Çimento üretimi enerji yoğun sanayi dalıdır. Global ölçekte 2013 yılından 2021 yılı sonuna kadar dünyada çimento üretimi 4,08- 4,4 milyar ton arasında değişmiştir.
Çimentonun hammaddesi klinker üretimi esnasında ciddi miktarda kömür ve petrokok gibi fosil yakıt kullanılmaktadır. Kömür ve petrokok ağırlıklı ithal edilen yakıtlardır.
Klinker üretiminde kullanılan marndaki CaCO3'dan ve fosil yakıttan dolayı sera gazı karbon dioksit (CO2) oluşur.
Çimento üretiminde yaklaşık yüzde 52 oranında hammaddeden (marn) ve yaklaşık yüzde 35 oranında fosil yakıttan dolayı sera gazı CO2 salımından sorumludur.
Global ölçekte 1 ton çimento üretimi başına 830 kilogram CO2 (650 kilogramCO2/ton-920 kilogramCO2/ton) salımlanmaktadır.
Çimento sanayinde fosil yakıtların yüzde 90 klinker fırınında tüketilmektedir. Çimento üretiminde toplam giderlerin yüzde 55-60'ını enerji oluşturmaktadır.
Çimento sektöründe toplam maliyetlerin yüzde 38'ini yakıt, yüzde 21'ini elektrik enerjisi oluşturmaktadır.
Türk çimento sanayiinde kullanılan yakıtın yaklaşık yüzde 70'i petrokok ve yüzde 28'u ise kömür oluşturmaktadır.
Çimento sektöründe fosil yakıt kullanıldığında yanma sonucu oluşan CO2'in atmosfere salımlanması ve biyokütle kullanıldığı zaman ise CO2 döngüsü Şekil 1'de verilmiştir.
Dünyada sudan sonra en fazla tüketilen madde betondur ve yılda milyarlarca ton beton inşaat sektöründe kullanılmaktadır.
Çimento, betonda birincil bileşen olarak görev yapan güçlü bir bağlayıcı maddedir.
Çimento sektörü bir ülke olsaydı, Çin ve ABD ülkelerinden sora dünyanın en büyük üçüncü sera gazı emisyonu salan ülkesi olurdu.
Enerji yoğun çimento sektöründe sera gazı salımını azaltmak için fosil yakıtlar ve hammaddeler yerine alternatif yenilebilir enerji kaynaklarının ve hammaddelerin kullanılması ise sera gazı salımı azaltılabilir.
Biyokütle, dünya genelinde çimento üreticileri tarafından kullanılan başlıca alternatif yakıtlardan biridir.
Alternatif yenilebilir yakıt kullanımında kalorifk değeri, nem ve uçucu madde oranı önemlidir.
Biyokütlenin fosil yakıtlar yerine alternatif yakıt olarak kullanılması "karbon nötr" olarak kabul edilir, çünkü yanma sırasında açığa çıkan karbon dioksit, biyokütlenin büyümesi aşamasında türler tarafından atmosferden emilir.
Biyokütlenin büyümesi ve yakıt olarak kullanılması çok kısa bir zaman ölçeğinde gerçekleştiğinden, tüm döngünün atmosferik karbon emisyonları üzerinde sıfır net etkiye sahip olduğu söylenir.
Biyoyakıtlar, organik atıklar, tarım ve enerji bitkilerinden elde edilen kalıntılar, et ve kemik unu, hayvan dışkısından veya bakteriyel etkinin bir sonucu olarak metan, bitki materyallerinden etanol ve biyodizel dahil olmak üzere organik kökenlidir.
Çimento fabrikaları tarafından kullanılan biyokütle türü oldukça değişkendir ve yerel olarak yetiştirilen ürünlere dayanmaktadır.
Örneğin pirinç kabuğu, mısır koçanı, fındık kabukları, fıstık kabukları, fıstık kabuğu, ceviz kabuğu, küspe, fasulye kabuğu, hindistancevizi kabukları, pamuk sapı, portakal budama atığı, mısır sapı, saman ve hurma kabukları şu anda çimento fırınlarında yakılan birçok biyokütle çeşidi arasındadır.
Araştırmalar, klinker fırınındaki termal enerjinin yüzde 20'sinin tarımsal biyokütle ile ikamesinin büyük sermaye yatırımı yapılmadan elde edilebileceğini göstermektedir.
Klinker fırınlarında önemli sorunlardan biride çevre ve insan sağlığı için çok tehlikeli olan NOx kirleticileridir.
Bu kirletici normal klinker fırınında sınır değerlerinin üzerinde salımlanır.
Biyokütle kalıntılarının çimento sanayinde kullanımı, klinker fırınının nitrojen oksit (NOx) emisyonlarını azaltma avantajına sahiptir.
Ampirik kanıtlar, NOx'teki azalmaların, biyokütledeki nitrojenin (N) çoğunun, azot (N2) oluşturmak üzere NOx ile bir indirgeyici ajan olarak hareket eden amonyak (NH3) olarak salınmasından kaynaklandığını göstermektedir.
Tarımsal biyokütlenin en düşük ısıl değeri (LHV) değeri 9,2 – 19,4 GJ/kuru ton arasında değişir.
Çimento fabrikalarının bulunduğu bölgelerdeki biyokütle atıkları gelişi güzel yakılmasına izin verilmiyor, hava kirletilmiyor ve alternatif yenilenebilir yakıt olarak kullanılması sağlanıyor.
Biyokütle atıkları mevsimsel olduğu için çözümler buna göre üretiliyor.
Alev kararsızlığı sorunu, daha düşük ikame oranları, hava akışını ve alev şeklini ayarlama ile aşılabilir.
Diğer bir zorluk, depolanan biyokütlenin zamanla değişmeye meyilli olmasıdır. Bu nedenle malzeme bozulmaya başlamadan önce kullanılmasına özen gösterilmelidir.
Buğday samanı ve pirinç kabuğu gibi biyokütlede bulunan halojenlerin (örneğin klorür) varlığı, fırında cüruf ve korozyon için bir endişe kaynağı olabilir; ancak çalışmalar, biyokütlenin kükürt içeren yakıtlarla (kömür/petrokok gibi) birlikte yakılmasının fırınlarda alkali ve klor bileşiklerinin oluşumunu önlediğini göstermiştir.
Avrupa'da çimento endüstrisi, geleneksel yakıt kaynaklarının büyük bir kısmını biyokütle veya atıkla değiştirmiştir. 2019 yılı verilerine göre AB ülkelerinde fosil yakıtların yerine yüzde 50 oranında alternatif yakıt tüketilmektedir. Bazı çimento tesislerinde yüzde 90 oranına ulaşmaktadır.
Biyokütle yakan klinker fırınlarında oluşan küller, çimento üretiminde sera gazı salımını azaltmak için, önemli bir alternatif hammadde olarak kullanılır.
Biyokütlenin ekonomik olarak temin edildiği yerlerde rekabetçi olmaktadır.
Avrupa Komisyonu'nun Uzun vadeli stratejik vizyonundan alınan derin karbonsuzlaştırma senaryoları, mevcut biyokütlenin en az yarısının enerji sektörü için kullanıldığını göstermektedir.
Global ölçekte çimento üretimi ve çimento sektöründen sera gazı CO2 salımı Şekil 2'de verilmiştir.
AB ülkelerinde çimento sanayinde biyokütle kullanımı 2007'den 2017 yılın sonuna kadar üç katına çıkmış olsa da şu anda AB'deki toplam yakıt karışımının yalnızca yüzde 16'sını oluşturmaktadır (Şekil 3).
Avrupa'da bazı çimento tesisleri fosil yakıt yerine yüzde 90 oranında biyokütle dahil alternatif yakıt kullanmaktadır.
Dünya'da sanayileşmiş önde gelen biyokütle tüketen ülkelerden ikisi Finlandiya ve İsveç'tir.
Biyokütle, Finlandiya'nın toplam birincil enerji tedarikinin yüzde 19,4'ünü ve bölge ısıtmasında yakıt karışımının yüzde 7,9'unu karşılamaktadır.
İsveç'te, biyokütle toplam birincil enerji arzının yüzde 15'ini ve bölge ısıtmasında yakıt karışımının yüzde 53'ünü oluşturmaktadır.
Finlandiya ve İsveç'ten gelen önemli bir ders, biyokütle bakiyesi pazarlarını geliştirmek için güçlü ve istikrarlı teşvikler yararlı olmuştur.
Biyokütle bakiyeleri pellet ve briketleme gibi ön işleme tabi tutulduktan ve belli kalite elde edildikten sonra ısınmada yakıt olarak kullanılmaktadır.
Diğer yandan Norveç'teki Norcem çimento tesisi 2004-2005 projesini revize etmiş ve fosil yakıt yerine yılda 100 bin ton biyokütle bakiyesi kullanmaktadır.
Şekil 4'de Almanya, İtalya, İspanya ve Hindistan için çimento üretiminin toplam termal enerji talebinde biyokütle ve atık payını göstermektedir.
Şekil 4 incelendiği zaman Almanya'da yüzde 20, İtalya'da yüzde 6-7, İspanya'da yüzde 20 ve Hindistan'da yüzde 3 oranında biyokütle çimento sanayinde alternatif yakıt olarak kullanılmaktadır.
Atık biyokütle, İngiltere fırınlarına sağlanan termal girdinin halihazırda yüzde 17'sini oluşturmaktadır.
Japonya'da 2005 yılında çimento fabrikalarında yaklaşık 340 bin ton odun talaş yakılmıştır.
Brezilya'daki bazı çimento fabrikalarında, kullanılan yakıtın yüzde 42'si biyokütle veya atıklardan gelmektedir. Bu da 2007'de 156 bin ton CO2 emisyonunu azaltmıştır.
Biyokütle, çimentoda alternatif yakıt olarak kullanılacaksa, içerinde bulunma ihtimali olan taş, toprak ve metal gibi maddeler giderilmeli (temizlenmeli), doğal yöntemle yüksek kuruluğa getirilmeli ve homojenize edilmelidir.
Biyokütle boyutu ortalama 150 mm olmalı, pellet veya briket hale getirilebilir ama ilave maliyet demektir.
Bunun yerine balyalamak daha uygun ve ekonomiktir. Biyokütle bakiyesi, pulverize veya yumru katı formda kullanılabilir.
Çimento tesisleri, yakıt amaçlı olarak biyokütleyi kullanabilir. Klinker fırınına veya uygun besleme yerine biyokütle homojen ve dengeli olarak beslenmelidir.
Klinker fırınında yanma verimliliği yaklaşık yüzde 98'dir. Kül, klinkerin bileşeni olarak oluşur.
Yenilenebilir enerji kaynağı olarak sürdürülebilir şekilde kullanılması sera gazı CO2 net emisyon değeri kullanıldığı oranda azaltacaktır.
Çimento sanayinde alternatif yakıt olarak kullanılan biyokütle karbon nötr salıma sahiptir.
Tarım arazilerinde biyokütle bakiyesi, dönüşüm atığı, orman artığı ve yatak altlığı atığı olarak;
- Mısır sapı, buğday sapı, arpa sapı, yulaf sapı, günebakan sapı, pamuk sapı, fasulye sapı, tütün sapı, fasulye sapı, soya fasulyesi sapı, tütün sapı, kanola sapı, kenevir sapı, çeltik sapı,
- Kolza tohumu, yağı alınmış ayçiçek tohumu,
- Çeltik kabuğu, yer fıstığı kabuğu, fıstık kabuğu, fıstık kabuğu, ceviz kabuğu, fasulye kabuğu, küspe
- Sera atıkları (Antalya ve benzeri bölgeler),
- Meyve suyu üretiminde oluşan çilek, vişne, şeftali ve kayısı çekirdekleri, zeytin çekirdiği
- Soya fasulyesi yaprağı,
- Tavuk ve büyükbaş hayvan yatak altlığı vb.,
- Orman artığı,
- Kuru ağaç budama atıkları,
gibi bakiyeler, artıklar ve atıklar oluşmaktadır.
Tarım faaliyetleri sonucu oluşan tarla bazlı bakiyeler: saplar, saman, tavuk kumu, üstler ve yapraklardır.
Dönüşüm proseslerinde oluşan proses bazlı atıklar: kabuk, çekirdek, küspe, gliserin, talaş ve hayvan yatak malzemesidir.
Türkiye'de kullanılabilir miktarda yaklaşık yılda 12 milyon 702 bin ton biyokütle bakiyesi oluştuğu anlaşılmaktadır. Detay çalışma şu yayında verilmiştir.
Türkiye'de çimento sanayi ile çevresindeki toprağı işleyen çiftçiyi buluşturarak biyokütle bakiyeleri, yatak altlığı, orman artığı ve dönüşüm atığı yenilenebilir enerji amaçlı kullanılır, böylece çiftçi toprağa güvenle bağlanır, toprağını kullanır, ilave gelir elde edebilir ve tarımsal üretimde verimlilik artırılır.
Çimento sanayi, yerel biyokütle bakiyesini, orman artığını, yatak altlığını ve dönüşüm atığını alternatif enerji amaçlı kullanarak ithal fosil yakıta daha az bedel ödeyebilir, enerji arz güvenliği sağlanabilir, enerjide dışa bağımlılık ve sera gazı CO2 emisyonu azaltılabilir, yerel kalkınmaya katkıda bulunulur ve çimento tesisleri üzerinde çevresel baskılar minimize edilir.
Türkiye'de yaklaşık 200 bin ton/yıl çeltik kabuğu oluşmaktadır. Çeşitli ülkelerde çeltik kabuğu çimento tesislerinde alternatif yakıt olarak kullanılmaktadır.
Çeltik kabuğu çimento fabrikalarında alternatif enerji kaynağı olarak kullanılabilir ve yılda 80 bin ton fosil yakıt, petrokok, ithalatı azaltılabilir.
Biyokütle bakiyesi, orman artığı, yatak altlığı ve dönüşüm atığının çimento sanayinde kullanılması halinde;
- Biyokütle bakiyesi, orman artığı ve dönüşüm atığı oluşması minimize edilecek ve yerel tarımsal bakiye ve atık sektörü oluşacak,
- Yerel tarımsal kalkınmaya katkı verilecek,
- Fosil yakıta olan bağımlılık azalacak,
- Klasik (lineer) ekonomiden döngüsel ekonomiye geçiş sağlanacak,
- Biyokütlenin kullanıldığı oranda sera gazı CO2 emisyonu azalacak,
- Çimento sanayinin çevresel ve sosyal etkisi azalacak,
- Hem tarım alanlarında hem de çimento sanayinde Sıfır Atık Projesi fiili olarak uygulanacak,
- Ana bileşeni organik madde olan biyokütle bakiyesi hızlı yanacak, tam okside olacak ve bozulacak,
- Yanma sonucu minimum oranda oluşan kül klinker bileşeni olarak kullanılacak,
Türkiye'de çimento sanayi, fosil yakıt kullanımı azaltmak için ikame yüzde 50 oranında biyokütle kullanmayı hedeflemeli.
Yeşil çimento üretimi, çevre dostu olan veya çevreyi daha yeşil hale getirmeye katkıda bulunan her şeyi temsil eder. Çimento üreticileri için bu temel hedef olmalı.
AB ülkelerine çimento ihracatında karbon vergisinden muaf olmak için biyokütle ve susuzlaştırılmış arıtma çamuru gibi, yenilenebilir enerji kaynakları ve demir çelik cürufu, biyokütle külü, atık yakma tesisi baca gazı külü, termik santral baca gazı uçucu külü gibi atıklar ve benzerleri alternatif hammadde olarak kullanmaya başlanmalı.
Birinin atığı diğerinin enerji ve hammadde kaynağıdır.
Türkiye çimento sektörü, klinker fırınında sera gazı salım azaltarak AB ülkelerine çimento ihracatında karbon vergisinden muaf olma yol haritasını ortaya koymaktır.
Ülkemizde biyokütle atığı alternatif enerji kaynağı ve hammadde olarak kullanılarak gelişi güzel yakılması ve sera gazı karbon dioksit salımı azaltılabilir.
*Bu makalede yer alan fikirler yazara aittir ve Independent Türkçe'nin editöryal politikasını yansıtmayabilir.
© The Independentturkish
