondioksitin endüstriyel 

kullanımları

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ÇEVİRİ (translation into Turkish Language) : 

JEOLOJİ MUH. Ender Ragıp ARSLAN 

[e-mail]

 

---

Özet 

 

Bu bölümde karbondioksit depolaması için oldukça farklı iki seçenek ele alınacaktır: 

(1) Karbondioksitin inorganik karbonat formunda tecridi, ki bu yöntem “mineral 

karbonizasyon” veya “mineral seküstrasyonu” olarak da bilinir, (2) karbondioksitin karbon 

içerikli kimyasal maddeler için beslenim stoğu veya teknik sıvı olarak endüstriyel 

kullanımıdır. 

 

Mineral karbonizasyonda tutulan karbondioksit, metal oksit bulunduran materyaller ile 

reaksiyona girerek karbonat ve katı bir yan ürün oluşturur(örn, silis). Mineral 

karbonizasyonun ürünleri genellikle jeolojik zaman ölçeğinde depolama kapasitesi sağlayacak 

stabil katıları meydana getirir. Bundan başka magnezyum ve kalsiyum silikat çökelleri, tüm 

fosil yakıt kaynaklarının yakılması ile üretilen karbondioksiti tecrit etmeye yeterlidir. Bir ton 

karbondioksit tecridi yaklaşık 1.6-3.7 ton kayaç gerektirir. Termodinamik açıdan inorganik 

karbonatlar karbondioksitten daha düşük enerji hali gösterirler; bundan dolayı karbonatlama 

reaksiyonu ekzotermik bir olaydır ve teorik olarak enerji sağlar. Bununla birlikte doğal 

mineral karbonizasyon kinetiği yavaştır; dolayısıyla  şu anki uygulanan tüm işlemler, enerji 

yoğunluklu katı reaktantların hazırlanmasını gerektirir. Elde edilen karbonatlı katılar, çevresel 

olarak uygun lokasyonlarda depolanmalıdır. Teknoloji halen gelişim aşamasındadır ve henüz 

uygulamalar için hazır değildir. Bugüne kadar çalışılan en uygun durum, 50-100 

US$/tCO

2

(depolanan) maliyetli ve elektrik santralinde %30-50 enerji kaybına neden olacak 

doğal silikat olivinlerinin yaş karbonizasyonudur. Tutum tesisinde de %10-40 enerji kaybına 

neden olduğu göz önüne alınırsa mineral karbonizasyonlu bir CTD sisteminin tümü, CTD 

bulundurmayan eşdeğer bir elektrik santralinden %60-180 daha fazla enerji gerektirir. 

 

Karbondioksitin gaz, sıvı veya kimyasal maddelerin üretimi için beslenim stoğu olarak 

endüstriyel kullanımı, karbondioksitin antropojenik karbon ürünlerinde depolanması ile 

atmosferden arıtılmasına katkıda bulunabilir. Dolayısıyla endüstriyel kullanımlar bir karbon 

yutağı sağlarlar. Karbondioksit kullanım ölçeği antropojenik karbondioksit emisyonlarına 

oranla az ve üretilen kimyasal maddelerin ömrü de karbondioksit depolaması ölçeğine göre 

daha kısadır. Bundan dolayı tutulan karbondioksitin endüstriyel kullanımın iklim değişikliğini 

önleme yönünde katkısının az olması beklenmektedir. 

---

7.1 Giriş 

 

 

Bu bölümde (1) Karbondioksitin inorganik karbonat formunda tecridi, ki bu yöntem 

“mineral karbonizasyon” veya “mineral seküstrasyonu” olarak da bilinir, (2) karbondioksitin 

karbon içerikli kimyasal maddeler için beslenim stoğu veya teknik sıvı olarak endüstriyel 

kullanımı ele alınmaktadır. 

 

 

7.2 Mineral karbonizasyon 

 

 

Mineral karbonizasyon karbondioksitin çözünmeyen karbonatları oluşturmak için 

metal oksit içeren materyaller ile reaksiyonuna dayanır. Kalsiyum ve magnezyum, en cazip 

metaller konumundadır. Doğada bu gibi bir olay, “silicate weathering” olarak adlandırılır ve 

jeolojik zaman ölçeğinde gerçekleşir. Bu olay, toprak alkalin metal ve alkalin kaynağı olarak 

silikatların doğal olarak oluşumunu içerir ve atmosfer karbondioksitini tüketir. Mineral 

karbonizasyon, bir tutum aşamasından sağlanan yüksek karbondioksit konsantrasyonlarının, 

karbondioksitin karbonat şeklinde tecrit edilmesi amacıyla metal oksit içeren materyaller ile 

reaksiyona girmesi işlemidir(Seifritz, 1990; Dunsmore, 1992; Lackner ve diğ., 1995). Uygun 

materyaller, bol bulunan silikat kayaçları, serpantin ve olivin mineralleri ya da daha küçük 

ölçekte demir üretiminden sağlanan cüruflar gibi endüstriyel atıklar olabilir. Silikat 

kayaçlarının kullanımında karbonatlama, maden işletmesinden ve silikat maruzundan sonra 

kimyasal bir işlemde ex situ veya silikatça zengin jeolojik formasyon ya da alkalin 

akiferlerinde karbondioksitin enjekte edilmesi ile in situ olarak uygulanabilir. Diğer taraftan 

endüstriyel atıklar, üretildikleri aynı tesislerde karbonatlanabilir. 

 

---

7.2.1 Mineral karbonizasyon kimyası 

 

 

Karbondioksit, metal oksitler ile reaksiyona girdiğinde (MO ile gösterilmiştir, M; 

kalsiyum, magnezyum veya demir gibi iki değerlikli metal) uygun karbonatlar oluşur ve 

aşağıdaki kimyasal reaksiyonda ısı açığa çıkar: 

 

 

 

MO + CO

2

 → MCO

3

 + ısı 

 

 Isı  şiddeti, metal oksit içeren materyal ile metalin özelliğine bağlı olarak değişir. 

Genellikle karbondioksit oluşturan akıntıya karşı yakım işlemi ile açığa çıkan  ısı büyük bir 

fraksiyon (kalsiyum oksit varlığında %46’ya kadar) gösterir. Bir miktar doğal silikatların 

olması durumunda aşağıdaki ekzotermik kimyasal reaksiyon meydana gelir(tüm durumlar için 

ısı değerleri, karbondioksitin birim molü için verilmiştir ve standart koşullar 25

o

C ve 0.1 

MPa, Robie ve diğ., 1978): 

 

 

Olivine: 

 Mg

2

SiO

4

 + 2CO

2

 → 2MgCO

3

 + SiO

2

 + 89 kJ mol

-1

 CO

2

   

 

(2a) 

 

 

Serpantin: 

 Mg

3

Si

5

(OH)

4

 + 3CO

2

 → 3MgCO

3

 + 2SiO

2

 + 2H

2

O + 64 kJ mol

-1

CO

2

 (2b) 

 

 

Wollastonit: 

 CaSiO

3

 + CO

2

 → CaCO

3

 + SiO

2

 + 90 kJ mol

-1

 CO

2

  

 

 

(2c) 

 

 Reaksiyon 

ısı açığa çıkardığından karbonatların oluşumu termodinamik olarak 

hızlandırılır. Yüksek sıcaklıkta (bir barlık karbondioksit kısmi basıncı altında magnezyum 

karbonat için 300

o

C ve üzeri, kalsiyum karbonat için 900

o

C ve üzeri) da ters bir reaksiyon 

(kalsinasyon) gerçekleşir. Yukarıdaki reaksiyonda olivin ailesinden temsilci olarak demirsiz 

forsterit alınmıştır. Genelde çoğu olivinler, demir oksit veya siderit oluşturabilecek bir miktar 

demir içerirler. 

 

 

 

 

---

7.2.2 Metal oksit kaynakları 

 

 

Kalsiyum ile magnezyumun oksit ve hidroksitleri, ideal kaynak materyalleri 

olabilirler. Ancak onların reaktivitelerinden dolayı doğada oldukça nadir bulunurlar. Bundan 

dolayı uygun metal oksit içerikli mineraller, silikat kayaçları veya alkalin endüstriyel atıkları 

olabilir. 

 Silikat 

kayaçları arasından mafik ve ultramafik olanlar, yüksek miktarlarda 

magnezyum, kalsiyum ve demir içeren, az miktarlarda da sodyum ve potasyum içeren 

kayaçlardır. Esas mineral bileşimlerinin bazıları olivinler, serpantin, enstatit (mgSiO

3

), talk 

(Mg

3

Si

4

O

10

(OH)

2

) ve wollastonittir. Yerkabuğunda magnezyum ve kalsiyum silikatlarının 

molar bollukları benzer olsa da magnezyum silikat içeren kayaçlar bazalt gibi kalsiyum 

silikatlı kayaçlardan daha yüksek MgO konsantrasyonu (ağırlıkça %50’ye kadar, teorik olarak 

0.55 kg CO

2

/kg kayaç CO

2

 depolama kapasitesine karşılık gelir) gösterir(Goff ve Lackner, 

1998).  

 

 

Şekil 7.2 Silikat kayaçları ya da endüstriyel atıkların mineral karbonizasyon ile ilişkili 

materyal değişim ve işlem basamakları(Courtesy ECN). 

 

 

---

7.2.3 Karbonasyon reaksiyonu planlaması 

 

 

Mineral karbonasyona en basit yaklaşım, uygun sıcaklık ve basınç seviyelerinde 

karbondioksit gazının metal oksit içerikli materyaller ile reaksiyonu şeklinde olabilirdi. Ancak 

direkt olarak gaz-katı reaksiyonları, bir önceki konuda bahsedilen materyallerin olması 

durumunda uygulanabilir olması için oldukça yavaştır(Newall ve diğ., 2000) ve sadece 

kalsiyum ve magnezyum gibi arıtılmış, nadir materyaller için elverişli basınç ortamlarında 

uygulanabilir(Butt ve Lackner, 1997; Bearat ve diğ., 2002; Zevenhoven ve Kavaliauskaite, 

2004). Sonuç olarak arıtılmış materyaller olmadan mineral karbonasyon, direkt olarak baca 

gazından çıkan karbondioksiti tutmaz, ancak gazlaştırma üniteli kombine çevrim 

santrallerinden karbondioksitçe zengin gazların sıkıştırılması durumunda mümkün olabilir. 

Karbondioksitin direkt olarak arıtılmamış katı materyal partikülleri üzerinde tecrit edilmesi şu 

an mümkün görünmediğinden, katıdan metalin uzaklaştırılması gerekir. Bu da katı materyalin 

su içerisinde çözünmeye bırakılması ve kalsiyum ve magnezyum iyonları gibi metal iyonlarını 

bırakması ile gerçekleşebilir. Bu iyonlar karbonik asit ile temasa geçer. Karbonat ve yan 

ürünlerin çökelmesi ile gerekli koşullar sağlanabilir. Bu tek aşamalı veya çift aşamalı işlemin 

işletme parametreleri için uygun seçenek belirlenir – özellikle sıcaklık, muhtemel katkı 

maddelerinin konsantrasyonu ve karbondioksit basıncı (çözeltide karbonik asit 

konsantrasyonunu denetler). İri karbonat partiküllerinin süspansiyonunun hazırlanması 

sonunda, yan ürünler ile reaksiyona uğramamış katı materyaller kalır. Bunlar filtrasyonla 

ayrıştırılmalı, atık metal iyonları ve katkı maddelerinin nicel olarak geri kazanıldığı çözeltiden 

kurutulmalıdır. 

 Bu 

yaş(ıslak) işlem biçimi şu an araştırma fazındadır ve mali açıdan uygun olması, 

karbon depolaması için uygulanabilir bir seçenek olarak görülmesine karşı olabilecek üç 

engelin üstesinden gelinmelidir; (i) metal oksit içeren materyalin çözünme hızı ile sınırlı 

olabilecek tüm işlem hızı, (ii) metal oksit çözünmesi ve karbonat çökelimi arasındaki 

girişimin sona ermesi, (iii) eğer katkı maddeleri kullanılmış ise, gerekli tüm kimyasal türlerin 

toplam geri kazanımı. 

 Mineral 

karbonizasyon 

yavaş bir işlem olsa da, sıcaklığın arttırılması ile kinetik olarak 

hızlandırılabilir. Bununla beraber termodinamik kısıtlayıcı bir faktördür. Su içindeki bir 

sistemde, yüksek sıcaklıklar karbondioksit gazını karbonat çökelimine yönelik 

desteklediğinden tipik olarak 200

o

C sıcaklığın altında tutulur. Metal oksit çözünmesinin hız 

kısıtlayıcı bir aşama oluşturduğu düşünülmüş ve çoğu araştırmalarda katı materyal 

girdilerinden metal çıkarımını  hızlandırmak için yollar aranmıştır. Bu da ya mineralin daha 

---

değişme eğiliminde ve reaktif olmasını sağlamakla, ya da çözeltide katalizör veya 

kirleticilerin bulunması yoluyla metal oksit çıkarımını hızlandırmakla yapılabilir. Aktivasyon 

farklı biçimlerde gerçekleşebilir. Yani serpantin için 650

o

C  ısı muamelesi(Barnes ve diğ., 

1950; Dragulescu ve diğ., 1972; O’Connor ve diğ., 2000), olivin ve wollastonit için çok ince 

öğütme (O’Connor ve diğ., 2002; Kim ve Chung, 2002) şeklinde olabilir. Bu aktivasyon 

maliyeti, termal aktivasyon için 300 kWh/t mineral ve mekanik aktivasyon için 70-150 kWh/t 

mineral olarak hesaplanmıştır(O’Connor ve diğ., 2005). Karbonasyon, öncü muamele 

ardından başarı ile gerçekleştirilir. Ancak bu da çok maliyetlidir ve bunun olanaklı enerji 

yoğunluğu  şüphelidir(O’Connor ve diğ., 2005). Sulu çözeltiye eklenebilen çözünme 

katalizörleri, kuvvetli ve zayıf asitler (Pundsack, 1967; Lackner ve diğ., 1995; Fouda ve diğ., 

1996; Park ve diğ., 2003; Maroto-Valer ve diğ., 2005), baz(Blencoe ve diğ., 2003) ve 

mineralden SiO

2

 veya MgO çıkaracak  “chelating agents” içerir(Park ve diğ., 2003). Bu üç 

yaklaşım çalışılmış ve kısmen test edilmiştir. Ancak her birinde katalizör önemli bir sorun 

teşkil etmiştir.  

 

İlk olarak serpantin veya olivinin hidroklorik asit çözünmesi düşünülmüştür(Houston, 

1945; Barnes ve diğ., 1950; Wendt ve diğ., 1998a). Karbondioksit gazı ile direkt olarak 

reaksiyona girebilen  magnezyum hidroksitin (Mg(OH)

2

) çökelimi ve HCL elde etmek için bir 

seri işlemler gereklidir. Endotermik ve ekzotermik aşamalar değişimli olarak meydana gelir. 

Isı kazanımı her zaman mümkün değildir. Bu sonuçla tüm işlemin aşırı enerji yoğunluklu 

olmasından dolayı uygulanabilir değildir(Wendt ve diğ., 1998a; Newall ve diğ., 2000; 

Lackner, 2002). Aynı  şekilde güçlü alkalin çözeltiler (NaOH ile) magnezyum silikattan 

silikatı çözündürecektir. Bu durumda NaOH katalizörünün geri kazanımı çok zor 

görünmektedir(Blencoe ve diğ., 2003). Hidrolik asit işleminde su buharlaşmasının önemli 

enerji kaybının üstesinden gelmek için hem Mg(OH)

2

 çökelimi hem de eriyikte direkt olarak 

karbonasyonu sağlamak amacıyla magnezyum klorit eriyiğinde silikat minerallerinin 

çözündürülmesi düşünülmüştür(Wendt ve diğ., 1998a; 1998b; 1998c; 1998d). Bu işlemin 

reaksiyonun aşındırıcı koşulları nedeniyle hiçbir deneysel gösterimi yapılmamıştır; enerji ve 

materyal dengeleri, her ikisi için işlem uyarlamasının güçlükle uygulanabilir olacağını 

göstermiştir(Newall ve diğ., 2000; Haywood ve diğ., 2001). 

 Geri 

kazanım için enerji gereksinimini düşürebilen zayıf asitler; asetik asit(Kakizawa 

ve diğ., 2001), oksalik asit(Park ve diğ., 2003), ortofosforik asik(Park ve diğ., 2003) ve 

amonyum bisülfat(Pundsack, 1967) içerir. Suda çözünür karışımlar oluşturarak çözeltide hem 

magnezyum iyonları hem de silikatları tutacak muhtemel “chelating agents”, EDTA – etil-

diamin-tetra-asetik asittir(CArey ve diğ., 2003; Park ve diğ., 2003; Park ve Fan, 2004). Sitrik 

---

asit de etkilidir çünkü asidik özellikleri ile güçlü “chelating” özelliklerini birleştirir(Carey ve 

diğ., 2003). Tüm bu katkı maddelerinin silikat minerallerinin çözünmesini arttırdığı 

gözlenmiştir. Ancak sadece asetik asit olduğu durumun asit kazanımı dahil açıklanmış ve 

değerlendirilmiş bütün bir işlem planı mevcuttur(Kakizawa ve diğ., 2001). Bu plan, iki 

aşamaya dayanır. İlk olarak asetik asit kullanılarak metal iyonları çıkartılır ve daha sonra CO

2

 

ilavesi üzerine karbonat çökeltilir. Asetik asit, çözeltide kalsiyum ve magnezyum asetat kadar 

kalır ve yeniden kullanılabilir.  İşlem sadece wollastonit için denenmiştir. Wollastonitin 

deneysel değişim seviyesi, %20’yi aşmamaktadır(Kakizawa ve diğ., 2001). 

 

7.2.4 Tek aşamada karbonasyon 

 

 

Şekil 7.3, doğal silikatlar ile endüstriyel atıklara (çelik cüruf gibi) uygulanabilen tek 

aşama yaş mineral karbonasyon işlemini göstermektedir(Huijgen ve diğ., 2004). Şekil, olivin 

karbonasyonu ile ilişkilidir. Yüksek CO

2

 basıncı ile temas halinde sodyum klorit (NaCl, 1 mol 

L

-1

) ve sodyum bikarbonat (NaHCO

3

, 0.64 mol L

-1

) çözeltisi içerisinde çözündürülerek 

karbonatlaştırılır(O’Connor ve diğ., 2002; O’Connor ve diğ., 2005). Sodyum ve klorit 

iyonlarının reaksiyonda çökelmediği ve çözeltide kaldığı için katkı maddeleri filtrasyon 

üzerine kolaylıkla geri kazanılabilir. 185

o

C sıcaklık ve 15 MPa karbondioksit kısmi basıncı 

altında 37 μm partikül boyutta olivin ile bir saat içerisinde %81 maksimum dönüşme 

gözlenmiştir.  Şekil 7.3’teki işlemin önemli bir unsuru, tekrar kullanılabilir hale getirilecek 

olan olivinden karbonat ve silikat ürünlerini ayırmaya yardımcı bir sınıflama yapılmasıdır. Bu 

da karbonat ve silikatlar ince taneli iken reaksiyona girmeyen olivin minerallerinin daha iri 

olmasından dolayı mümkündür(O’Connor ve diğ., 2002). Tek aşama karbonasyonun diğer bir 

zorluğu, partiküllerin üzerinde ne zaman bir silikat veya karbonat katmanının çökeleceğidir, 

ki bu da daha fazla çözünmeyi engeller. Deneysel veriler bu olayın çelik cürufta meydana 

geldiğini (Huijgen ve diğ., 2004), olivin için oluşmadığını göstermiştir(O’Connor ve diğ., 

2002). 

 

Şekil 7.3’te gösterilen şematik diyagramı kullanarak ve moleküler kütleleri 

karbondioksitin 44.0 g/mol, magnezyum karbonatın 84.3 g/mol, silikatın 60.1 g/mol ve 

olivinin 140.7 g/mol şeklinde alarak materyal dengesini hesaplamak mümkündür. Kolaylık 

açısından sadece iki varsayım yapılmıştır; yani karbonasyon reaktöründeki dönüşüm derecesi 

---

– reaktöre verilen olivinin karbonata dönüşen fraksiyonu – ve sınıflandırıcıda (classifier) 

 

Şekil 7.3 Olivinin sulu çözeltide tek aşamalı mineral karbonizasyonunun işlem 

şeması(Courtesy Albany Araştırma Merkezi). “Tek aşama” mineral çözünmesinin ve karbonat 

çökeliminin aynı karbonasyon reaktöründe aynı anda meydana geldiğini belirtir. 

 

reaksiyona girmeyen mineralin tekrar kullanılmayan fraksiyonu. Karbonasyon reaksiyonu 

stokiyometrisine dayanarak bir ton karbondioksitin tecridi için 1.6 ton olivin gerekecektir. 

Böylece elden çıkarım için 2.6 ton katı materyal elde edilir. %90 karbonasyon dönüşümü ve 

sınıflandırıcıda %10 kayıp olduğu varsayıldığında bir ton mineralize karbondioksit tonu için 

1.62 ton olivin gerekecek ve elden çıkarım için 2.62 ton katı materyal elde edilecektir. %50 

dönüşüm ve %20 kayıp varsayıldığında depolanan bir ton karbondioksit için 1.87 ton olivin 

gerekli olur ve 2.87 ton elden çıkarım gerekir. Bu son durumda, ilk durumdakinden iki kat 

büyük karbonasyon reaktörü gereklidir. 

 Doğal mineraller arasında olivin en yüksek reaktif magnezyum oksit 

konsantrasyonuna sahiptir(ağırlıkça %57). Genellikle diğer mineraller, daha düşük 

konsantrasyon içerirler. Saf serpantin için magnezyum oksit konsantrasyonu yaklaşık %44’tür 

---

ve tipik maden cevherlerinde %50 civarındadır. Bu nedenle 1 ton karbondioksitin 

karbonatlardaki tecridi için 1.6-3.7 ton mineral beslenim stoğu gereklidir ve işlem sonunda 

2.6-4.7 ton ürün elde edilir. Karbonasyon işlemi enerji tüketir ve dolayısıyla net karbondioksit 

depolamasını düşürecek karbondioksit emisyonlarına neden olur. Olivin karbonasyon işlemi 

için enerji gereksinimi 1.1 GJ/tCO

2

’dir. Eğer bu enerji elektrik üretilen aynı kömür ile 

sağlanırsa, o takdirde tecrit edilen karbondioksitin %30’una eşit miktarda karbondioksit 

emisyonuna neden olur. 

 

7.2.5 Yaş mineral karbonasyon işlemi 

 

 Tek 

aşamada yaş karbonasyon işleminin kapsamlı bir enerji ve ekonomik 

değerlendirmesi hazırlanmıştır(O’Connor ve diğ., 2005). Bu çalışma yaklaşık 600 deneysel 

testlere dayanmaktadır ve işlemin sadece temel ve teknik kısımlarına ışık tutulmamış, bundan 

başka karbondioksit kaynaklarının doğal silikat tortuları olan muhtemel yutaklar ile 

karşılaştırması yapılmıştır. Özellikle Amerika’daki yedi büyük ultramafik cevher 

çalışılmıştır(iki olivin, dört serpantin(üçü lizardit, biri antigorit) ve bir wollastonit cevheri). 

Bunlardan üçü batı kıyısında, üçü doğu kıyısında ve biri de Teksas’ta bulunmaktadır. Bu yedi 

cevherin seçimi, bölgesel kömür tüketimi ve muhtemel karbondioksit mevcudiyeti göz önüne 

alınarak yapılmıştır. 

 Belirtilen 

işletme koşulları altında bir saat süre sonunda karbonasyon reaksiyonunun 

ölçüsü olarak, farklı reaktivite gösteren üç mineral gözlenmiştir. Olivin ve wollastonit için 

mekanik aktivasyon etkilidir ve yaklaşık 100 kWh/t mineral (standart ön muamele)(%60 

dönüşüm) ve 200 kWh/t mineral (%80 dönüşüm) enerji tüketen teknikleri içerir. Serpantin 

için standart ön muamele ardından antigoritlerde (%92 dönüşüm ile) ve kısmen lizarditlerde 

(maksimum dönüşüm %40) 630

o

C’de termal aktivasyon etkilidir ve yaklaşık 350 kWh/t 

mineral enerji tüketimi gerektirir. Bu yaş  işlem için optimal işletme koşulları minerale 

bağlıdır ve olivin için 185

o

C ve 15 MPa, ısı muamelesi gören serpantin için 155

o

C ve 11.5 

MPa ve wollastonit için 100

o

C ve 15 MPa’a karşılık gelir. Olivin ve serpantin için 

karbonasyon reaksiyonu, 0.64 mol L

-1

 sodyum bikarbonat ve 1 mol L

-1

 sodyum klorit 

varlığında gerçekleşir. 

 

 

 

 

---

Tablo 7.1   Karbondioksit için mineral karbonasyon depolama maliyetleri 

Cevher 

(ön muamele tipi) 

1 saat 

sonundaki 

dönüşüm 

(%) 

Maliyet 

(US$/t 

cevher) 

Enerji girdisi

a

 

(kWh/tCO

2

 

depolanan) 

Maliyet 

(US$/tCO

2

 

depolanan) 

Olivin(standart) 61  19  310 

55 

Olivin(aktive edilmiş) 81 

27 

640 

59 

Lizardit(standart) 9 

15  180 

430 

Lizardit(aktive edilmiş) 40 

44 

180+2120=2300  210 

Antigorit(standart) 62 

15 

180 

250 

Antigorit(aktive 

edilmiş) 

92 48 

180+830=1010 

78 

Wollastonit(standart) 43 

15 

190 

91 

Wollastonit(aktive 

edilmiş) 

82 19 

430 

64 

NOT: 

a

 Bu çalışma, 1000 kWh elektriğin bir ton karbondioksite karşılık gelen %35 

verimliliğe sahip kömür yakıtlı elektrik santrali için değerlendirilmiştir. Aynı kömür girdisi 

için eşdeğer  ısı değeri 2,850 kWh’dır. Aynı satırdaki iki rakam, elektrik + termal ile enerji 

girdisi toplamıdır. Diğer rakamlar sadece elektrik enerjisini temsil etmektedir. 

 

 

7.2.6 Ürün kontrolü ve elden çıkarımı(bertaraf) 

 

 Mineral 

karbonatları için elden çıkarım seçenekleri, elde edilen materyalin kütlesi ile 

belirlenir(Şekil 7.2). Uzak mesafeler boyunca bu materyallerin gemi ile taşınması, maliyet 

açısından elverişli değildir. Sonuç olarak elden çıkarım için en uygun lokasyon maden 

sahalarıdır. Büyük ölçekli bir madencilik işletmesindeki gibi sahanın madencilik çalışması ve 

tekrar doldurulduktan sonra iyileştirme çalışması lojistiği önemlidir ve bu da yeni sorunları 

meydana getirmez(Newall ve diğ., 2000). Elden çıkarılacak olan materyal, işletilip çıkarılan 

materyalden hacimce %50-100 daha fazla olacaktır. Bu hacimler, genel olarak madencilik 

işletmelerinde kontrol edilen hacimler ile kıyaslanabilir ve standart madencilik iyileştirme 

uygulamalarının konusudur(Lackner ve diğ., 1997; Newall ve diğ., 2000). 

 

---

7.2.7 Çevresel etkileri 

 

 

Mineral karbonasyonun esas çevresel sorunu büyük ölçekte madencilik, cevher 

hazırlama ve atık ürünün elden çıkarımı ile ilişkilidir(Golf ve Lackner, 1998). Bu da direkt 

olarak çevredeki toprak, su ve hava kirliliğine yol açar. Ayrıca dolaylı olarak habitat yıkımına 

neden olabilir. Sosyal huzursuzluk kadar hava emisyonları, katı atık elden çıkarımı, atık suyu 

tahliyesi, su kullanımı için bir çevresel etki değerlendirmesi gerekir.  

 

Toprak temizlemesi: Karbondioksit depolaması için gereken materyal miktarı, 

kapsamlı bir toprak temizleme işlemi ile ardından milyonlarca ton toprak ve kayaç 

yerdeğiştirmesi gerektirir ki bu da erozyon, sedimantasyon ve habitat kaybı için olasılığı 

arttırır. Ulaşım yolları da bitki örtüsü ve toprağın kaybına neden olacaktır. Bu etkilerin en aza 

indirilmesi için önerilen standart uygulamalar, gelecekteki iyileştirme çalışmalarında 

kullanmak amacıyla kaldırılan toprağın depolanması, ulaşım yolları ve boru hatlarının 

yapımında mevcut yolların kullanılması, erozyon ihtimalini en aza düşürecek  şekilde yüzey 

suyu akışının kontrol altına alınması ve yönlendirilmesi için drenaj ve sediment toplama 

sistemlerinin kullanılması şeklinde sıralanabilir.  

 

Hava kalitesi: Madencilik faaliyetleri ile görüş netliği ve solunumu etkileyecek 

şekilde toz ve ince partiküller oluşabilir ve bölgedeki akarsu ve bitki örtüsünü kirletebilir. 

Oluşan tozlar için bugün madencilik faaliyetlerinde geniş çapta önlem çalışmaları 

uygulanmakta, ancak düzenli bir şekilde kontrol edilmezse solunumla ilgili tehdit ortaya 

çıkmaktadır. Bu da özellikle serpantin madenciliğinde önemlidir çünkü serpantin genellikle 

asbestin doğal bir oluşumu olan krosotil içermektedir. Krosotil, amfibol asbest (tremolit, 

aktinolit) (Hume ve Rimstidt, 1992) kadar tehlikeli olmasa da, varlığı durumunda hava 

kalitesinin monitörlenmesi gereklidir(Nichols, 2000). Diğer taraftan mineral karbonasyon 

ürünleri asbest içermez. Çünkü meydana gelen reaksiyon krosotili ortadan kaldırır. Bu da 

mineral karbonasyonu asbest düzenlemesi için potansiyel olarak etkili bir metot haline 

getirir(O’Connor ve diğ., 2000). Mineral karbonasyon ürünü inerttir ancak büyük 

hacimlerdeki tozlar kontrol edilmelidir. Örneğin habitat yıkımı ile toprak ve bitki örtüsü 

kirliliğinin önlenmesi için bu tozlar çimentolanabilir. 

 

Tailings: Yeraltından çıkarılan cevher ve işlenen yan ürünler dahil ince zemin 

partiküllerinden oluşur. “Tailings” yönetim sistemi, projenin başlangıç dönemlerinde 

tasarlanıp uygulanabilir. Genellikle “tailings”, toprak dolgu barajlarının arkasında tutulmak 

için tasarlanan “tailings” haczinde depolanır(Newall ve diğ., 2000). Diğer kontrol ölçüleri 

---

“tailings”in kuru veya yaş oluşuna, partikül büyüklüğüne ve kimyasal reaktiviteye bağlı 

olarak değişir. 

 

Metallerin filtre edilmesi: Oluşan yan ürünlerin düşük asitlik özelliği filtrelemeyi 

güçleştirse de, filtreleme üzerine kesinlik sadece testlerin uygulanması ile gözlenebilir. Eğer 

gerekli ise bir yol sistemi ile yüzey suyunun kirlenmesi önlenebilir. Filtreleme işlemi örtü 

kayacın geçirimsiz olduğu durumlarda bu sistem olmadan da mümkündür. 

 

İyileştirme: Su kirliliğinin en aza düşürülmesi, habitat ve ekosistem sağlığının tekrar 

kazandırılması ve manzara estetiğinin düzenlenmesi için madencilik projesinin planlama 

döneminde kapsamlı bir iyileştirme programının tasarlanması ve işletme boyunca düzenli 

olarak uygulanması gerekir. İyileştirme çalışmaları ile madencilik faaliyetinin aynı anda 

yürütülmesi sonucu erken zamanda edinilen atıklar azaltılır, temizleme maliyeti önlenir ve 

potansiyel sorumluluk azaltılır. Toprak iyileştirmesi zemin şeklinin tekrar biçimlendirilmesini 

gerektirir. Çünkü “tailings” hacmi, işletilen kayaçtan daha fazla olacaktır.  İyileştirme ile 

ilişkili esas çevresel sorun, erozyon veya toprak kayması ile büyük toprak hareketidir. Bu da 

uygun bitki örtüsünün bulunması, koruyucu kuru yaprak örtüsü ile toprağın kaplanması, 

toprak neminin korunması veya büyük rüzgarlara karşı rüzgar perdelerinin yapılması ile 

kontrol edilebilir. 

 

7.3 Karbondioksitin endüstriyel kullanımı ve bunun emisyon indirgeme potansiyeli 

 

7.3.1 Giriş 

 

 

Bu bölümde karbondioksitin jeolojik formasyonlarda, okyanuslarda veya karbonat 

olarak mineral formunda depolanmasına alternatif olarak, direkt olarak ya da değerli karbon 

içerikli ürünleri üreten kimyasal işlemlerde bir beslenim stoğu olarak kullanılmasıyla net 

karbondioksit emisyonlarının azaltılması olasılığı değerlendirilmiştir. Karbondioksit 

kullanımı, depolanan karbondioksitin envanterini ortaya koyar ki bu da başlıca karbon içerikli 

yakıtlar, kimyasallar ve diğer ürünler sınıfında kimyasal karbon havuzu olarak 

adlandırılır(Xiaoding ve Moulijn, 1996). Bu ürünlerin üretimi ve kullanımı farklı “yaşam 

döngüleri”ni içerir(örn, ham materyallerden bir ürünün elde edilmesi, bu ürünün tasarlanan 

amaçla kullanımı ve son olarak elden çıkarımı veya tekrar kullanımı için gereken işlem 

zinciri). Ürünün yaşam döngüsüne bağlı olarak farklı zaman periyotlarında ve farklı 

miktarlarda karbondioksit depolanır. Tekrar kullanılan karbon ne kadar kullanımda kalırsa, 

karbon havuzunda başarı ile o kadar uzun sürede depolanmış olur. 

---

 

Bölüm 3’te anlatılan seçeneklerden biri kullanılarak tutulan karbondioksit, endüstriyel 

işlemlerde bir karbon kaynağı olarak kullanılmışsa sadece aşağıdaki kriterlerin karşılanması 

ile atmosfere salınan net karbondioksit emisyonları azaltılabilir: 

1. Tutulan karbondioksitin kullanımı, daha sonradan atmosfere salınacak olan karbondioksit 

kaynağını teşkil etmemelidir. Bir kireç ocağından veya fermentasyon işleminden edinilen 

karbondioksitin teşkili, karbondioksit emisyonlarında net indirgeme sağlamayacaktır. Diğer 

taraftan doğal jeolojik tortulardan edinilen karbondioksit, emisyonlarda bir indirgeme 

sağlayacaktır. Bu da Amerika’da gelişmiş petrol kurtarımı için kullanılan ve doğal jeolojik 

tortulardan sağlanan karbondioksitte uygulanabilir(Audus et Oonk, 1997). 

2. Tutulan karbondioksitin ile üretilen bileşimler, yakım veya diğer işlemler ile serbest 

bırakılmadan önce uzun bir ömre sahip olmalıdır. 

3. Bir endüstriyel işlemde tutulan karbondioksitin kullanımı göz önüne alındığında tüm sistem 

sınırları, önlenen tüm karbondioksit miktarının doğru saptanması amacıyla, bir birim ürünün 

elde edilmesi için kullanılan işlemler zincirindeki tüm materyaller, fosil yakıtlar, enerji 

akımları, emisyonlar ve ürünleri kapsayacak şekilde belirtilmelidir. 

 

Uygun sistem sınırları, Şekil 7.4’te şematik olarak gösterilmiştir. Girdi parametreleri, 

sistem içerisinde kullanılan diğer tüm materyaller ile birlikte tüm fosil yakıtlarını kapsar. Fosil 

yakıt girdileri, karbondioksit tutum sistemi dahilinde elektrik(güç) veya endüstriyel santrallere 

enerji sağlar. Başlıca yakıt tüketen işlemlerden, tutulan karbondioksiti kullanan endüstriyel 

işleme karbondioksit akımı, enerji ve materyaller geçer. Böylece yan ürünler (elektrik 

santralinden edinilen enerji gibi) ile birlikte arzu edilen ürün (tutulan karbondioksitten 

edinilen karbon içerikli ürün) ve karbondioksitin yanında gaz, sıvı ya da katı atıkları içeren 

çevresel emisyonlar üretilir. 

 

Bu yolla tüm sistem tanımlanıp analiz edildiğinde, tutulan karbondioksitin kullanımını 

içermeyen alternatif bir sistem ile karşılaştırılması yapılabilir. Böylece temel kütle ve enerji 

dengesini kullanarak önlenen tüm karbondioksit, tasarlanan bir ürünün yapımı ile ilişkili net 

emisyonlardaki farkı ile değerlendirilebilir. Genel olarak karşılaştırılan işlemlerin detaylarına 

bağlı olarak, aradaki fark pozitif veya negatif olabilir. Yani karbondioksit kullanımı, net 

karbondioksit emisyonlarında bir artış veya azalma ile sonuçlanabilir. 

 

---

 

Şekil 7.4 Karbondioksit tutumlu elektrik santrali veya endüstriyel bir santral için sistem 

sınırları içerisinde materyal ve enerji dengeleri. Sistem içerisinde kullanılan diğer tüm 

materyaller ile birlikte fosil yakıtları da girdi parametreleridir. Fosil yakıt girdi parametresi, 

karbondioksit tutum sistemi bulunduran elektrik veya endüstriyel santrale enerji sağlar. 

 

7.3.2 Karbondioksitin günümüzdeki endüstriyel kullanımları 

 

 Karbondioksit 

günümüzde 

birçok alanda kullanılan değerli endüstriyel bir gazdır. 

Kullanım alanları üre üretimi, soğutma sistemleri, yangın söndürücüleri, su arıtma işlemleri, 

bahçıvanlık, kağıt endüstrisi için kalsiyum karbonat çökelleri ve diğer küçük çaplı 

uygulamalarda kimyasal maddelerin üretimini kapsamaktadır. Büyük miktarlarda 

karbondioksit, özellikle Amerika’da olmak üzere gelişmiş petrol kurtarımı için de 

kullanılmaktadır. Bundan dolayı karbondioksit kullanımına ilişkin geniş bir teknik literatür 

mevcuttur ve aktif araştırma grupları da yeni veya geliştirilmiş karbondioksit kullanım 

işlemlerini araştırmaktadır. 

 Karbondioksitin 

çoğunluğu, ticari olarak sentetik gübre ve hidrojen santrallerinden 

geri kazanılmaktadır. Karbondioksitin diğer endüstriyel kaynakları, etil alkol üretiminde şeker 

fermentasyonunu da içermektedir: 

 

 

C

6

H

12

O

6

 → 2C

2

H

5

OH + 2CO

2

 

 

 

 

 

(3) 

 

 Endüstriyel 

karbondioksit 

ayrıca kireç ocaklarından da elde edilmektedir. Bu işlem 

için kireçtaşı gibi ham materyalin ısıtılması (kalsine edilmesi) gereklidir: 

 

 CaCO

3

 → CaO + CO

2

 

 

 

 

 

 

(4) 

---

 Amerika, 

İtalya, Norveç ve Japonya gibi dünyanın bazı bölgelerinde karbondioksit, 

doğal karbondioksit kuyularından sağlanmaktadır. Ayrıca bir kirletici olarak karbondioksit 

barındıran ham doğal gazın üretimi ve işlenmesi sırasında karbondioksit elde edilir. 

 Geri 

kazanılan tüm karbondioksitin önemli bir bölümü, başlıca üre ve metanol gibi 

ticari öneme sahip kimyasal maddelerin üretiminde kullanılır. Diğer ticari kullanımlar için 

elde edilen karbondioksit tipik olarak 20 bar basınç ve -18

o

C ‘de arıtılır, sıvılaştırılır, taşınır 

ve çoğunlukla sıvı fazda depo edilir(Pierantozzi, 2003). 

 

Tablo 7.2’de günümüzde karbondioksit kullanılan (gelişmiş petrol kurtarımı hariç) 

başlıca kimyasal veya endüstriyel uygulamalar için karbondioksit oranları ve üretimi 

gösterilmektedir. Depolanan karbonun yaklaşık ömrü de tabloda verilmiştir.  

 

Tablo 7.2 Karbondioksitin endüstriyel uygulamaları(sadece Mton ölçeğindeki ürünler ve 

uygulamalar): yıllık piyasası, kullanılan karbondioksit miktarı, kaynağı ve ürünün 

ömrü(Aresta ve Tommasi, 1997; Hallman ve Steinberg, 1999; Pelc ve diğ., 2005). Tablodaki 

rakamlar, önemli belirsizlikler içermektedir. 

 

 

7.3.3 Karbondioksit azalımı için yeni işlemler 

7.3.3.1 Organik kimyasallar ve polimerler 

 

 

Karbon monoksit, metan ve metanol için karbondioksitin kullanıldığı kimyasal ve 

polimer üretiminde bir seri yeni işlem yolları düşünülmüştür. Karbondioksitin kullanımı, etkin 

katalitik sistemlerin gelişimini ve genellikle karbondioksit üretimi için ek enerji kullanımını 

gerektirir. Düşünülen kimyasallar polikarbonat ve poliüretan içerir. Bunun nedeni, aşırı 

zehirliliğinden dolayı fosgen kullanımını önlemektir. Amaçlanan işlem, günümüzdeki fosgen 

bazlı  işlemlerden daha düşük bir enerji tüketimi gerektirir. Dünyanın bugünkü polikarbonat 

tüketimi yaklaşık 2.7 Mt/yıl’dır. Eğer tüm polikarbonat üretimi karbondioksit bazlı işlemlere 

dönüştürülürse, karbondioksitin direkt kullanımı yaklaşık 0.6 MtCO

2

 olacaktır.  

---

 Benzer 

şekilde eğer dünyanın tüm poliüretan üretimi dönüştürülürse, o halde 

karbondioksit tüketimi yaklaşık 2.7 MtCO

2

/yıl olur. Bununla birlikte karbondioksit bazlı 

üretimin ticari uygulamalarında az bir ilerleme kaydedilmiştir. Mümkün olan bu uygulamalar, 

atmosfere salınan antropojenik karbondioksitin çok küçük bir fraksiyonunu etkiler.  

 

7.3.3.2 Karbondioksit kullanılan yakıt tüketimi 

 

 

Gazolin ve metanol gibi karbon bazlı likit yakıtlar, kullanım kolaylığı ve yüksek enerji 

yoğunlukları nedeniyle caziptirler. Karbondioksit, karbon bazlı yakıtların üretiminde ek enerji 

yardımı ile ham materyale dönüştürülebilir. Eğer başlıca enerji kaynağından bir birim enerji 

belirli bir miktarda karbondioksit üretiyor ise, o halde karbondioksitten üretilen yakıt 

karbondioksiti tekrar kullanacaktır ancak eşdeğer bir karbondioksit miktarını gereken enerjiyi 

sağlamak için salınım yapacaktır. Tüm bu dönüşüm işlemleri enerji kaybı gerektirdiğinden 

yakıt sentezi sırasında üretilen toplam karbondioksit, dönüştürülen tüm karbondioksit 

miktarını aşabilir. 

 

Karbondioksitten karbon bazlı  sıvı yakıtların üretimi, sadece enerji altyapısı fosil 

enerjiye bağlı olmadığı durumlarda karbondioksit emisyonlarını önler. Örneğin, gazolin veya 

metanol üretiminde karbondioksit ve hidrojen beslenim stoğu olarak kullanılabilir. Hidrogüç, 

nükleer enerji, güneş enerjisi ya da rüzgar enerjisi ile sudan hidrojen üretilir. Fosil yakıt 

artıklarından elektrik üretimi ile karbondioksit elde edilebilir(Eliasson, 1994). Alternatif 

olarak, biyolojik ya da kimyasal metotlar ile elde edilen karbondioksiti kapalı bir döngüde 

tutmak mümkündür. Bu gibi döngüler, hidrojen ekonomisinde olduğu gibi ucuz, temiz ve bol 

bulunan fosilsiz enerji mevcudiyeti ile gerçekleştirilebilir. 

 

Metanol üretimi, karbondioksit ve hidrojenden sıvı yakıtların sentezine bir örnektir. 

Bugün CO, CO

2

 ve hidrojen fosil yakıtların ototermal düzeltim, düzeltim veya kısmi 

oksidasyonu ile üretilmektedir. Ekzotermik metanol üretim reaksiyonları, yaklaşık 260

o

C’de 

bakır/çinko/aluminyum katalizör gerçekleştirilir(Inui, 1996; Arakawa, 1998; Ushikoshi ve 

diğ., 1998; Halmann ve Steinberg, 1999): 

 

 

CO + 2H

2

 → CH

3

OH  

 

 

 

 

 

(5) 

 

 CO

2

 + 3H

2

 → CH

3

OH + H

2

O 

 

 

 

 

(6) 

 

---

 

Alternatif olarak, örneğin, güneş enerjisi ile güçlendirilen su hidrolizinden tutulan 

karbondioksit ve hidrojeni kullanarak reaksiyon (6)’dan faydalanılabilir. 

 

7.3.3.3 Biyokütlede karbondioksit tutumu 

 

 

Biyokütle üretimi, karbondioksitten yakıt üretimi kategorisi içerisinde de 

bulunmaktadır. Fotosentez yardımı ile güneş enerjisi, su ve karbondioksiti nişasta gibi enerjik 

organik bileşimlere dönüştürebilir. Bunlar da içerisinde metan, metanol, hidrojen veya 

biyodiesel gibi endüstriyel yakıtlara dönüştürülebilir(Larson, 1993). Biyokütle doğal ya da 

tarımsal uygulamalarda veya karbondioksiti kullanışlı kimyasallara dönüştürmeye planlanmış 

mikro-algae için beslenim olarak kullanılacak olan atık gazlardan karbondioksit 

konsantrasyonlarının arttırıldığı endüstriyel uygulamalarda üretilebilir(Benemann, 1997). 

Biyolojik işlemler kendi karbondioksitini topladığından, karbondioksit tutumunu yerine 

getirirler(Dyson, 1976). Biyokütle üretimi, fosil yakıt gereksinimini ortadan kaldırır. Çünkü 

biyokütle bazlı karbonlu yakıtlarda yeni bir üretim teşkil ederler. Bugün tarımsal biyokütle 

üretiminde güneş enerjisi dönüşüm verimliliği %1 (300 GJ ha

-1

 yıl

-1

 veya 1 W m

-2

 (Larson, 

1993)) ‘in altındadır. Bir güç santralinin karbondioksit atığını tutan mikro algae için gerekli 

olan güneş enerjisi, güç santralinin elektrik üretiminden yüz kat daha fazladır. 

 

7.3.4 Karbondioksit kullanımının önleme potansiyeli olarak değerlendirilmesi 

 

 

Bu son bölümde bazı konulara açıklık getirilecektir: (i) kimyasal karbon havuzu, ne 

kadar karbondioksit depolar; (ii) karbondioksit, kimyasal karbon havuzunda ne kadar süre 

depolanır; (iii) kimyasal karbon havuzunun emisyon önlemeye katkısı ne derecede olur. 

 

İlk konuyu ele alırsak kimyasal karbon havuzu ile depolanması sağlanacak olan 

karbondioksit miktarı, Tablo 7.2’de bahsedilen miktara eşdeğerdir. Karbondioksitin toplam 

endüstriyel kullanımı yaklaşık 115 MtCO

2

/yıl’dır. Üre üretimi, toplamda %60’lık bir pay ile 

en büyük karbondioksit tüketicisi durumundadır. Perspektif açıdan bakacak olursak 

antropojenik karbondioksit emisyonlarının toplamda sadece %0.5’ini oluşturur(yaklaşık 24 

GtCO

2

). Bununla birlikte bu rakamların karbondioksitin kimyasal karbon havuzuna sadece 

yıllık giren ve çıkan miktarlarını temsil etmektedir. Bundan dolayı piyasa ve ürün dağıtım 

hususları ile kontrol edilen havuzun gerçek ölçülerini ortaya koymaktadır ve miktarlar, yıllık 

toplam karbondioksit tüketiminin çok daha altında olabilir. Ayrıca karbon depolamasına 

katkısı, örneğin bir yıllık bir süre için havuz boyutlarını karşılamaz. Ancak piyasanın 

---

değişimine ve sistemlerin dağılımına bağlı olarak bunun bir yıllık boyut değişimi veya genel 

olarak değişim oranı pozitif (karbon depolamasının artması ve karbondioksit emisyonlarının 

azalması) veya negatif (karbon depolamasının azalması ve karbondioksit emisyonlarının 

artması) olabilir(nicel bir örnek için Bkn Bölüm 7.2.5). Tedarik zincirinde bu materyallerin 

envanteri olarak depolanan karbonun miktarı ve bu miktarın değişim oranı hakkında veri 

mevcut değildir ancak Tablo 7.2’deki rakamlar ve yukarıda belirtildiği  şekilde 

depolanabilecek karbon miktarını gösteren analizler, toplam antropojenik karbon emisyonları 

ile kıyaslandığında çok küçük bir değerde kalır. Bundan dolayı endüstriyel işlemlerde tutulan 

karbondioksitin kullanımı, net karbondioksit emisyonlarının düşürülmesinde çok az bir etkiye 

sahip olabilir. 

 Açıklanmak istenen ikinci konu, karbondioksitin kimyasal karbon havuzunda 

depolanma süresidir. Atmosfere salınacak karbondioksite dönüştürülmeden önce kullanımda 

kalan kimyasallardaki karbondioksitin tipik ömürleri, Tablo 7.2’de verilmiştir. Daha geniş 

zaman aralıkları, farklı kimyasallardan oluşan bileşim türleri ile ilişkilidir. tutulan 

karbondioksitten üretilen materyallerin ömürleri, metanol gibi bir yakıt için birkaç saat, üre 

gübresi için birkaç ay ve özellikle yapı endüstrisinde kullanılan plastikler gibi materyaller için 

on yıllar zarfında değişebilir.  

 

Son konu, kimyasal karbon havuzunun elemanlarını üretecek olan tutulan 

karbondioksitin kullanımı ile sağlanan emisyon önleme derecesidir. Bir kimyasal işlemde 

fosil yakıttan elde edilen karbonun yerine bazen tutulan karbondioksitin kullanılması 

mümkündür. Ancak bu da toplam karbon stoğunu etkilemez. Bundan dolayı karbondioksit, 

fosil yakıt beslenim stoğunun yerini alamaz. Hidrokarbon iki fonksiyona sahiptir – enerji 

sağlar ve yapı bloğu olarak karbon sağlar. Karbondioksit, hidrokarbonlardan daha düşük 

enerji seviyesinde olduğundan enerji sağlayamaz. Genellikle kimyasal işlemde hidrokarbon 

enerjisi gereklidir. Hidrokarbon enerjisinin arıtma, ön muamele gibi diğer işlemlerde veya 

aynı tesis içerisinde bir başka işlemde kullanılması mümkündür. Karbondioksit, karbon 

kaynağı olarak kullanıldığında enerji yetersiz kalıyor ise, bir şekilde tesisin enerji dengesi 

sağlanmalıdır. Eğer dengelenen enerji fosil yakıtlarından sağlanıyor ise, net karbondioksit 

emisyonları değişmeden kalacaktır.  

 

Açıklama 7.1 Kimyasal karbon havuzu 

 

 

Kimyasal karbon havuzu, organik kimyasalları içeren antropojenik karbon birliğidir. 

Burada, bu havuzun karbon önleme üzerindeki nicel etkisinin ölçümü için kriterler 

---

açıklanmıştır. Eğer bu etki önemli ise, karbondioksitten edinilen karbonun kullanımı tutulan 

karbondioksit için cazip bir depolama seçeneği olabilir. 

 

Günümüzde 12 Mt/yıl dünya genelinde üretime sahip, 1 Mt envanterli –aylık üretimi- 

ve karbondioksiti atmosfere bırakacağı ömrü bir yıldan az olan bir A kimyasalını ele alalım. 

Eğer bir sonraki yılda A’nın üretim ve envanteri değişmez ise, kimyasal havuzun bu maddesi 

karbondioksit depolamasına pek bir katkıda bulunmayacaktır. Eğer envanteri halen 1 Mt iken 

üretim on katına yani 120 Mt/yıl’a çıkarsa, yine A maddesinin karbondioksit depolamasına 

pek katkısı olmaz. 

 

Eğer bir sonraki yılın üretimi ve envanteri beraber artar ise, örneğin piyasa talebini 

karşılayacak şekilde 3 Mt’a çıkar ise, A maddesinin karbondioksit depolamasına katkısı bu yıl 

sonunda 2 Mt A maddesini üretmek için stokiyometrik olarak gerekli olan karbondioksit 

miktarına eşdeğer olacaktır. Bununla birlikte A maddesinin dünya genelinde envanteri 0.7 

Mt’a düşer ise, o halde A’nın karbondioksit depolamasına negatif bir etkisi olacaktır ki 

bundan dolayı atmosfere 0.3 Mt A üretmek için stokiyometrik olarak gerekli olan 

karbondioksit miktarı kadar ek bir salınım yapılacaktır. 

 

Bu sonuçlardan dolayı, kimyasal karbon havuzunun karbondioksit önleme etkisi 

üretilen karbonlu kimyasal ürünlerin miktarına bağlı değildir; eğer sadece havuz belirli bir 

süre içerisinde büyüme kaydederse o sürede karbondioksit emisyon önlemi alınmış olur. 

Artan üretim ile birlikte yukarıda bahsedildiği gibi etkileri pozitif veya negatif olabilir.  

 

Açıklama 7.2 Beslenim stoğu olarak karbon yerine karbondioksitin kullanılması ile oluşan 

enerji kazancı veya kaybı 

 

 

Karbon atomu kaynağının kömür, metan veya diğerleri gibi fosil karbon olduğu 

standart işlemlere bir alternatif olarak, kimyasal sentezler için karbondioksit, karbon atomu 

temin eden materyal olarak kullanılabilir. Bunun için karbondioksit molekülündeki karbon 

atomunun enerji sağlanarak, örneğin metanol sentezi gibi, ya da bunun oksidasyon durumunu 

değiştirmeden ve enerji gerektirmeden, örneğin polikarbonatların sentezi ile indirgendiği 

işlemler gereklidir. 

 Basitlik 

açısından karbondan bir organik ürün A’nın (n sayıda karbon atomu içeren) 

oluştuğu reaksiyonu ele alalım. Bu reaksiyon, bir kimyasal tesiste gerçekleşsin(standart 

işlem): 

 

 nC 

→ A 

 

 

 

 

 

 

(i) 

---

 

 

Alternatif bir yol olarak güç santralinden karbondioksitin tutulduğu ve yakılan 

karbonun A maddesinin sentezinin gerçekleştirilmesi için kimyasal tesiste kullanıldığı 

durumu ele alalım. 

 

 nC 

→ nCO

2

 → A 

 

 

 

 

 

(ii) 

 

 Karbondan 

A 

maddesine 

dönüşümü boyunca toplam enerji değişimi  ∆H, her iki 

durumda da aynı kalır. Aradaki fark, ikinci durum için toplam enerji değişimi iki parçaya 

ayrılır;  

 

 

∆H= ∆H

yakım

 +  ∆H

sentez

.  

 

 

∆H

yakım

, güç santralindeki yakım ve ∆H

sentez

, kimyasal tesiste karbondioksitten A 

maddesinin sentezi için oluşan enerji değişimidir. Eğer reaksiyon ekzotermik (1) yani ∆H 

negatif ise, o halde ∆H

sentez

 negatif ya da pozitif olabilir. Eğer reaksiyon endotermik (7) yani 

∆H pozitif ise, o halde ∆H

sentez

 daha pozitif olacaktır. Her iki durumda, yani hem endotermik 

hem ekzotermik reaksiyonda kimyasal tesisin, (1) durumuna göre (2)’de 400 kJ/molC enerji 

eksiği olur. Bu enerji güç santralinde kullanıldığından kimyasal tesiste mevcut olmayacaktır. 

Enerji kullanımının sadece özel işlemlerde değil, tüm santral boyunca optimize edilmesi 

örneğinde olduğu gibi ısı entegresi adlandırılan uygulamalar ile büyük ölçekli kimyasal 

tesislerin enerjiyi en iyi şekilde kullandığını belirtmek gerekir. 

 

Bu nedenle enerji açısından (7) veya (8) yolu izlenmesi pek yararlı olmayabilir. Tüm 

kimyasal işlemin verimliliği açısından bir gelişme potansiyeli olabilir. Ancak (7) işlemi 

karbon oksidasyonu ile ilişkili ısı üretimini A ürünün dönüşümü ile birleştirdiğinden olası bir 

dezavantaja sahip olabilir. Bu etkiler her durum için ayrı ayrı değerlendirilmelidir. Bununla 

birlikte karbondioksit emisyonlarındaki azalım derecesi, (7) veya (8) işlemleri için teknoloji 

değişimleri ile etkilenebilecek kimyasalların üretim derecesinden düşük olduğundan oldukça 

az olabilir(Audus ve Oonk, 1997).