Gübre üretiminde ihtilal: Dünya’nın doğal ısısını kullanıyorlar

Sanayi sektöründe en fazla karbon salımı yapan kimyasal üretim süreci amonyak üretimidir. Global enerji tüketiminin yüzde 2’sini tek başına gerçekleştiren bu süreç, çelik üretiminden iki kat, çimento üretiminden ise dört kat daha fazla karbon salınımına neden olmaktadır.

Bu yüksek emisyon oranı, artan dünya nüfusu ve gübre muhtaçlığıyla birlikte daha da büyük bir sorun haline gelmektedir. Lakin MIT ekibi tarafından geliştirilen yeraltı amonyak üretim sistemi, bu süreci çok daha çevreci ve sürdürülebilir hale getirebilir.

GELENEKSEL AMONYAK ÜRETİMİ NEDEN PROBLEMLİ?

Mevcut amonyak üretim süreçleri hidrojene dayanmaktadır ve bu hidrojenin büyük bir kısmı kömür ya da doğal gaz kullanılarak elde edilmektedir. Hidrojen üretimi, sanayi kaynaklı amonyak üretiminden kaynaklanan karbon emisyonlarının yüzde 80’ine kadarını oluşturmaktadır.

Bazı araştırmalar, elektrokimyasal tepkilerle hidrojen üretmeyi önerse de, bu süreç devasa ölçüde enerji gerektirir. Mevcut yenilenebilir enerji kaynaklarının tamamı bile global amonyak muhtaçlığını karşılamaya yetmeyecek düzeydedir.

YERALTINDA AMONYAK ÜRETİMİ NASIL ÇALIŞIYOR?

Bu yeni prosedür, 1980’lerde Batı Afrika’daki Mali’de keşfedilen bir doğal jeokimyasal sürece dayanıyor. O devirde bilim insanları, yeraltındaki kayalar ve su arasında gerçekleşen tepkiler sonucunda hidrojen gazının doğal olarak ortaya çıktığını fark etti.

MIT’den Iwnetim Abate ve ekibi, bu doğal süreci denetimli bir şekilde amonyak üretmek için kullanmayı amaçlıyor. Süreç şu şekilde işliyor:

• Demir bakımından varlıklı minerallerle kaplı yeraltı kayaçları, azot içeren suyla temas ettiriliyor.
• Yeraltındaki yüksek sıcaklık ve basınç, kayaçlardaki demir ve su arasında kimyasal tepki başlatıyor.
• Bu süreç, hidrojen gazı üretiyor ve bu hidrojen, suyla karışan azotla yansımaya girerek amonyak oluşmasını sağlıyor.

Laboratuvar testlerinde, bilim insanları 1 ton olivin (demir içeren bir kayaç) başına 1.8 kg amonyak üretmeyi başardı.

KÜRESEL ÖLÇEKTE UYGULANABİLİR Mİ?

MIT takımına göre, bu yolun en büyük avantajlarından biri olivin kayaçlarının Dünya’nın birçok bölgesinde yaygın olarak bulunması.

Sürecin endüstriyel ölçekte uygulanabilmesi için kayalara ulaşmak maksadıyla sondaj yapılması ve su enjekte edilmesi gerekecek. Şayet muvaffakiyet sağlanırsa, tek bir olivin kuyusu yılda 40 bin ton amonyak üretebilir.

Araştırmacılar, bu yolun karbon emisyonlarını klasik amonyak üretimine kıyasla 30 kat azaltabileceğini öngörüyor. Lakin sürecin gerçek dünyada nasıl işleyeceğini tam olarak anlamak için daha fazla çalışmaya ihtiyaç duyuluyor.

Bilim insanları, 2026 yılına kadar birkaç kilometre derinlikte bir pilot test yapmayı planlıyor. Şayet 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 tahlil olabilir.

Çalışmanın baş yazarı Yifan Gao, “Azot içeren atık suların arıtılması büyük maliyet gerektiriyor. Fakat bu teknikte, bu atıkları kullanarak amonyak üretebiliriz. Böylelikle hem maliyet düşer hem de çevre dostu bir üretim sağlanır” diyor.

MALİYET AVANTAJI VAR MI?

Geleneksel amonyak üretimi, ekseriyetle kilogram başına 0.4 ila 0.8 dolar arasında değişen maliyetlerle yapılmaktadır. Yeni yeraltı üretim sistemi, varsayımı olarak kilogram başına 0.55 dolara mal olacak.

Daha da değerlisi, bu süreç atık su arıtımıyla birleştirildiğinde, kilogram başına 3.82 dolarlık ek bir yarar sağlayabilir. Bu da prosedürün yalnızca çevresel değil, ekonomik olarak da cazip hale gelmesini sağlayabilir.

Ancak, sürecin geniş ölçekte uygulanabilmesi için yeraltı kayalarının çatlama dinamikleri, gaz ve sıvı etkileşimleri benzeri mühendislik meselelerinin çözülmesi gerekecek.

MIT ekibi, bu prosedürün kimya, madencilik ve petrol-gaz sanayilerinin kesişim noktasında yeni mühendislik tahlilleri gerektirdiğini belirtiyor. Şayet başarılı olunursa, yeraltında amonyak üretimi, tarım ve kimya bölümlerinin karbon ayak izini çok önemli ölçüde azaltabilir.