Karbon Yakalama ve Depolama (İngilizce: Carbon Capture and Storage – CCS), enerji üretim tesisleri, çelik, çimento ve kimya sanayii gibi büyük ölçekli endüstriyel kaynaklardan çıkan karbondioksit (CO₂) emisyonlarının, atmosfere ulaşmadan önce endüstriyel süreçler veya yakma işlemleri sırasında ayrıştırılması, yüksek basınç altında taşınması ve uzun vadeli olarak yer altındaki uygun jeolojik yapılar içinde muhafaza edilmesi esasına dayanan bir teknolojik uygulamalar bütünüdür. Temel hedefi, sera gazı emisyonlarını azaltarak atmosferdeki CO₂ yoğunluğunu düşürmek ve böylece küresel ısınma ile iklim değişikliğinin olumsuz etkilerini sınırlamaktır. CCS, özellikle enerji üretiminde fosil yakıt kullanımının yüksek olduğu ülkelerde, kısa ve orta vadede karbon emisyonlarının azaltılmasında geçiş dönemi çözümü olarak değerlendirilmekte; yenilenebilir enerjiye geçiş sürecinde tamamlayıcı bir rol üstlenmektedir.

Tarihsel Gelişim ve Kullanım Amaçları

Karbon yakalama teknolojilerinin temelleri 1970’li yıllara uzanır. İlk dönem uygulamaların ana motivasyonu, iklim değişikliğini önlemekten çok ekonomik fayda sağlamaktı. Bu dönemde yaşanan petrol krizleri – özellikle İran İslam Devrimi ve İran-Irak Savaşı’nın yol açtığı arz daralmaları ve fiyat artışları – petrol şirketlerini, mevcut rezervlerden daha fazla üretim elde edebilecek yöntemlere yönlendirdi. Yakalanan CO₂, Geliştirilmiş Petrol Üretimi (Enhanced Oil Recovery – EOR) yöntemiyle tükenmeye yüz tutmuş petrol sahalarına enjekte edilerek, kuyulardaki petrolün basınç yoluyla yüzeye çıkarılması sağlandı. Böylece, gaz üreticileri yakaladıkları CO₂’i satarak ek gelir elde ederken, petrol üreticileri de üretim miktarlarını artırabildi. Bu yöntem uzun yıllar boyunca teknolojinin başlıca kullanım alanı oldu ve tahminlere göre 1970’lerden bu yana yakalanan CO₂’nin yaklaşık %80 ila %90’ı EOR amacıyla kullanıldı.

1990’lı yıllardan itibaren, küresel iklim değişikliğine yönelik bilimsel kanıtların güçlenmesi ve Birleşmiş Milletler İklim Değişikliği Çerçeve Sözleşmesi gibi uluslararası anlaşmaların yürürlüğe girmesi, CCS teknolojisinin iklim kriziyle mücadeledeki potansiyel rolünü ön plana çıkardı. Bu dönemde, CO₂’nin yalnızca ticari bir kaynak olarak değil, aynı zamanda uzun vadeli depolama yoluyla atmosfere salınımını engelleyen stratejik bir iklim politikası aracı olduğu kabul görmeye başladı.

Karbon Yakalama Teknolojilerinin Türleri

Karbon yakalama teknolojileri, karbondioksitin (CO₂) yakalandıktan sonraki kullanım veya depolama biçimine göre sınıflandırılır. Her bir teknoloji, farklı mühendislik uygulamalarına, ekonomik modellere ve çevresel sonuçlara sahiptir.

Karbon Yakalama ve Depolama (CCS)

CCS, yakalanan CO₂’nin herhangi bir ticari kullanım amacı olmadan, uzun vadeli ve kalıcı olarak yer altındaki jeolojik formasyonlarda depolanması esasına dayanır. Bu işlem, genellikle tükenmiş petrol ve doğal gaz rezervleri, derin tuz akiferleri veya bazalt formasyonları gibi geçirgen yapılar içine enjeksiyonla gerçekleştirilir. Depolama alanlarının, CO₂’nin yer altından yüzeye sızmasını engelleyecek geçirimsiz bir örtü kaya (cap rock) tabakasına sahip olması gerekir. Küresel ölçekte yürütülen karbon yakalama faaliyetleri içinde CCS’in payının yaklaşık %27 olduğu bildirilmektedir.

Karbon Yakalama ve Kullanma (CCU)

CCU teknolojilerinde, yakalanan CO₂ depolama yerine endüstriyel süreçlerde hammadde olarak değerlendirilir. Bu yaklaşım, CO₂’nin çeşitli kimyasal ve biyolojik dönüşüm süreçleriyle metanol, üre, sentetik yakıtlar, plastikler, karbonatlar veya çimento gibi ürünlere dönüştürülmesini kapsar. CCU’nun mevcut karbon yakalama uygulamaları içindeki payı %1’in altında olup, ekonomik değeri yüksek ürünler elde etme potansiyeline rağmen uzun vadeli iklim etkisi tartışmalıdır; zira bu ürünlerin çoğu kullanım ömrü sonunda CO₂’yi tekrar atmosfere salmaktadır.

Karbon Yakalama, Kullanma ve Depolama (CCUS)

CCUS, yakalanan CO₂’nin önce bir amaç doğrultusunda kullanılması ve ardından kalıcı depolamaya tabi tutulmasını içerir. En yaygın uygulaması, Geliştirilmiş Petrol Üretimi (Enhanced Oil Recovery – EOR) olup, bu yöntemde CO₂ petrol rezervuarlarına enjekte edilerek petrolün üretilebilirliği artırılır. Kullanım sürecinden sonra, CO₂ rezervuar içinde kalıcı olarak depolanır. Dünya genelindeki karbon yakalama faaliyetlerinin yaklaşık %73’ü CCUS kapsamında yürütülmektedir. Ancak bu yöntemin, daha fazla fosil yakıt üretimini teşvik etmesi nedeniyle yeni emisyonlara yol açabileceği eleştirilmektedir.

Doğrudan Havadan Yakalama (Direct Air Capture – DAC)

DAC, bacalar veya endüstriyel kaynaklar gibi noktasal emisyon kaynaklarından değil, doğrudan atmosferin genel hava kütlesinden CO₂ yakalayan sistemlerdir. Kimyasal çözeltiler veya katı sorbentler aracılığıyla CO₂ molekülleri ayrıştırılır ve daha sonra yüksek saflıkta sıkıştırılarak depolanır (DACCS) veya endüstriyel amaçlarla kullanılabilir. DAC, mevcut atmosferik CO₂ seviyesini azaltma potansiyeli nedeniyle uzun vadeli iklim stratejilerinde önemli bir yer tutmaktadır.

Biyokütle Enerjisiyle Karbon Yakalama (BECCS)

BECCS, biyokütlenin (örneğin odun, tarımsal atıklar veya enerji bitkileri) enerji üretimi amacıyla yakılması sırasında ortaya çıkan CO₂’nin yakalanarak depolanması sürecidir. Biyokütle büyüme sürecinde atmosferden CO₂ emdiği için, BECCS uygulamaları teorik olarak “net negatif emisyon” sağlama potansiyeline sahiptir. Ancak bu yöntemin biyokütle tedarik zinciri, arazi kullanımı ve ekosistem etkileri dikkate alınmadan uygulanması, çevresel ve sosyal açıdan riskler doğurabilir.

Karbon Yakalama ve Depolama Süreci

Karbon Yakalama ve Depolama (CCS) süreci, atmosferik karbondioksit (CO₂) emisyonlarının azaltılması amacıyla tasarlanmış, birbiriyle bağlantılı üç temel aşamadan oluşur: yakalama, taşıma ve depolama. Her aşama, farklı mühendislik çözümleri, altyapılar ve güvenlik gereklilikleri içerir.

Yakalama

Yakalama aşaması, CO₂’nin diğer gazlardan ayrıştırıldığı ve genellikle sürecin en yüksek maliyetli adımını oluşturan kısımdır. Yakalama, farklı teknolojik yaklaşımlar kullanılarak gerçekleştirilebilir:

• Yanma Sonrası (Post-combustion): En yaygın uygulama biçimidir. Fosil yakıtlar yakıldıktan sonra oluşan baca gazı, genellikle amin bazlı kimyasal çözücüler kullanılarak CO₂’den arındırılır. CO₂, ısı ile çözücüden ayrılır; çözücü yeniden kullanılmak üzere geri kazanılır. Bu yöntem, mevcut enerji santrallerine görece kolay uyarlanabilir olması nedeniyle yaygın olarak tercih edilir.
• Yanma Öncesi (Pre-combustion): Bu yöntemde fosil yakıt, yanma işleminden önce buhar ve oksijenle reaksiyona sokularak hidrojen ve karbonmonoksit içeren bir sentez gazına dönüştürülür. Ardından karbonmonoksit, su ile reaksiyona girerek CO₂ ve daha fazla hidrojen üretir. CO₂, bu aşamada yüksek basınçta ayrıştırıldığı için süreç verimliliği yüksektir.
• Oksi-Yakıt Yanma (Oxy-fuel combustion): Yakıt, hava yerine yüksek saflıkta oksijenle yakılır. Bu işlem sonucunda baca gazı neredeyse tamamen su buharı ve CO₂’den oluşur. Su buharı yoğuşturularak ayrıldığında geriye yüksek saflıkta CO₂ kalır; bu da ayrıştırma sürecini basitleştirir.

Taşıma

Yakalanan CO₂, depolama sahasına taşınmadan önce yüksek basınç altında sıkıştırılarak sıvı veya süperkritik akışkan haline getirilir. Bu işlem, taşınacak hacmi azaltır ve iletim verimliliğini artırır. Taşıma için başlıca yöntemler şunlardır:

• Boru hatları: Sürekli ve yüksek kapasiteli taşıma için en yaygın yöntemdir. Karasal ve deniz altı hatları kullanılabilir.
• Tankerler ve gemiler: Özellikle uzun mesafeli veya denizaşırı taşımalar için uygundur.
• Konteyner sistemleri: Daha küçük ölçekli veya pilot projelerde tercih edilir.

Depolama

Depolama aşamasında CO₂, yerin yüzlerce ila binlerce metre altındaki gözenekli kaya formasyonlarına enjekte edilir. Depolama güvenliği, jeolojik özelliklere bağlıdır. Uygun depolama ortamları şunlardır:

• Tükenmiş petrol ve doğal gaz rezervuarları: Yüz binlerce yıl boyunca hidrokarbonları tutabilmiş bu yapılar, CO₂ depolama açısından güvenilir kabul edilir.
• Derin salin akiferleri: Tuzlu su içeren ve yüzeye çıkışı olmayan geniş gözenekli kaya formasyonlarıdır.
• İşletilemeyen kömür yatakları: CO₂, kömürün yapısında adsorbe edilerek depolanabilir.
• Tuz mağaraları: Yüksek basınç ve sızdırmazlık özellikleriyle kısa veya orta vadeli depolama çözümlerinde kullanılabilir.

Depolama sürecinin uzun vadeli güvenliği, üç ana mekanizmayla sağlanır: yapısal kapanım (örtü kaya tabakası), çözünme kapanımı (CO₂’nin yer altı suyunda çözünmesi) ve mineral kapanımı (CO₂’nin kayaç mineralleriyle reaksiyona girerek karbonat minerallerine dönüşmesi).

İklim Değişikliğiyle Mücadeledeki Rolü ve Beklentiler

Hükümetlerarası İklim Değişikliği Paneli (IPCC) ve Uluslararası Enerji Ajansı (IEA), CCS teknolojisinin Paris Anlaşması’nın 1,5°C veya 2°C sıcaklık artışı sınırları içinde kalma hedefleri için kritik önemde olduğunu belirtmektedir. Özellikle çimento, demir-çelik ve kimya sanayi gibi karbonsuzlaştırılması teknik olarak zor sektörlerde, CCS’nin emisyon azaltımı potansiyeli büyüktür.

Mevcut kapasite ile hedefler arasında belirgin bir fark bulunmaktadır. 2022 itibarıyla dünya genelindeki büyük ölçekli tesislerin yıllık CO₂ yakalama kapasitesi yaklaşık 45 milyon ton düzeyindedir.^【1】  IEA’nın Net Sıfır Emisyon Senaryosu’na göre, 2030’a kadar bu kapasitenin yılda 1,2 milyar tonun üzerine çıkması gerekmektedir.^【2】  Bu fark, teknolojinin yaygınlaşabilmesi için büyük ölçekli yatırımların, finansman modellerinin ve uzun vadeli politika desteğinin hızla hayata geçirilmesini zorunlu kılmaktadır.  

Karbon Yakalama ve Depolama Teknolojisinin Zorlukları

Karbon Yakalama ve Depolama (CCS) teknolojilerinin geniş ölçekli uygulamalarının önünde teknik, ekonomik ve politik düzeylerde çok sayıda etken bulunmaktadır. Bu etkenler, teknolojinin iklim değişikliğiyle mücadelede beklenen etkiyi sağlayabilmesi için çözülmesi gereken temel konuları ortaya koymaktadır.

Yüksek Maliyetler ve Finansal Riskler

CCS projeleri, hem ilk yatırım hem de işletme maliyetleri bakımından yüksek bütçe gerektiren girişimlerdir. Özellikle yakalama aşaması enerji yoğun olup, tesisin net enerji üretim verimini düşürür. Bu durum, karbon yakalamanın birim maliyetini artırarak ekonomik sürdürülebilirliği zorlaştırır. Finansal olarak uygulanabilir hale gelebilmesi için çoğu projede karbon fiyatlandırma mekanizmaları, devlet destekleri veya doğrudan sübvansiyonlar devreye girmektedir. Örneğin, Avrupa’daki planlanan CCS projelerinin toplam maliyetinin vergi mükellefleri üzerinde yaklaşık 140 milyar avroluk bir yük oluşturabileceği tahmin edilmektedir.

Teknolojik Olgunluk ve Performans Sorunları

Büyük ölçekli CCS projelerinin geçmiş uygulamalarında, hedeflenen yakalama oranlarına ulaşamama, teknik arızalar, bütçe aşımları ve zaman planlaması sorunları sıkça rapor edilmiştir. Bazı değerlendirmeler, tamamlanamayan veya hedef performansına ulaşamayan projelerin oranının %90’a kadar çıkabildiğini göstermektedir. Bu durum, teknolojinin güvenilirliği ve uzun vadeli ölçeklenebilirliği konusunda soru işaretleri doğurmaktadır.

Fosil Yakıt Bağımlılığını Sürdürme Eleştirileri

Özellikle Karbon Yakalama, Kullanma ve Depolama (CCUS) biçiminde uygulandığında, CCS’in fosil yakıt endüstrisinin ömrünü uzatan bir araç olarak işlev görebileceği yönünde eleştiriler bulunmaktadır. Yakalanan CO₂’nin önemli bir bölümünün Geliştirilmiş Petrol Üretimi (EOR) süreçlerinde kullanılması, karbon yoğun üretim sistemlerinin devamlılığını desteklediği ve ilave emisyonlara yol açabileceği yönünde tartışmalara neden olmaktadır.

Depolama Güvenliği ve Uzun Vadeli Sorumluluk

Depolanan CO₂’nin yüz binlerce yıl boyunca yer altında güvenli biçimde kalması, teknolojinin çevresel güvenilirliği açısından kritik bir unsurdur. Depolama alanlarının seçiminde jeolojik uygunluk, geçirimsiz örtü kaya varlığı ve sızıntı riskinin düşük olması temel kriterlerdir. Ancak olası sızıntılar, yerel ekosistemler ve yeraltı su kaynakları üzerinde ciddi olumsuz etkiler yaratabilir. Bu nedenle depolama tesislerinin uzun süreli izleme, bakım ve yönetim gereklilikleri bulunmaktadır. Bu durum, hem ek maliyet hem de yasal sorumluluk yükümlülüklerini artırmaktadır.

Politikalar ve Yasal Çerçeveler

CCS’in güvenli ve etkin bir şekilde uygulanabilmesi, net ve bağlayıcı yasal düzenlemelere bağlıdır. Avrupa Birliği (AB), 2050 yılı net sıfır hedefi kapsamında “Endüstriyel Karbon Yönetimi Stratejisi”ni geliştirmiştir. Bu strateji, karbon yakalama teknolojilerinin yaygınlaştırılması, teknik kapasitenin artırılması ve sektörel entegrasyonun sağlanmasını hedeflemektedir.

AB ayrıca, karbon giderim faaliyetlerinin doğruluğunu ve şeffaflığını sağlamak amacıyla “Karbon Giderim Sertifikasyon Sistemi”ni kurmuştur. Bu sistem, yürütülen projelerin ölçülebilir olması, ilave fayda sağlaması, uzun süreli depolama sunması ve genel sürdürülebilirlik hedefleriyle uyumlu olmasını şart koşar. Böylece hem yeşil aklama (greenwashing) risklerinin önüne geçilmesi hem de özel sektör yatırımlarının güven ortamında teşvik edilmesi amaçlanmaktadır.