Teknik Makaleler

Çimento Sektörü ve CO2 Emisyonlarının Belirlenmesi Yaklaşımları | SintekPlus Sayı 3

Giriş

Çimento sektörü iklim değişikliğine neden olan sera gazları üretiminde önemli bir sektör durumundadır. Ülkemizde de çimento sektörü oldukça yaygın ve gelişme trendi içinde olan konumu dolayısı ile sera gazı emisyonlarımız bakımından dikkatleri üzerine çekmektedir. Sektörün sera gazı emisyonları içinde önceliği CO2 emisyonları oluşturur. CO2 emisyonları sektörde başlıca klinker üretimi için teknoloji kullanımına, döner fırında klinkerin pişirilmesi için fosil yakıt tür ve tüketimine ve elektrik enerjisi kullanımına bağlı olarak hesaplanmaktadır.

Bu makalede genel olarak sektörün ülkemiz ve Dünya için önemi üzerinde durulmuş, Çin’e ait çimento sektörü örnek olarak alınarak ve literatür verilerinden yararlanılarak, CO2 emisyonlarının hesaplanmasında çeşitli yaklaşımlar kullanılarak emisyon faktörünün elde edilmesine ait değerlendirmeler irdelenmiştir. Ülkemizdeki çimento sektörü için bu makalede verilen yaklaşımlar bize ait temsil edici CO2 emisyon faktörlerinin belirlenmesinde yol gösterici olarak kullanılabilir. Ancak ülkemizdeki çimento sektörünün gerek üretim teknolojisi ve gerekse enerji verimliliği ile ilgili alınan tedbirler dolayısı ile daha düşük emisyon faktörlerine sahip olabileceği öngörülebilir.

Türkiye’nin Çimento Sektör Üretimi Bakımından Dünyadaki Yeri

Türkiye son on yılda hızla gelişmekte olan bir ülke olarak yurt sathına dağılmış 47 adeti Türkiye Çimento Müstahsilleri Birliği(TÇMB) ve 3 adeti bağımsız olmak üzere 50 adet entegre ve 19 adet öğütme tesisi ile güçlü bir çimento sektörüne sahiptir(URL 1,Çimento,2014). Özellikle önümüzdeki on yıllık dönemde de kentsel dönüşüm, üçüncü havaalanı, üçüncü köprü, yeni otoyollar ve çeşitli altyapı projeleri yanında ciddi yıkımlara sahne olan yakın coğrafyası itibarı ile de bu sektör önemli bir gelişme trendine sahiptir.

Ülkemiz çimento sektörü 2014 yılı itibarı ile kurulu kapasite olarak 69.603.940 ton/yıl klinker ve 113.480.171 ton/yıl çimento üretim kapasitesine ve bu kapasitelerin klinker olarak % 92,22’sini ve çimento olarak da %63,90’ını fiili üretim olarak gerçekleştirme başarısına sahiptir (TCMB,2014). 2012 yılı sonunda kullanılan üretim kapasitesi itibarı ile 69 milyon ton/yıl ile Avrupa Birliği ülkeleri arasında birinci, Dünya’da ise beşinci sırada yer alırken 59 milyon ton/yıl tüketim büyüklüğü ile de Dünya’da yedinci sırada yer almaktadır (Şekil1ve Şekil 2) (URL 2).

Çimento ihracatı bakımından ise 2012 yılında 13,6 milyon ton ile Dünya’da en çok çimento ihraç eden ülke konumunda iken 2014 yılında 8,1 milyon ton çimento (-%21,6) ve 2,9 milyon ton klinker (+%37) olmak üzere çimento ihracatı 11 milyon tona inmiştir. Ülke ekonomisine 2014 yılında 4 Milyar Dolar katkısı olan sektörün ihracat gelirleri de 640 milyon dolar mertebesindedir (URL 3). 2015 yılı için Türkiye’de çimento sektöründe %5 oranında büyüme öngörülmektedir. Bu oldukça önemli bir büyüme oranıdır.

Çimento Sektörünün Geleceği

Ülkemizde çimento sektörünün 2023’e kadar olan kapasite artışına ilişkin tahminler Tablo 1’de verilmiştir (Çimento 2014). Çimento üretiminde 2014-2023 periyodunda %30 üretim artışı ve iç tüketim artışı öngörülmektedir. Bu oran diğer kuzey Asya dışındaki diğer coğrafyalar için öngörülen artış oranından yüksektir.

Çimento Üretim Prosesi ve CO2 Emisyonları

Çimento üretimi dünya global sera gazı emisyonlarının %5-8’ini tek başına atmosfere salmaktadır. Bu oran Türkiye’de 30 milyon ton mertebesi ile ülkemizin toplam CO2 emisyonunun %8,5’ine karşılık gelmektedir (NGGI,2012). Çimento sektörü mevcut yapısı ile enerji tesisleri dışında en büyük CO2 emisyonuna sahip endüstriyel proses durumundadır (Alyüz,2014) .

Çimento üretiminde CO2 emisyonlarının belirlenebilmesi için proses kademelerine bakılması gerekmektedir. İlk kademe hammadde ve yakıtın hazırlanması, ikinci kademe klinker üretimini sağlamak üzere hammaddelerin ön hazırlıkları ve ısıl işlemlerinin gerçekleştirilmesi, üçüncü kademe çimentonun elde edilmesi için klinkerin öğütülmesi ve katkı maddelerinin eklenmesi ve son kademe ise çimentonun ambalajlanması ve taşınması işlemleri olarak tanımlanabilir (İshak ve ark.,2015) (Şekil 3).

Bu kademelerde kullanılan hammaddeden, yakıtın yakılmasından, elektrik enerjisi kullanımından ve hammadde ve ürünlerin taşınması işlemlerinden karbondioksit emisyonu gerçekleşir. Karbondioksit emisyonları, hammadde ve katkı maddelerinin kalitesine, çimento üretim teknolojisine, yakıtın kalitesine, atıkların kullanımına, enerji verimliliğine, taşıma türüne ve daha birçok faktöre bağlı olarak değişir. Her bir kademeye ait CO2 emisyon oranları Tablo 2’de verilmiştir. (İshak ve ark.,2015; Benhalel ve ark.,2013).

Çimento Üretimi CO2 Emisyon Faktörü Belirleme Yaklaşımları

Çimento üretiminden kaynaklanan CO2 emisyonlarının belirlenmesinde genel olarak klinker üretimi CO2 emisyonları, fosil yakıt yakılması CO2 emisyonları, elektrik enerjisi tüketimi dolayısı ile CO2 emisyonları olmak üzere üç farklı kademe esas alınır (Ke ve ark., 2013). Bu kademelere ilişkin CO2 emisyonu hesabı için birden çok yaklaşım kullanılmaktadır.

Klinker üretimi CO2 emisyonları

Çin Dünya’nın en büyük çimento üreticisi konumunda olan ülke olup mevcut teknolojilere göre klinker üretiminde klinker içinde bulunan CaO ve MgO içeriklerine göre kalsinasyon prosesi için CO2 emisyon faktörünün hesaplanmasında (Wang, 2009) tarafından önerilen formül olarak verilmiştir.

CC= ax + bx Mr (CO2) Mr (CO2) Mr (CaO) Mr (MgO)

Burada CC ile CO2 emisyon faktörü, α ve β katsayıları klinkerdeki CaO ve MgO oranları, Mr(CO2), Mr(CaO) ve Mr(MgO) ise sırasıyla CO2, CaO, ve MgO’in formül ağırlıkları gösterilmektedir.(Wang, 2009).

Klinker üretiminden kaynaklanan CO2 emisyonlarının belirlenmesinde birden çok yöntem kullanılmaktadır. Her biri kendine özel metodolojilere sahip bu yöntemlere göre klinker üretimi CO2 emisyon faktörleri Tablo 3’de verilmiştir (Ke ve ark.,2013).

aAtık tozlar için düzeltme faktörü ile elde edilen klinker emisyon faktörü, bAtık tozlar ve toplam organik karbon için düzeltilmiş klinker emisyon faktörü, cEDGAR tarafından hesaplanmış çimento bazlı emisyon faktörü, dCDIAC tarafından hesap- lanmış çimento bazlı emisyon faktörü, eWang tarafından hesaplanmış çimento bazlı emisyon faktörü, fçimento bazlıort. Çin emisyon faktörü.

Fosil Yakıt Yakılmasından Kaynaklanan CO2 Emisyon Faktörü

Çimento üretim prosesleri için fosil yakıt yakılmasından kaynaklanan CO2 emisyon faktörünün belirlenmesinde teknolojiye bağlı enerji verimliliği önem kazanmaktadır. Yeni teknoloji- ye dayalı süspanse ön ısıtmalı ön kalsinasyonlu sistemler (NSP) ile eski teknolojiye dayalı dikey şaftlı fırınlarda farklı büyüklüklerde CO2 emisyon faktörü elde edilmektedir (Tablo 3).

Elektrik Enerjisi Kullanımından Kaynaklanan CO2 Emisyon Faktörleri

Çimento prosesi kırma, öğütme ve diğer elektrikli ekipmanların çalıştırılması için yüksek oranda elektrik enerjisi tüketir. Bu enerjinin alındığı şebekenin bağlı olduğu elektrik üretim santrallerinin fosil yakıt kullanım oranları CO2 emisyonlarının hesaplanmasında önemlidir. Diğer taraftan çimento sektörünün atık ısı kaynaklarından faydalanarak bir kısım elektrik ihtiyaçlarını bu yolla karşılaması CO2 emisyonların azaltıcı etki etmektedir.

Bu yolla elde edilen enerjinin, çimento prosesi elektrik enerjisi ihtiyacının %25-33’ünü karşılayabilmekte olduğu bildirilmektedir. Bu uygulama İPCC CDM mekanizması tarafından da desteklenmektedir. Çimento sektörüne ait üretim prosesinin değişik kademeleri için enerji kullanım oranları Şekil 3 ve Şekil 4’de verilmiştir(Benhalel ve ark.,2013).

Atık ısı geri kazanımı oranları dikkate alındığında elektrik enerjisi tüketimine bağlı olarak Çin çimento sektöründe CO2 emisyon faktörü 2005-2007 periyodu için 0,105-0,112 ton CO2/ton klinker veya 0,074- 0,082 ton CO2/çimento olarak verilmektedir (Ke ve ark.2013). Wang (2009) tarafından ise bu değer yerine 0,08 ton CO2/ton çimento olmak üzere ortalama CO2 emisyon faktörü olarak verilmektedir.

Belirsizlik Oranları

Çin çimento sektörü için yapılan bu hesaplamalarda belirsizlik oranları önem taşımaktadır. (Ke ve Ark.,2013) tarafından 2005-2007 periyodu için standart belirsizlik oranları çimento üretimi için %3,46-3,89, yakıt kaynaklı CO2 emisyonu için %2,15-2,94 ve elektrik kullanımı CO2 emisyonları için %0,42- 0,235 aralığında hesaplanmışlardır. Birleşik standart belirsizlik %4,11-4,85 ve genişletilmiş belirsizlik ise %12,16-14,69 aralığında bulunmuştur. Relatif genişletilmiş belirsizlikler ise %14- 18 arasındadır.

Çimento Üretim Prosesi Toplam CO2 Emisyon Faktörü

(Ke ve Ark.,2013)’e göre üç farklı emisyon türü- ne ait CO2 emisyon faktörlerinin toplamı alındı- ğında Çin’deki çimento sektörü için CO2 emis- yon faktörü 0,562+0,324+0,08 =0,966 ton CO2/ ton çimento olarak elde edilir.

Çimento Teknolojilerine göre CO2 Emisyon Faktörleri

Farklı çimento üretim teknolojilerine göre ton klinker üretimi başına CO2 emisyonlarının değişimi Şekil 5’de verilmiştir (WBSCD).

Çimento Sektöründe CO2 Emisyonlarının Azaltılması Çabaları

Çimento sektöründe CO2 emisyonlarının azaltılmasına yönelik ciddi çabalar Dünya’da ve Ülkemizde sürdürülmektedir. Bu tür çabalar sürdürülebilirlik kavramı ile uyumlu olacak şekilde gerçekleştirilmelidir. Bunlar başlıca

  • Enerji verimliliğini artırmaya yönelik çabalar,
  • Atık ısı geri kazanımına yönelik çabalar,
  • Fosil yakıt yerine yenilenebilir enerji kaynaklarının ikamesi için çabalar,
  • Geo-polimerler, yüksek fırın cürufu ve termik santral uçucu külleri ve doğal puzzolanik malzemeler gibi alternatif hammaddelerin kullanımı ile düşük karbon emisyonuna sahip çimento üretimi geliştirme çabaları,
  • CO2 yakalama ve depolama çalışmaları olarak verilebilir. Özellikle gelecek yıllarda CO2 yakalama ve depolamaya yönelik alanda gerçekleştirilecek teknolojik yenilikler sektörde belirleyici olacaktır. Bu alanda
  • Sonradan yakma (post combustion) teknolojileri,
  • Oksijenli yakma (Oxy-combustion) teknolojileri
  • Karbonsuz yakıtlarla (H2) ön yakma (pre combusti- on) teknolojileri üzerlerinde çalışmaların sürdürüldüğü teknolojilerdir.
    CO2 yakalama ve depolama çabaları dışında belirtilen CO2 azaltma tedbirlerinin sektörde etkin bir şekilde uygulamaya geçirilmesi durumunda sağlanabilecek azaltım mertebeleri Tablo 4 de verilmiştir (İshak ve ark.,2015).
    Çimento sektöründe CO2 azaltımına yönelik çabaların sağlayacağı kazanımlar ise Tablo 5’de verilmiştir (İEA,2009). Tablo 5’den 2012-2030 periyodunda ton klinker üretimi başına enerji tüketimi 3,9 GJ’den 3,2 GJ’e (%22) azalmakta, alternatif yakıt kullanım oranları %10’dan %37’ye yükselmekte, ton çimento üretimi başına CO2 emisyon faktörü ise 0,75’ten 0,42’ye %44 oranında azalmaktadır.

Mavi emisyonlar (Blue emissions) olarak adlandırılan bu tür CO2 azaltımına yönelik tedbirlerin alınması ile alınmaması durumlarında temel emisyonlar bakımından sektörün toplam emisyonlarındaki değişim Şekil 5 de verilmiştir (Benhalei ve ark.,2013).

Referanslar / References: Alyüz, U., Alp, K.(2014). “Emission Inventory of Primary Air Pollutants in 2010 from Industrial Processes in Turkey”, Science of the Total Environment”. Original Research Article, Science of The Total Environment., Benhalel, 2013. Emad Benhelal, Gholamreza Zahedi, Ezzatollah Shamsaei, Alireza Bahadori.”Review Global Strategies And Potentials To Curb CO2 Emissions İn Cement İndustry”, Journal of Cleaner Production 51 (2013) 142-161, Çimento 2014: Çimento Sektörü Raporu (2014/1)”, T.C.Bilim, Sanayi Ve Teknoloji Bakanlığı Sanayi Genel Müdürlüğü Sektörel Raporlar Ve Analizler Serisi, IEA,2009. Cement Technology Roadmap 2009 Carbon Emissions Reductions Up To 2050. World Business Council for Sustainable Development- İnternational Energy Agency Developing technologies for a low carbon cement industry., İshak ve ark., 2015. Siti Aktar Ishak, Haslenda Hashim. “Review Low Carbon Measures For Cement Plant E A Review” Journal of Cleaner Production 103 (2015) 260 -274., Ke ve ark., 2013. Jing Ke, Michael McNeil, Lynn Price, Nina Zheng Khanna, Nan Zhou.” Estimation of CO2 Emissions from China’s Cement Production:Methodologies and Uncertainties”, Environmental Energy Technologies Division Lawrence Berkeley National Laboratory, LBNL-6329E., NGGI,2012. Natıonal Greenhouse Gas Inventory Report 1990-2012, TUİK., (URL1) http://www.tcma.org.tr/images/file/yeni%20harita%20tr_r.jpg, URL 2) http://www.atig.com.tr/arastirma/raporlar/tr/ cimento_01_201519012015132902.pdf, (URL 3) http://www.cembureau.be/sites/default/files/Activity%20Report%202014, _website_1.pdf

En Üste Çık