Kısaca

NASA'nın Mars'ta kaynak üretimi için finanse ettiği karbondioksit yakalama teknolojisi, butik bira tesislerinin fermantasyon gazını geri kazanmasının ardından helyum ve enerji üretimi alanlarında uygulanmaya başladı.

Mars yüzeyindeki sert koşullarda astronotların hayatta kalabilmesi ve geri dönüş araçlarının yakıt sağlayabilmesi amacıyla geliştirilen uzay teknolojileri, yeryüzündeki üretim zincirlerinde somut çözümler üretiyor. NASA Johnson Uzay Merkezi bünyesindeki Yerinde Kaynak Kullanımı (ISRU) programı kapsamında temelleri atılan atmosferik gaz ayrıştırma sistemleri, içecek sektöründen helyum madenciliğine kadar geniş bir alanda karbon yakalama standardına dönüştü. Tedarik zincirinde yaşanan aksaklıklar nedeniyle tanklarındaki ürünleri kaybetme riskiyle karşılaşan butik üreticiler, NASA'nın Kızıl Gezegen planlarından doğan bu otonom üniteler sayesinde kendi karbondioksitlerini geri dönüştürerek dış tedarikçilere olan bağımlılıklarını önemli ölçüde azaltıyor.

Gelişmenin teknik temelleri, 1990'lı yıllarda Pioneer Astronautics şirketinin Houston'daki Johnson Uzay Merkezi'nden aldığı Küçük İşletmeler İnovasyon Araştırmaları (SBIR) sözleşmelerine dayanıyor. Şirketin kurucusu Robert Zubrin, Mars atmosferinin yüzde 95'inden fazlasını oluşturan karbondioksiti toplayıp hidrojenle birleştirerek yaşam desteği için su ve roket yakıtı için metan üretebilen kompakt sistemler inşa etti. Mars ile Dünya arasındaki mesafeye bağlı olarak ortaya çıkan 4 ila 24 dakikalık iletişim gecikmesi ve geri dönüş aracının mürettebattan 26 ay önce gezegene gönderilme gerekliliği, bu gaz dönüştürme makinelerinin tamamen otonom ve robotik kontrole sahip olmasını zorunlu kıldı. Zubrin daha sonra Pioneer Energy şirketini kurarak bu alt sistemleri karasal sanayiye uyarladı ve fermantasyon sürecinde açığa çıkan karbondioksitin gazlı içecek üretiminde yeniden kullanılabileceğini ortaya koydu.

Büyük ölçekli endüstriyel tesisler milyonlarca dolarlık geri kazanım sistemleri kullanabilirken, yıllık üretimi 3 bin ila 300 bin varil arasında değişen küçük üreticiler bugüne kadar fermantasyon gazını atmosfere salıp dışarıdan tonu 200 ila 300 dolara karbondioksit satın almak zorunda kalıyordu. Dağıtım mesafesine bağlı olarak ton başına maliyetin 600 dolara kadar çıktığı pazarda, Pioneer Energy tarafından geliştirilen Butik Bira Geri Kazanım Sistemi (Craft Brewery Recovery System) bu boşluğu doldurdu. Ayda yaklaşık 5 ton karbondioksit geri kazanabilen ve yılda 60 bin varile kadar üretim yapan tesislere tek başına yeten bu modüler ünite, işletmelere yılda yaklaşık 15 bin dolar tasarruf sağlıyor ve yatırım maliyetini yaklaşık iki yıl içinde amorti ediyor. Sistem, amonyak ve üre fabrikalarının atıklarından elde edilen endüstriyel gazların aksine, fermantörden doğrudan saf gaz topluyor; uzay görevleri için geliştirilen kurutucu yataklar sayesinde gazdaki nemi süzerek boruların donup tıkanmasını önlüyor.

Austin merkezli Earthly Labs'in kurucusu Amy George, 2016 yılında bu teknolojinin münhasır lisansını alarak küçük ölçekli karbon yakalama cihazlarını pazara sundu. Küresel tedarik zincirindeki dalgalanmalar karbondioksit arzında ciddi sıkıntılar yaratırken, sistem şarap imalathaneleri ve damıtımevlerinin ardından enerji sektörüne de taşındı. Karbondioksiti yan ürün olarak açığa çıkaran enerji üreticileri, yakalanan gazı ticarileştirmek amacıyla bu altyapıyı devreye aldı. Teknoloji ayrıca mikroçip ve fiber optik kablo imalatında vazgeçilmez bir hammadde olan yer altı helyum yataklarının saflaştırılmasında yeni bir kullanım alanı buldu. Yerin altından metan ve karbondioksitle karışık halde çıkarılan helyum gazının ayrıştırılması bu sistemlerle sağlandı. 2021 yılında kriyojenik ekipman mühendisliğinde uzmanlaşan Chart Industries bünyesine katılan girişim, yakalama teknolojisini enerji santralleri gibi daha büyük endüstriyel tesislere ölçeklendirme çalışmalarını sürdürüyor.

Neden önemli?Geliştirilen otonom ayrıştırma sistemi, küçük ölçekli işletmelerin dış tedarik bağımlılığını azaltırken sera gazı salımını düşürüyor ve mikroçip üretiminde kritik olan helyumun saflaştırılmasına katkı sağlıyor.

Şu ana kadar bildiklerimiz

  • Pioneer Energy'nin geliştirdiği geri kazanım ünitesi, yılda 60 bin varile kadar üretim yapan tesislerde ayda yaklaşık 5 ton karbondioksit yakalayarak işletmelere yıllık 15 bin dolar tasarruf sağlıyor.
  • Mars atmosferinin yüzde 95'inden fazlasını oluşturan karbondioksiti ayrıştırmak üzere tasarlanan sistem, kurutucu yataklar sayesinde fermantasyon gazındaki nemi süzerek boruların donmasını engelliyor.
  • Chart Industries bünyesindeki Earthly Labs'in sunduğu teknoloji, bira tesislerinin yanı sıra mikroçip ve fiber optik üretiminde kritik yer altı helyum yataklarının ayrıştırılmasında kullanılıyor.

Cevabı beklenen sorular

  • Chart Industries'in kriyojenik mühendislikle enerji santrallerine uyarlamaya çalıştığı büyük ölçekli karbon yakalama sistemlerinin ticari verimliliği sahada nasıl bir sonuç verecek?
  • Yükselen hammadde maliyetleri ve tedarik dalgalanmaları karşısında küçük ölçekli içecek üreticilerinin bu otonom geri kazanım ünitelerine erişim hızı ne düzeyde gerçekleşecek?
Kaynaklar ve belgeler

Bu haberde kullanılan belgelere aşağıdaki bağlantılardan ulaşabilirsiniz.