Gübre üretiminde ihtilal: Dünya’nın doğal ısısını kullanıyorlar

Sanayi bölümünde en fazla karbon salımı yapan kimyasal üretim süreci amonyak üretimidir. Global güç 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 takımı tarafından geliştirilen yeraltı amonyak üretim usulü, 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 yahut 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 güç gerektirir. Mevcut yenilenebilir güç kaynaklarının tamamı bile global amonyak muhtaçlığını karşılamaya yetmeyecek düzeydedir.

YERALTINDA AMONYAK ÜRETİMİ NASIL ÇALIŞIYOR?

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

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

• Demir bakımından varlıklı minerallerle kaplı yeraltı kayaçları, azot içeren suyla temas ettiriliyor.
• Yeraltındaki yüksek sıcaklık ve basınç, kayaçlardaki demir ve su ortasında 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 nazaran, bu metodun en büyük avantajlarından biri olivin kayaçlarının Dünya’nın birçok bölgesinde yaygın olarak bulunması.

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

Araştırmacılar, bu tekniğin karbon emisyonlarını klasik amonyak üretimine kıyasla 30 kat azaltabileceğini öngörüyor. Lakin sürecin gerçek dünyada nasıl işleyeceğini tam olarak anlamak için daha fazla çalışmaya muhtaçlık 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 etraf dostu amonyak üretimini birebir süreçte birleştiren yenilikçi bir tahlil olabilir.

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

MALİYET AVANTAJI VAR MI?

Geleneksel amonyak üretimi, çoklukla kilogram başına 0.4 ila 0.8 dolar ortasında değişen maliyetlerle yapılmaktadır. Yeni yeraltı üretim prosedürü, varsayımı olarak kilogram başına 0.55 dolara mal olacak.

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

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

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