Türkiye'de yerli kömür yakıtlı büyük ölçekli termik santrallerin kül atıklarının yönetimi ve çimento üretiminde kullanımının ekonomik analizi

Abstract

Termik santraller, enerji üretiminde yüksek paya sahip tesislerdir. Kömür, termik santrallerde elektrik üretiminde yaygın olarak kullanılan başlıca fosil yakıtlardan biridir. Yakıt olarak kömür kullanan termik santrallerde, yakma işlemi sonucunda ısı ve elektrik üretimi yanısıra kül atıkları oluşmaktadır. Kül atıkları olası olumsuz çevresel etkilerinin yanında ciddi miktarda oluşması nedeniyle dikkat çeken ve araştırılan bir konu olmuştur. Uluslararası Enerji Ajansı Temiz Kömür Merkezi (IEA, CCC), kül atıklarının kaynak olarak görülebileceğini ve kömür yakma ürünleri olarak adlandırılabileceğini belirtmektedir. Kül atıklarının yönetiminde yeniden kullanım, geri dönüşüm, geri kazanım ve bertaraf gibi farklı yöntemler uygulanmaktadır. Atık hiyerarşisine göre öncelikli tercih edilen yöntem kül atıklarının yeniden kullanımı, geri dönüşümü ve geri kazanımı olmalıdır. Ancak bunun mümkün olmadığı durumlarda kül atıkları çevresel etkileri en aza indirecek şekilde bertaraf edilmektedir. Türkiye'de kül atıklarının yönetimine yönelik yapılacak çalışmalarda, kül atıklarının kaynak olarak değerlendirilebileceğinin göz önünde bulundurulması ve bu kapsamda daha fazla çalışma yapılması gerekmektedir. Kül atıkları uçucu kül, cüruf ve alçıtaşı karışımını temsil etmektedir. Uçucu kül kararlı ve uygun fiziksel ve kimyasal özelliklere sahip olması nedeniyle, külün kullanımı ile ilgili çalışmaların çoğu uçucu kül üzerine odaklanmaktadır. Uçucu külün farklı amaçlarla kullanıldığı uygulamalar vardır. Bazı uygulamalarda fiziksel özellikleri için, bazı uygulamalarda ise kimyasal özelliklerinden dolayı tercih edilmektedir. Uçucu küller, puzolanik özelliklerinden dolayı bağlayıcı olarak kullanılabilen malzemelerdir. Bu özelliğinden dolayı özellikle inşaat sektöründe çimento ve beton katkı maddesi olarak yaygın bir biçimde kullanılmaktadır. Türkiye'de; 1960'lı yıllarda hidratasyon ısısını azaltmak için farklı baraj inşaatlarında uçucu kül kullanılmasına karar verilmiş ve Türk Standartları Enstitüsü uçucu kül (TS 639) ve uçucu kül çimento (TS 640) standartlarını hazırlamış ve yayınlamıştır. Devlet Su İşleri Genel Müdürlüğü (DSİ)'nün baraj uygulamaları dışında Karayolları Genel Müdürlüğü (KGM) bazı köprü ve yol inşaatlarında deneme amaçlı uçucu kül kullanmıştır. Geçmişte Türkiye'de uçucu kül kullanımı bu tür uygulamalarla sınırlı kalmıştır. Ancak son yıllarda özellikle hazır beton endüstrisinin gelişmesi ve Avrupa'dan uyarlanan yeni çimento ve beton standartları, çimento ve beton endüstrilerinde uçucu küle olan ilgiliyi arttırmıştır. Hazır beton sektöründe yıllık yaklaşık 1-1.5 milyon ton uçucu kül mineral katkı olarak üretimde kullanılmaktadır. Bununla birlikte çimento üretiminde kullanılan uçucu kül miktarına ait bir bilgi literatürde bulunamamıştır. T.C. Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı, Çimento Sektörü Raporu'na, göre 2020 yılında ~77 milyon ton çimento üretilmiştir. Ancak uçucu kül katkılı portland çimento oranının %1,25 olduğu ve bunun da büyük çoğunluğunun ihraç edildiği bilinmektedir. Buna göre çimento üretiminde yıllık yaklaşık 1 milyon tona yakın uçucu kül kullanıldığı varsayımı yapılabilir. Uçucu kül çimento üretiminde yalnızca portland çimentolarda kullanılmamaktadır. Ayrıca portland kompoze ve kompoze çimentoda da kullanılabilmektedir. Portland kompoze çimento üretimi toplam çimento üretiminin yaklaşık %25'i kadar olduğu bilindiğine göre yaklaşık 19,3 milyon ton portland çimento üretimi uçucu kül kullanımı için büyük bir potansiyel oluşturmaktadır. Örneğin, Bursa Çimento A.Ş. tarafından Kütahya bölgesinde çimento talebini karşılamak üzere Kütahya Karıştırma ve Paketleme Tesisi devreye alınmış olup, tesiste Bursa'da üretilen ve buraya getirilip stoklanan çimento, Seyitömer-Tunçbilek-Orhaneli Termik Santrallerinden getirilen uçucu kül ile karıştırılarak, katkılı çimento üretimi gerçekleştirilmektedir. Ayrıca Soma Termik Santralinden çıkan külün yaklaşık 270.000 ton/yıl kadarı özel kuruluşlara satılıp, çimento karışımında kullanılarak ekonomiye kazandırılmaktadır. Kül atıklarının özellikleri ve sınıflandırılması, kül atıkları yönetimine dair uluslararası ve ulusal mevzuat, kül atıklarının kullanım alanları ile bertarafı ve çevresel etkilerinin de özetlendiği bu çalışmada, Türkiye'de bulunan yerli kömür yakıtlı 200 MW üzeri kurulu güce sahip 15 termik santralin kül atıklarının yönetimi ortaya konulmuştur. Bu termik santrallerden uçucu kül özelliklerine ulaşılan 10'unda oluşan uçucu küllerin çimento üretiminde kullanımı değerlendirilmiş, kullanımı uygun bulunan 5'i için ekonomik analiz (Senaryo 1, mevcut durum senaryosu; kül atıklarının tamamının mevcut durumda uygulanan yönetimine (depolamaya) devam etmesi; Senaryo 2, uçucu kül atıklarının çimento üretiminde kullanımının değerlendirilmesi) yapılmıştır. Türkiye'de yılda 122,7 ton kömür yakılmaktadır. Yakılan kömürün yaklaşık ~82,2 tonu yerli kömür (linyit ve taş kömürü) olup, yerli kömür yakan termik santrallerden ~17,2 milyon ton kül atığı oluşmaktadır. TUİK verilerine göre Türkiye'de 2018 yılında ~23,3 milyon ton, 2020 yılında ~19,4 milyon ton kül atığı oluşmuştur. Oluşan kül atıklarının ~%85'i kül depolama sahalarında depolanmış, ~ %13'ü lisanslı atık arıtma tesislerine satılmış/gönderilmiş veya maden ve taş ocaklarının doldurulmasında kullanılmıştır. Kalan ~%1-2'lik kısmı ise tehlikeli atık olarak veya diğer bertaraf metotları ile bertaraf edilmiştir. Uçucu külün kullanımı uygun olan 5 termik santralde kül atıkları yönetiminin mevcut haliyle (depolamayla) devam etmesi halinde (Senaryo 1) transfer işlemleri için ilk yatırım maliyeti toplamda ~70,2 milyon $, depolama alanı ilk yatırım maliyeti toplamı ~175,5-439,1 milyon $ aralığında, ilk yatırım maliyetlerinin toplamı ise ~245,7-509,3 milyon $ aralığında hesaplanmıştır. Yıllık transfer maliyeti toplamı ~19,3 milyon $ ve depolama alanı işletme maliyeti toplamı ~47,6 milyon $ olmak üzere, tüm tesislerin toplam işletme maliyeti ~66,9 milyon $'dır. Aynı 5 termik santralin uçucu küllerinin kullanımının değerlendirilmesi (Senaryo 2) halinde transfer ilk yatırım maliyeti toplamda ~48,2 milyon $, depolama alanı ilk yatırım maliyeti toplamı ise ~127,3-317,9 milyon $ aralığında, ilk yatırım maliyetlerinin toplamı ise ~175,9-366,5 milyon $ aralığında hesaplanmıştır. Yıllık transfer maliyeti toplamı ~14,6 milyon $ ve depolama alanı işletme maliyeti toplamı ~34,4 milyon $ olmak üzere, tüm tesislerin toplam işletme maliyeti ~49 milyon $'dır. Kül atıkları yönetiminin mevcut haliyle devam etmesi hali için (Senaryo 1) kül yönetimi maliyeti 16 ila 23 $/ton iken, termik santrallerin uçucu küllerinin kullanılması halinde (Senaryo 2) 1 ila 19 $ aralığında değişmektedir. Senaryo 1'de TS-4'te 16-20 $/ton, TS-15'te 16-20 $/ton, TS-7 19-23 $/ton, TS-11'de 19-23 $/ton ve TS-13'te ise 19-23 $/ton olan kül atığı yönetim maliyeti, Senaryo 2'de sırasıyla 7-10 $/ton (%50-56 azalma), 1-3 $/ton (%85-94 azalma), 16-19 $/ton (%16-17 azalma), 11-14 $/ton (%39-42 azalma) ve 3-5 $/ton (%78-84 azalma)'a kadar düşmüştür. Sonuçlar, uçucu külün kullanımının termik santrallerin kül yönetim maliyetlerini azaltacağını göstermektedir. Bunun yanısıra bertaraf edilmesi gereken kül atıkları miktarındaki azalma sayesinde olası çevresel etkiler de engellenmiş olacaktır. Ayrıca hem çimento üretimi için hammadde kullanımı azaltılacak hem de bu hammaddelerin çıkarılması, ürün haline getirilmesi vb. dolaylı emisyonların da önüne geçilecektir.