Temiz kömür teknolojileri ile kömür ve biyokütleden yeni yakıt elde etme üzerine yaptığı çalışmalarla dikkat çeken İnönü Üniversitesi Kimya Mühendisliği Bölümü Öğretim Üyesi Prof. Dr. Hüseyin Karaca, çevre dostu ve yerli yakıt üretimine yönelik projelere imza atıyor. TÜBİTAK Sanayi İş Birliği Programı kapsamında yürüttüğü yeni projede LPG ve dizele alternatif yakıtlar üretmeyi amaçlayan Prof. Dr. Karaca, Ağır Vakum Gaz Yağından (HVGO) hafif ürün (benzin ve dizel) üretimi ile ilgili projesi hakkında İNÜHABER’e açıklamalarda bulundu.
-Ağır petrol ürünlerini hafif ve ekonomik değeri yüksek ürünlere dönüştürmeyi hedefleyen projenize başlama fikri nasıl ortaya çıktı?
Bu proje, yaklaşık 3 yıllık bir çalışmanın sonucudur ve yüksek lisans öğrencim tarafından tez kapsamında yürütülmüştür. Öğrencim Suriyeli olduğu için, bu bölgenin petrol kaynaklarına ilgisi ve bilgisi projeyi şekillendiren unsurlardan biri oldu. Normalde benim araştırma alanlarım daha çok kömür teknolojileri ve biyokütle dönüşüm teknolojileri üzerine yoğunlaşıyor. Petrol teknolojileri, altyapı ve olanaklar açısından zaman zaman kısıtlayıcı olabiliyor. Ancak, bu proje sayesinde hem bilimsel anlamda Ar-Ge çalışmalarında hem de endüstriyel düzeyde oldukça başarılı sonuçlar elde ettik. Bu da bizi oldukça memnun eden bir gelişme oldu.
-Projede esas odaklandığınız problem nedir?
Aslında bu projede temel olarak odaklandığımız nokta, petrol kaynaklarının sınırlı olması ve mevcut kaynakların etkin bir şekilde nasıl kullanılabileceği sorusuydu. Dünya genelinde petrol kaynaklarını sanki sınırsızmış gibi tüketiyoruz, oysa bu kaynaklar oldukça sınırlı. Fosil yakıtların yoğun kullanımı göz önünde bulundurulduğunda mevcut kaynaklardan en iyi şekilde faydalanmanın yollarını aramak kritik önem taşıyor.
Tez kapsamında yaptığımız çalışmada, petrol rafine edildikten sonra ortaya çıkan ve "ağır petrol" olarak adlandırılan, etkin bir şekilde değerlendirilmeyen bir fraksiyonu (HVGO) ele aldık. Bu fraksiyon daha önce de değerlendirilmiş, ancak biz bu süreçte mevcut yöntemlere kıyasla daha ekonomik, fizibıl ve iş sağlığı-güvenliği açısından daha güvenli bir yöntem geliştirmeyi hedefledik.
Çalışmamızda yüksek basınç ve yüksek sıcaklık ortamlarında gerçekleşen kimyasal işlemleri optimize etmek üzere hibrit bir yöntem geliştirdik. Bu hibrit yöntem sayesinde, sanayi ölçeğinde uygulanabilir düzeyde yüksek bir verim ve dönüşüm oranı elde ettik. Özellikle basınç, sıcaklık ve diğer parametreler açısından mevcut yöntemlere kıyasla daha ılıman koşullarda çalışarak önemli avantajlar sağladığımızı belirtmek isterim.
-Çalışmanızın petrol endüstrisine sağlayacağı en önemli katkı nedir?
Petrol endüstrisine en büyük katkımız, mevcut kaynaklarımızı daha etkin bir şekilde değerlendirerek dışa bağımlılığımızı azaltmak olmuştur. Aldığımız petrolün ham maddesini ekonomik olarak en verimli şekilde kullanmak zorundayız. Dışarıdan 100 birim petrol alıp bunun 30-40 birimini âtıl durumda bırakma lüksümüz yok. "Âtıl durumda" dediğimiz şey, yüksek oranda hidrokarbon içeren ağır petrol fraksiyonlarıdır.
Bu projeyle amacımız, bu ağır hidrokarbonları etkin bir şekilde değerlendirerek LPG, dizel ve benzin gibi hafif ve ekonomik değeri yüksek ürünlere dönüştürmektir. Ancak, tüm petrol kaynakları bu dönüşümü istenilen düzeyde sağlayacak kaliteye sahip değildir. Özellikle ülkemizdeki petrol sahalarına baktığımızda, örneğin Batman petrolleri veya Gabar Dağ’ı bölgesinde yeni keşfedilen petrol yatakları, genellikle düşük API gravitesine sahip ağır petrollerdir. API gravitesi 10-15’in altında olan, özellikle 10’un altındaki petrollerin mutlaka dönüştürülmesi gerekmektedir.
Projemizde geliştirdiğimiz yöntemle, bu tür ağır petrolleri geleneksel yöntemlerden daha verimli bir şekilde hafif ürünlere dönüştürmeyi başardık. Bunun sonucunda, hem benzin ve dizel gibi yakıt alternatifleri hem de petrokimya sektöründe önemli bir girdi olarak kullanılabilecek temel kimyasal hammaddeler ürettik. Bu, petrol endüstrisi için hem ekonomik hem de stratejik açıdan büyük bir kazanım sağlamaktadır.
-Ağır fraksiyonlu ürünün dönüşümünü sağlayan yenilikçi yöntem nasıl çalışıyor?
Bu çalışmada, ağır vakum gaz yağının (HVGO) dönüşümünü sağlamak için laboratuvar ortamında özel olarak sentezlediğimiz yeni bir katalizör ve hibrit bir reaktör sistemi kullandık. Katalizör, düşük sıcaklık ve basınç koşullarında yüksek dönüşüm ve verim sağlama kapasitesi ile öne çıkmaktadır. Ayrıca, sistemimizde katalizör geri kazanımı mümkün kılındı yani kullanılan katalizör yeniden aktive edilerek sisteme tekrar beslenebilmektedir. Bu da maliyet açısından önemli bir avantaj sağlamaktadır.
Geleneksel olarak kullanılan reaktör sistemlerden farklı olarak, tam karıştırmalı tank reaktör (CSTR) sistemini kullandık. Bu reaktör, işlem koşullarını optimize ederek hem enerji tüketimini azalttı hem de dönüşüm oranını artırdı.
Proses koşullarında da önemli iyileştirmeler sağladık. Geleneksel yöntemlerde sıcaklık 550-600°C seviyelerinde iken, bizim yöntemimizde sıcaklık 450°C ve altına düşürüldü. Ayrıca, geleneksel süreçlerde 10-100 bar arasında değişen basınç koşulları yerine bizim yöntemimiz atmosferik basınçta çalışmayı mümkün kıldı.
Bu yenilikçi yöntem sayesinde enerji tasarrufu sağlanırken, iş sağlığı ve güvenliği açısından daha güvenli bir süreç geliştirilmiş oldu. Ayrıca, dönüşüm oranı ve verim açısından geleneksel yöntemlere kıyasla üstün sonuçlar elde edildi. Bu da ağır petrol fraksiyonlarının dönüşümünde önemli bir ilerleme kaydedildiğini göstermektedir.
-Yenilikçi yönteminiz mevcut yöntemlere göre ne gibi avantajlar sağlıyor?
Aslında bu tür proseslerde kullanılan girdi enerjisinin yüksek oranda olduğunu zaten biliyoruz. İstenilen 500-600°C ulaşabilmek için bir enerji kullanmanız gerekiyor. Burada ekonomik boyutlardan çok, bir noktaya dikkat çekmek istiyorum. Bu tür proseslerde yüksek basınç, yüksek sıcaklık ve özellikle hidrojen gazı kullanımı, iş sağlığı ve güvenliği açısından büyük riskler oluşturuyor. Bu çalışmaya başlarken yeni bir reaktör türü kullanmak çok önemliydi, ancak diğer bir amacımız da çalışma koşulları dediğimiz basınç, sıcaklık ve reaksiyon süresinin çok kritik olmasıdır. Bu açıdan verim ve dönüşüm anlamında elde ettiğimiz sonuçlar oldukça iyi. %70’lik bir verim elde ettiğimizi belirtebilirim. Analizlerimizi yaparak elde ettiğimiz ürün dağılımının özellikle hafif ürünler veya orta distilatlar dediğimiz benzin ve dizel ile oldukça yakın bir seviyede olduğunu gözlemledik.
-Kullanılan katalizörlerin yerli ve milli kaynaklardan elde edilmesinin sürece nasıl bir katkısı oldu?
Bu tür proseslerde en önemli işlev katalizörlere aittir. Dolayısıyla, katalizör olmadan katalitik olmayan koşullarla çalışmak hem verimli dönüşüm sağlamak hem de yüksek proses koşullarından dolayı istenen sonuçları elde etmek, pek mümkün değildir. Kimya sanayisinin temel odak noktası katalizördür, çünkü katalizör dönüşüm verimliliğini ve seçimliliğini artırır. Yani, istenilen fraksiyonları artırır, reaksiyonun enerjisini düşürür ve reaksiyonun daha kolay koşullarda gerçekleşmesini sağlar. Bizim bu projede elde ettiğimiz sonuçlar, büyük ölçüde kullandığımız katalizör türüne ve sentezlediğimiz katalizöre bağlıdır.
Bu katalizörlerin özelliği ise, milli ve yerli olmasının sağladığı avantajlardır. Biz, kendi kaynaklarımızı kullanıyoruz, yani doğal zeolit adı verilen bir bileşeni alıp, bunu çeşitli yöntemlerle modifiye ederek alümina ağırlıklı, özellikle zeolit ve silika karışımlarını belli oranlarda birleştiriyoruz. Burada kullanılan yöntem çok önemlidir, çünkü katalizör hazırlama yöntemi, katalizörün etkinliğini doğrudan etkiler. Bizim burada kullandığımız yöntemler, söz konusu katalizörün etkinliğini önemli ölçüde artırmaktadır.
-Projenizin Türkiye’nin enerji sektöründe dışa bağımlılığını azaltma konusunda nasıl bir rol oynayacağını düşünüyorsunuz?
Aslında konunun en önemli noktalarından biri, kaynaklarımızı etkin ve verimli bir şekilde kullanmamız gerektiğidir. Bu çok önemli bir konu. Enerji üretimine bakıldığında, dünya genelinde hala fosil yakıtlar, özellikle petrol ve doğalgaz yoğun bir şekilde kullanılmaktadır. Ancak günümüzde, enerji üretiminde güneş, rüzgâr, jeotermal, biyoenerji ve su enerjisi gibi sonsuz kaynaklardan faydalanabiliyoruz. Yine de dünya genelinde enerji üretiminde fosil enerji kaynaklarının kullanıldığını görmekteyiz.
Biz burada, ağır fraksiyonları bir çok sektörün kullanabileceği değerli bir hammaddeye dönüştürüyoruz. Yani, bu hammaddeleri alıp araçlarda motor yakıtı olarak kullanabilir veya değerli ürünler üretebiliriz. Elde ettiğimiz dizel, benzin ve diğer ürünler, sanayinin girdisi olarak da değerlendirilebilir. Bu bağlamda, çalışmalarımıza devam etmemiz gerektiğini düşünüyoruz, çünkü yaptığımız ön analizler, bu ürünlerin sanayide önemli bir girdi olarak kullanılabileceğini gösteriyor.
Yaptığımız çalışmanın ana hedefi, dünya çapında enerji kullanımını dikkate alarak petrol rezervlerini dikkatlice korumamız gerektiğidir. Bu rezervleri, gerektiği yerlerde kullanmamız gerekiyor. Enerji üretiminde fosil yakıtları mümkün olduğunca az kullanmalıyız. Bunun nedeni, fosil yakıtların hızla tükenmesi ve sera etkisi nedeniyle küresel ısınmaya sebep olmalarıdır. Fosil yakıtları sanayide bir girdi olarak değerlendirelim, ancak enerji üretiminde kullanmaktan kaçınmalıyız.
Muhabir: Lütfiye Çoban
Fotoğraf: Ali Uygar Koca - Burcu Ülkü
