Gübre üretiminde devrim: Dünya’nın doğal ısısını kullanıyorlar

Sanayi sektöründe en fazla karbon salımı yapan kimyasal üretim süreci amonyak üretimidir. Küresel 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 ihtiyacıyla birlikte daha da büyük bir sorun haline gelmektedir. Ancak MIT ekibi tarafından geliştirilen yeraltı amonyak üretim yöntemi, bu süreci çok daha çevreci ve sürdürülebilir hale getirebilir.

GELENEKSEL AMONYAK ÜRETİMİ NEDEN SORUNLU?

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

Bazı araştırmalar, elektrokimyasal reaksiyonlarla hidrojen üretmeyi önerse de, bu süreç devasa miktarda enerji gerektirir. Mevcut yenilenebilir enerji kaynaklarının tamamı bile küresel amonyak ihtiyacını karşılamaya yetmeyecek seviyededir.

YERALTINDA AMONYAK ÜRETİMİ NASIL ÇALIŞIYOR?

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

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

• Demir bakımından zengin minerallerle kaplı yeraltı kayaçları, azot içeren suyla temas ettiriliyor.
• Yeraltındaki yüksek sıcaklık ve basınç, kayaçlardaki demir ve su arasında kimyasal reaksiyon başlatıyor.
• Bu süreç, hidrojen gazı üretiyor ve bu hidrojen, suyla karışan azotla tepkimeye 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 ekibine göre, bu yöntemin en büyük avantajlarından biri olivin kayaçlarının Dünya’nın birçok bölgesinde yaygın olarak bulunması.

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

Araştırmacılar, bu yöntemin karbon emisyonlarını geleneksel amonyak üretimine kıyasla 30 kat azaltabileceğini öngörüyor. Ancak 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. Eğer 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 çözüm olabilir.

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

MALİYET AVANTAJI VAR MI?

Geleneksel amonyak üretimi, genellikle kilogram başına 0.4 ila 0.8 dolar arasında değişen maliyetlerle yapılmaktadır. Yeni yeraltı üretim yöntemi, tahmini olarak kilogram başına 0.55 dolara mal olacak.

Daha da önemlisi, bu süreç atık su arıtımıyla birleştirildiğinde, kilogram başına 3.82 dolarlık ek bir kazanç sağlayabilir. Bu da yöntemin sadece çevresel değil, ekonomik olarak da cazip hale gelmesini sağlayabilir.

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

MIT ekibi, bu yöntemin kimya, madencilik ve petrol-gaz endüstrilerinin kesişim noktasında yeni mühendislik çözümleri gerektirdiğini belirtiyor. Eğer başarılı olunursa, yeraltında amonyak üretimi, tarım ve kimya sektörlerinin karbon ayak izini önemli ölçüde azaltabilir.