TEKNİK MAKALE 3. Sayı (Temmuz Ağustos 2005)

Telekomünikasyon altyapısı ve elektrifikasyon alanlarında faaliyet gösteren Anel Grubu, geleceğe dönük yatırım rotasını ‘Atık Dönüşümü’ne çevirdi.
Bu amaçla nisan ayında kurulan ANELMAK şirketi ile çöpten enerji üretimi, katı atık imhası gibi Türkiye için yeni olan sektörlerde de yatırıma soyunan Anel Grubu, organik çöpleri plazma teknolojisi ile dönüştürerek hidrojen enerjisi üretmeyi hedefliyor. Plazma teknolojisiyle çevreye su buharı dışında hiçbir atık bırakılmıyor. Bu teknoloji ile aynı zamanda yüksek verimlilikte elektrik enerjisi de üretilebiliyor. Yenilenebilir Enerji Sistemi (YES) adı verilen bu sistem hakkında bilgi aldığımız ANELMAK Genel Müdürü Can Osman Türkmen, ‘Çöpten kurtulmak zorunda olan ve elektrik enerjisine ihtiyaç duyan herkes bizim müşterimizdir’ diyor...

Türkmen şöyle devam ediyor:

ANELMAK, çöp içerisindeki değerli maddelerin geri kazanılabileceği ve bir enerji kaynağı olarak kullanılabileceği gerçeğinden yola çıkıyor. Bunu yaparken de kanıtlanmış teknolojiler üzerine bina edilmiş ileri teknoloji, güvenli ve en önemlisi tamamen çevre dostu bir yöntem kullanarak çöpün bertaraf edilmesi, geri kazanılması ve enerji üretilmesinin mümkün olduğunu kanıtlamayı hedefliyor. Tıbbi atıklar, evsel atıklar, taşıt lastikleri, ev eşyaları, mobilya, endüstriyel atıklar, yağla kirlenmiş sıvı atıklar, kirlenmiş topraklar, ambalaj köpükleri, otomobil hurdası ve atıkları, tüm plastikler, kömür külleri, boyalar ve yağlar gibi hemen tüm çöp türlerini bertaraf etmek mümkün. Toplumlar ne kadar gelişirse ürettikleri çöp de o kadar artıyor. Kentlerin çevresinde yükselen çöp dağlarını artık görmemezlik edemeyiz. Yaşamımızda en ileri teknolojiyi kullanmak istiyoruz; ancak kaçınılmaz sonucu olan çöpü de istemiyoruz. İşte burada ANELMAK, Yenilenebilir Enerji Sistemini (YES) plazma teknolojisini sunuyor. YES Plazma Teknolojisi ile katı, sıvı veya gaz her türlü çöp bertaraf edilebiliyor. Biraz önce saydığım çöp türleri ayrıştırılmış veya karışık olarak kullanılabiliyor. Burada en önemli nokta, çöpün niteliğine göre işlem sonunda elde edilen ve enerji üretiminde kullanılacak olan ‘SG-Sentetik Gaz’ın miktar ve özelliğidir. YES ile hiçbir özel ön-işlem ve ayrıştırmaya (ekonomik nedenlerle gerekli görülmediği sürece) ihtiyaç duyulmuyor. Hatta, sıvı atıklar doğrudan plazma torch’una akıtılabilir.

Plazma ile Gaz Elde Sistemi ve Karşılaştırılması

Plazma teknolojisi ile gaz elde etmenin esası oksijen fakir ve çok yüksek ısı bulunan bir ortamda, maddenin moleküllerine ayrıştırılması ilkesine dayanıyor. Plazma teknolojisinde, diğer ısıl bertaraf yöntemlerinde olduğu gibi, ‘Yakma’ işlemi yok. Plazma ile organik çöpün içerisinde zaten bulunan kimyasal ve ısı enerjileri, SG içerisinde açığa çıkarılır. Plazma bilindiği gibi maddenin dördüncü halidir. Bir torch’a elektrik uygulanır ve bu torch’un elektrotları arasında bir ark yaratılır. Normal koşullarda elektriği iletmeyen gaz, bu iki elektrot arasından geçirilir ve böylece iç sıcaklığı 14000 ûC’ye kadar yükseltilmiş bir plazma elde edilir.

Söz konusu işlemin şeması şu şekildedir:

Burada torch’un ağzından yaklaşık 1 metre uzaklığa kadar ısı 2700-4500 ûC civarındadır. Bu yüksek ısı nedeniyle, bu ısıya maruz kalan maddeler tümüyle kimyasal bozulmaya uğrarlar ve temel bileşenlerine ayrılırlar. Bu işlem esnasında hiçbir dioksin, katran ve furan üretilmez. Bu sıcaklıklarda tüm metaller erir ve plazma fırınının dibinde magma olarak toplanır. Silis, toprak, beton, cam, taş vb. inorganik maddeler de cam cürufu halinde ve erimiş olarak magma içerisinde toplanır. Burada, diğer yakma tesislerinde olduğu gibi gömülecek zehirli ‘kül’ üretilmez. Plazma reaktörü için çöpün türü önemli değildir. Her tür çöpü işleyebilir. Burada en önemli husus, çöpün bertarafı için ihtiyaç duyulacak enerji miktarıdır. Sonuç olarak, yüksek oranlı nükleer atıklar hariç her türlü çöp önceden bir işleme gerek duyulmaksızın işlenebilir.

Reaktörler, hafif bir negatif basınç ile (üretilen gazın dışarı kaçmaması için) çalıştırılarak, özel hiçbir önleme gerek duymadan çalıştırılmaktadır. Reaktörden çıkan gaz kompresörlerle alınır. Reaktörler, sistemin kapasitesine göre 20 ton/saat çöp işleyebilme kapasitesine çıkabilmektedir. Uygulanan negatif basınçla konveyörden akıtılan çöp 1 metre kalınlığa kadar çıkarılabilmektedir. Böylelikle, sistemin kapasitesinin daha fazla miktarda çöpü işleyebilecek oranda ölçeklendirilmesi mümkün olmaktadır. Reaktörden kompresörlerle alınan gaz, diğer tüm benzer gaz elde etme tekniklerinde ortaya çıkan gaz ile karşılaştırıldığında, içindeki zararlı maddeler açısından daha temizdir. Böylelikle, gazın temizlenmesi de diğer yöntemlere göre daha ucuz ve kolaydır. Gaz elde etme sistemi, çöpün içeriğindeki nem oranından bağımsızdır. YES sisteminde, çöpün nem oranı sadece harcanacak enerjiyi ve maliyeti etkiler, ancak, sistemin işleyişini hiçbir şekilde etkilemez.

Çevresel Etkiler

Yukarıdaki tabloda, ANELMAK, YES Sistemi ile ABD Çevre Koruma Ajansı’nın (USEPA) standartlarını (Haziran 2002 tarihli AP, 42 nci Basım, Kitap 1, Bölüm 2 -Katı Atık Bertarafı-) karşılaştırmaktadır. Buradaki değerlerin, her bir tesis ve çöp için değişiklikler göstereceği unutulmamalıdır.

işlem Akış Şeması

Yukarıdaki şemada, cam cürufu, geri kazanılmış metaller, HCL ve sodyum bisülfit gibi kimyasal sıvılar; ethanol gibi sanayi ürünleri, elektrik ve damıtılmış su gibi değişik ürünler üretilebileceği gösteriliyor. Bu ürünler, tamamen müşterinin ihtiyaçlarına göre bir tesisin kurulabileceği gerçeğine işaret ediyor.

Çöp İşleme

Yukarıdaki şemada da görülebildiği gibi kamyonlarla gelen çöp tartılır ve dökme noktasından konveyöre boşaltılır. Burada gelen çöpü özelliğine göre (örneğin endüstriyel çöp ise torbalar içerisinde) ve yine müşterinin istekleri doğrultusunda (ihtiyaç duyulmamasına karşın önceden ayrıştırma dahil) ön işleme tabi tutmak her zaman mümkündür. Burada YES Sistemi tarafından ihtiyaç duyulabilecek tek ön işlem buzdolabı, dondurucu ve klima birimleri gibi çöpten ‘freon’ gazının boşaltılmasıdır. Tabii ki, çöp içerisinde ‘tehlikeli atık’ varsa bu çöp ayrı bir işleme tabi tutulacaktır. Sistemin ana ilkesi, çöpün mümkün olduğu kadar çabuk işlenmesidir. Çöpün miktarının, toplanma zamanlarında normal zamanlardan daha fazla olacağı unutulmamalıdır. Bu nedenle, çöpün bir bölümü gece, hafta sonları ve tatillerde işlenmek üzere biriktirilir. İri hacimli çöp parçalanır ve konveyöre belirlenen boyutta konulur. Böylelikle miktarı ne olursa olsun dökme alanı 3-4 günde bir tamamen çevrime uğrar. Dökme alanı olabilecek tüm aksaklıklara karşı çöp toplama alanı standartlarında yapılırlar ve bekleme anında herhangi bir çevresel zarar oluşturulmamaya çalışılır. Çöp doğrudan plazma reaktörüne gönderilir. Düzenli beslemeyi mümkün kılma amacıyla bir hidrolik şahmerdan kullanılır.

Isıl Dönüşüm

Çöp doğrudan ısıl dönüştürücünün üst kısmına gönderilir (bu bölüme aynı zamanda plazma gaz üreteci veya reaktör de denilmektedir) ve haznede biriktirilir. Hazneye yönlendirilmiş olan plazma torch(ları), haznenin dibinde 2700-4500 ÜC sıcaklık oluşturur. Buraya dökülen organik malzeme bu kadar yüksek sıcaklıkta oksijen olmadığından ötürü yanmaz. Böylelikle içeriğinde esas olarak karbon monoksit (CO), hidrojen (H2) ve nitrojen (N) bulunan bir gaz karışımı elde edilir. Bu karışım içeriğinde yüksek miktarda enerji bulunmaktadır ve sanayide bir çok şekilde kullanımı mümkündür. Bu sıcak gaz karışımı çöpün içinden reaktörün üst bölümünde biriktirilir. Yukarı çıkan gaz, ısı ile birlikte içinden geçtiği organik çöpte de gaz çıkışına neden olur. Esasen, konveyörden hazneye dökülen çöp, haznenin dibine eriştiğinde, muazzam ısı ile birlikte oksijensiz ortamda gaz haline gelmiştir. Reaktörün üstünden alınan gaz içinde CO, H2, su ve N bulunmaktadır. Ayrıca gaz içerisinde, örneğin erime noktası 1250 ÜC’den daha yüksek olan, ancak eser miktarda klorin (CL), hidrojen sülfid (H2S), parçacıklar, karbon dioksit (CO2) ve metaller bulunmaktadır. Düşük oksijen oranı ve yüksek sıcaklık nedeniyle, gaz içerisinde furan, dioksin, Nox ve sülfür dioksit oluşamaz. Reaktörden alınan gaz bir dizi gaz işleme tesisinden geçirilir ve soğutulur. Bu işlem sonucunda gazın ısısı 150 ÜC civarına düşürülür. Bu temiz gaz bir buhar türbinine verilerek elektrik elde edilir. Plazma torch’un ürettiği yüksek ısı ile toprak, cam, silis gibi bütün inorganik malzeme eritilir. Ergimiş metal ve cam haznenin altından magma halinde (yaklaşık 1.700ÜC’de) dışarı alınır. Dökme esnasında, tesisin özelliğine ve müşterinin isteğine göre magmanın su ile soğutulması sonucu metaller ayrılabilir. Görüleceği gibi bu ısıl işlemin sonucunda hiçbir atık ortaya çıkmaz. Tüm çöp metal ve cama veya SG’ye dönüştürülür. Ortaya çıkan yegane atık, yeniden kullanılabilen cam cürufudur. Bu ürün de asfalt yapımında, cam tuğla elde etmede veya süs eşyası yapımında kullanılabilir.

Gazın Temizlenmesi

Gaz soğutulma işleminden geçirilirken, içeriğindeki zararlı maddelerin yaklaşık %85’i çevrime yeniden dahil edilerek yok edilir. Ergime sıcaklığı yüksek eser miktarda metal de aynı işleme tabi tutulur. Nihayetinde kalan partiküller ise ergimiş magmanın içine dahil edilir. Cam cürufu geçirimsiz olduğundan, bu son derece zehirli atıklar cam cürufunun içine hapsedilir. Bilindiği üzere cam, içerisinde son derece zehirli maddeler bulunan, ancak geçirimsiz olmasından ötürü çevreye ve insan sağlığına hiçbir zararı olmayan çevre dostu bir maddedir. Cam cürufu, USEPA tarafından geçirgenlik testlerine tabi tutulmuş ve standartları karşıladığı belirlenmiştir. İkinci aşamada SG, içindeki hidroklorük asitin alındığı bir gaz temizleme aygıtından (scrubber) geçirilir ve seyrelmiş HCL suyu elde edilir. Bu su bir dizi membrandan geçirilerek içeriğindeki metal ve partiküller alınır. Bu metal ve partiküller tekrar sisteme verilir. Elde edilen HCL suyu %15-20 oranında konsantre edilerek sanayiye satılır. Sonuçta kalan soğutulmuş SG, bir buhar türbinine verilerek elektrik enerjisi elde edilir. SG içerisindeki su yoğunlaştırılarak tesisin gereksinimleri için kullanılır. Gazın içindeki H2S, sülfür diokside (SO2) dönüştürülür. Buhar türbininden çıkan atık ise başka bir ıslak gaz dönüştürücüye gönderilerek sodyum bisülfit (NHSO3) elde edilir.

Buhar ve Enerji Üretimi

Ana soğutucudan gelen buhar bir türbine verilerek elektrik elde edilir. Üretilen elektriğin bir kısmı tesis için kullanılır. SG, kombine bir gaz/buhar çevrim türbinine girer. Türbinden çıkan sintine sıcaklığı 150 ÜC civarındadır. Daha düşük sıcaklıklardaki buhar yoğunlaştırılarak temizlik suyu olarak kullanılır. Teorik olarak, çöpün nem oranına bağlı olmakla birlikte çöpün tonu başına 1 MW elektrik enerjisi üretebileceği hesaplanmaktadır. Ancak, pratikte bu oran çöpün özelliğin bağlı olarak oldukça büyük değişiklikler gösterebilmektedir.

Çöpün Tümünün Dönüşümü

Her tesis kendine özgü tasarlanmakla birlikte, biraz önce değindiğimiz çok disiplinli (geri kazanım, kimyasal, gaz, elektrik v.b.) tesisin dönüşüm oranı yaklaşık %99’dur. Yani, girişte verilen çöp; cam cürufu, metal veya SG olarak %99 oranında dönüştürülür. Kalan %1’lik bölüm ise, konsantre HCL suyu, metal ve cam cürufu içerir.

Kanıtlanmış Teknolojiler

Gaz elde etme sistemi, tasarımı da dahil olmak üzere, plazma torchları, güç kaynağı, gaz kontrol sistemi, işletmeye alma ve eğitim ANELMAK’ın teknoloji ortakları olan üretici firmalar tarafından sağlanacaktır. Böyle bir tesisin kurulması için gerekli olan ve ANELMAK’ın, ANEL ve MAKYAL gruplarından elde ettiği sinerji ile inşaat, mekanik, elektrik, elektronik ve işletme deneyimleri zaten mevcuttur.

YES Sistemi, hem Avrupa Birliği, hem de ABD Çevre Koruma Ajansı’nın standartlarını karşılayacak Hava Kirliliği Kontrol Birimleri de yine ANELMAK’ın teknoloji ortakları tarafından sağlanacaktır. Bu birimler tasarım ve mühendisliği de kapsayan, ıslak gaz işleme birimleri, (wet scrubber), sülfür arıtma sistemi, elektrostatik algılayıcı (precipitator), kontrol sistem ve teçhizatı, işletmeye alma ve eğitim işleridir. ANELMAK’ın teknoloji ortakları alanlarında birçok çalışan tesisi başarıyla bitirmiş ve haklı bir ün yapmış firma ve kuruluşlardır.

Temiz, Estetik ve Çevre Dostu İşletme

ANELMAK YES Tesisi, diğer herhangi bir çöp tesisine kesinlikle benzemeyecek. Çöp dökme alanı tesis içerisinde bulunduğundan, dışarıdan çöp gözükmez. İşlemde ihtiyaç duyulan hava sirkülasyonu dökme alanından çekildiğinden, dökme alanı her zaman negatif basınçtadır. Böylelikle dışarıya hiçbir koku çıkmaz, işlemde ortaya çıkan tüm buhar da zaten sistemde kullanılmaktadır. Bütün işlem kapalı bir çevrimde gerçekleştirilerek dışarıya gürültü ve kir-pas çıkışı önlenir. Tesis, mümkün olduğu kadar çok kamyonun giriş-çıkışına imkan verecek şekilde tasarlanmıştır. Böylelikle, tesise ilave yapmak her zaman mümkün hale getirilmiştir.

Tipik bir tesisi şu şekilde düşünebiliriz. Tahmini Maliyetler

Doğası gereği her işletme özel olarak tasarlandığından, tek tip bir maliyet vermek mümkün değildir. Ancak, bütçe fiyatları açısından, sadece elektrik üretimini amaçlayan, günde 700 ton ağırlıklı olarak organik çöp işleyen, 25 yıllık Yap-İşlet proje modeli ile yatırımı yapılmış bir tesisin maliyetinin 14-$/ton civarında olacağı söylenebilir. Böyle bir tesisin, aynı kapasitede bir yakma tesisinin yaklaşık 15 $/ton olan maliyeti ile karşılaştırıldığında (YES Sisteminin avantajları dikkate alınmadan dahi) daha ucuz olduğu açıktır.

Şu aşamada Türkiye’de çok yeni bir konsept olmasına rağmen çok büyük ilgi gördük.

Çöpten kurtulmak zorunda olan, elektrik enerjisine ihtiyaç duyan herkes bizim müşterimiz. Bu aşamada biz devletin daha uzun süreçte bu işe yakınlaşacağını varsaydık. Öncelik turizm yatırım bölgeleri, organize sanayi bölgeleri ve serbest bölgelerinin otoprodüktör olma yetkileri var. Çöplerini kendilerini topluyorlar. Çöpten kurtulmak zorundalar ve elektrik enerjisine ihtiyaçları var.

Dolayısıyla da bizimle bire bir çakışıyor. Ama bu arada belediyelerden de yoğun bir ilgi görüyoruz. Katı atıktan yola çıkıyor olmamıza rağmen, bir yenilenebilir enerji sistemi olduğuna inanıyoruz. Adını da onun için Yenilenebilir Enerji Sistemi koyduk.