54 / 76
52
Doğalgaz •
Mayıs / Haziran 2017
ÇEVİRİ
Şekil 1.
Elektrokimyasal Membran Hücresinde Karbondioksit aktarımı:
Karbondioksit katodda bir oksidan olarak kullanılmakta ve karbonat iyonları
vasıtası ile anoda aktarılmaktadır.
Şekil 2.
CEPACS CO
2
Ayrıştırma ve Elektrik Üretim Sistemi Konsepti: Bu sistem
çok farklı CO
2
-içeren sera gazı türü ile kullanılabilmektedir.
tarafına ise bir destekleyici yakıt verilir. ECM teknolojisi kömür ve
biyo kütle temelli sentez gazı, doğal gaz, ve biyo gaz (örneğin ana-
erob çürütücü gazı) gibi farklı metan-içeren yakıtlar ile uyumludur.
Doğal gaz, bu çalışma için destekleyici yakıt kaynağı olarak kabul
edilmiştir. ECM hücresinin iç yenileme kapasitesi sebebi ile yakıt
içerisindeki metan aşağıda belirtilen reaksiyon temelinde hidroje-
ne çevrilir (buhar ile yenileme):
(1)
Yakalanan Karbondioksit
Doğalgaz/Biyogaz
Isı
İç İyileştirme
Anod
Anod Katalizörü
Katod Katalizörü
Elektrolit
Katod
Çıkartılmış Gaz
Baca Gazı
Şebekeye Giden Ultra-Temiz Elektrik
Konvansiyonel
Doğal Gazlı Ya Da
Kömürlü Tesis
Katod
Anod
%3 İla %20+ CO
2
’ye
Sahip Baca Gazı
Sıvılaştırılmış CO
2
Sekuastrasyona Ya Da
Endüstriyel Kullanıma
Gönderilir
Ayrıştırılan 1 Ton CO
2
Başına Yaklaşık 1 MWh
Elektrik Üreten ECM
Elektrik Üretim Tesisi
Karbondioksiti Ayrıştırılmış
Baca Gazı
Saflaştırma ve
Sıkıştırma
Artık
İşlem
Suyu
Yaklaşık %70 CO
2
’ye
Sahip Ayrıştırılmış Yakıt
Hidrojen, anodda bir reaktan olarak kullanılır. Baca gazı içeri-
sinde mevcut olan karbon dioksit ve oksijen katodda reaktanlar
olarak kullanılırlar. ECM hücre katodundaki elektrokimyasal reak-
siyon (Şekil 1) O
2
, CO
2
ve iki elektronun kombinasyonu vasıtası ile
karbonat iyonları (CO
3
2-
) oluşturulmasını içerir. Katodda üretilen
karbonat iyonları hücre içerisindeki elektrolit vasıtası ile anot ta-
rafına göç eder. Anodda, karbonat iyonu ile H
2
arasındaki reaksi-
yon H
2
O, CO
2
ve iki elektron üretir. ECM hücresi içerisinde karbonat
iyonlarının iç aktarımı ve dış devre içinde elektronların akışı kar-
bondioksit ayrıştırma sürecinin bir sonucu olarak elektrik üretimi
sağlar. Üretilen DC gücü bir dönüştürücü vasıtası ile AC gücüne
çevrilir. ECM hücresinin çalışma mekanizması karbondioksitin baca
gazından ayrılmasını ve baca gaz akışına kıyasla çok daha az ha-
cimsel akışa sahip olan anod egzoz akışına aktarılmasını sağlar.
Karbondioksit açısından zengin olan anod egzoz gazı, takip eden
CEPACS sistem süreç konseptinde açıklandığı şekilde, sekuastras-
yon amacıyla CO
2-
’nin saflaştırılması için ECM temelli CEPACS sis-
temi içerisinde daha detaylı işlenir.
ECM hücresi 550-560°C ve atmosfer basıncında çalışır. Kon-
vansiyonel membranlardan farklı olarak, bir ECM hücresi içerisinde
CO
2
ayrıştırmanın arkasındaki itici güç, membran boyunca olan
basınç farkı değil, elektrokimyasal potansiyeldir. Bu sebeple, baca
gazının basınçlandırılmasına gerek olmamaktadır. ECM, baca gazı
içerisinde mevcut olan N
2
’ye kıyasla CO
2
için eksiksiz seçilebilirlik
sağlar. Çalışma ısısındaki hızlı elektrod kinetikleri ECM’yi hacmen
%3 ila %20 arasında baca gazları içeren ve tipik olarak kömürlü ya
da doğal gazlı elektrik üretim tesislerinde görülen baca gazları için
uygun kılar. Düzlemsel geometri ve büyük gaz akış kanalları sebebi
ile, ciddi oranda geri basınçlar (su kolonunun 5-8 cm aralığında
basınç azalması) olmaksızın büyük baca gazı akış oranlarını işle-
yebilmektedir. ECM membranı pahalı olmayan organik materyal-
lerden üretilmiş olup modüler bir teknolojiye sahiptir. Düzlemsel
ECM hücre kurulumları MW-ölçekli modüllerin içerisine istiflenip
yerleştirilebilmektedir. Bu teknoloji, sistemin büyütülebilmesi ve
taşınabilmesi imkanını da sunmaktadır. Neredeyse her türlü CO
2
salınımlı tesis türüne uygulanacak olan marjinal aşamalı uygula-
malar için uygundur. ECM modülünün ticarileştirilmesinin, büyük
ölçüde FCE’nin DFC ticarileştirme tecrübesi desteği ile gerçekleş-
mesi beklenmektedir. FCE’nin global DFC üretim kapasitesi yılda
200 MW seviyesindedir.
1.2 CEPACS Sistemi – Süreç Konsepti
FCE, CEPACS sistem konseptini (ABD patent numarası
7,396,603 B2) sera gazı emisyonlarının azaltılmasına yönelik yeni
bir çözüm olarak geliştirmiştir. CEPACS sistem konseptinin basit-
leştirilmiş bir şeması Şekil 2’de verilmiştir.
Örneğin, bir tozlaşmış kömür gibi fosil yakıtla çalışan bir elekt-
rik üretim tesisinden ya da bir başka endüstriyel kaynaktan çıkan
CO
2
içeren baca gazı ECM katodu için oksidan olarak kullanılır.
Elektrokimyasal elektrik üretim döngüsünü tamamlamak amacıy-
la gerekli olan hidrojeni sağlamak için örneğin doğal gaz gibi bir
destek yakıtı hücre içinde yeniden oluşturulmaktadır. CO
2
açısın-
dan zengin olan egzoz gazı, CO
2
’yi sekuastrasyon amacıyla daha
fazla konsantre hale getirmek ve kompreslemek amacıyla ECM
temelli CEPACS sistemi içerisinde işleme tabii tutulur. H
2
O (yani
ECM anod-tarafı elektrokimyasal reaksyionun ürünü), aşağı akın-
tı işlemi sırasında basit kondansasyon vasıtası ile ayrıştırılır. Buna
ilave olarak CO açısından zengin anod egzoz akıntısı içerisinde kul-
lanılmayan yakıt (özellikle H
2
) mevcuttur. Bu artık H
2
CO
2
’nin sıvı-
laştırılması yöntemi ile ayrıştırılır. Su kondanse edilip çıkartıldıktan
ve H
2
atıldıktan sonra, geri kalan CO
2-
yakalama akıntısı sıkıştırma
(süper-kritik sıvının pompalanması) ve sekuastrasyon için hazır
olacaktır. C0
2
’den arındırılmış katod egzozu (CO
2
çıkartıldıktan
sonra geri kalan baca gazı), süreçte kullanılmak üzere ısının geri
kazanılmasının (besleme akıntılarının ön ısıtılması, buhar üretme
gibi) ardından atmosfere salınır. CO
2
açısından zengin anod egzoz
akıntısının sonraki-işlemi sırasında kondanse olan su, destekleyici
yakıt içindeki CH
4
’ün hücre içinde yeniden oluşturulması için ge-
rekli olan suyu (buharı) sağlamak için kullanılmaktadır ve bu da
dışarıdan süreç suyu kullanılması ihtiyacını ortadan kaldırmaktadır.
CO
2
açısından zengin anod egzoz akıntısının sonraki-işlemi sırasın-