Paylaşım TarihiEylül 5, 2022
İnsan kaynaklı iklim değişikliğiyle mücadele ve düşük karbonlu kalkınma çalışmaları artan bir ivmeyle gündemdeki yerini korumaya devam etmektedir. Başta Avrupa olmak üzere, dünya genelinde bu mücadeleye yönelik adımlar güç kazanmaktadır. Şüphesiz ki bu adımlar, devamlı gelişen ve büyüyen sanayi sektörünü, özellikle çimento, demir-çelik, alüminyum gibi yüksek emisyona sahip üretim faaliyetlerini yakından ilgilendirmektedir. Son dönemde sıkça konuşulan Avrupa Yeşil Mutabakatı (AYM), Emisyon Ticaret Sistemi (ETS), Sınırda Karbon Düzenleme Mekanizması (SKDM) gibi yeni düzenlemelere ayak uydurması gereken bu sektörlerde düşük karbonlu üretim ve kalkınma yolunda atılacak adımlar araştırılmakta, alternatif seçenekler değerlendirilmektedir. Bu yazıda, inşaat ve otomotiv gibi önde gelen sektörlere büyük oranda girdi sağlayan çelik sektöründeki karbonsuzlaşma arayışlarına değinilecektir.
Dünya genelinde birçok değer zincirini yakından etkileyen ve bu sebeple stratejik sektörler arasında yerini bulan çelik sektörü, küresel CO2 emisyonlarının yaklaşık %7’sinden sorumludur. Dolayısıyla çelik sanayii, düşük karbonlu kalkınmaya giden yoldaki kilit sektörler arasında yer almaktadır.
Türkiye’de kurulan ilk çelik üretim tesisleri, kamu kaynakları ile oluşturulan entegre üretim tesisleridir (Yüksek Fırın-Bazik Oksijen Fırını, YF-BOF olarak da bilinmektedir). 1980’li yıllardan itibaren Türkiye’de özel sektörün düşük yatırım maliyeti ve daha hızlı geri dönüş oranlarına sahip Elektrikli Ark Ocağı (EAO) tesislerine yatırım yapmasıyla birlikte, EAO tesislerinin sayısı hızla artmaya başlamıştır. Günümüzde, entegre üretim tesisleri Türkiye’nin toplam çelik üretiminin yaklaşık %30’unu oluştururken, çelik üretiminin kalan kısmı EAO ve indüksiyon fırını (IF) tesislerinde gerçekleşmektedir. Türkiye, dünya çapında çelik üretimi ve ihracatı bakımından kritik bir konumda bulunmaktadır. Çelik üretiminde 2021 yılında dünyada 7. sırada yer alan Türkiye, Avrupa’da ise 1. sıraya yükselmiştir.1 Bu nedenle düşük karbonlu kalkınmaya yönelik gelişmeler, Türkiye’deki çelik üretimi ve ihracatını yakından ilgilendirmektedir.
Resmi istatistiklere göre çelik sektörü, Türkiye’nin 2020 yılı toplam CO2 emisyonları içinde yaklaşık %9,4’lük bir paya sahiptir.2 Türk çelik sektörü, üretiminin büyük bölümünü nispeten daha az emisyona sebep olan EAO ve IF tesislerinde gerçekleştiren yapısı ile CO2 emisyonları açısından dünyaya göre daha avantajlı bir konumdadır. EAO ve IF teknolojilerinin üretim sepetindeki görece yüksek payı dikkate alındığında, Türkiye çelik sektörü, doğrudan emisyonlardan kaynaklı potansiyel karbon maliyetleri açısından da AB pazarındaki rakiplerine göre daha avantajlı olarak değerlendirilebilmektedir. Ancak, Türkiye’de elektrik üretiminden kaynaklanan yüksek sera gazı emisyonları nedeniyle, EAO ve IF tesislerinin Kapsam 2 dolaylı emisyonları, Türk çelik sektörü için önemli bir zorluk teşkil etmekte olup elektrik tüketiminden kaynaklı emisyonların azaltımına yönelik değişikliklere ihtiyaç duyulmaktadır.
Hükümetler tarafından açıklanan karbon nötr hedefler ve Avrupa Birliği’nin SKDM uygulaması açıklamasıyla birlikte, yeni ve düşük karbonlu üretim teknolojilerine yönelik araştırmalar hızlanırken, tüm çelik endüstrisinde CO2 emisyonlarını azaltma önlemleri almak için dünya çapında adımlar atılmaya başlanmıştır. Ayrıca, AB’deki üreticilere ETS kapsamında verilen CO2 izinlerinin sıkılaştırılacak olması, AB’deki üreticilerin emisyon azaltıcı teknolojilere geçiş arayışlarını da hızlandırmıştır. Döngüsel ve karbon nötr bir ekonomiyi hedefleyen Avrupa merkezli şirketleri ve paydaşları temsil eden lider kuruluşlardan Hydrogen Europe tarafından hazırlanan bir rapora göre, 2021 Haziran ayı itibarıyla, dünya genelinde, çelik sektörünün karbonsuzlaştırılmasına yönelik 47 proje uygulaması bulunmaktadır.3 Ancak bu projelerin tamamı tam uygulanabilir ölçekte değildir; bir kısmı deneme fazı, Ar-Ge aşaması ve pilot ölçek uygulamaları gibi farklı farklı teknoloji hazırlık seviyelerindedir (TRL).4 Buradan da anlaşılacağı üzere, tam ölçekte ve yatırım kararı alınabilecek olgunlukta teknolojilerin uygulamaya alınması için önemli bir geçiş sürecine ihtiyaç duyulmaktadır.
Dünya genelinde öncü çelik üreticilerinin planladığı veya yürütmekte olduğu uygulamalara bakıldığında öne çıkan bazı teknolojiler olduğu görülmektedir. Yüksek fırın teknolojisinin kullanıldığı entegre çelik üretim tesislerinde, indirgeyici olarak yüksek sera gazı emisyonuna sahip kok kullanılmaktadır. Bu tesislere kıyasla çok daha düşük emisyona neden olan EAO’lu tesislere geçiş ilk akla gelen uygulamalardan olsa da özellikle EAO’nun hurdaya yüksek bağımlılığı nedeniyle, cevherden çelik üretiminin tamamen ortadan kalkması çok olası bir senaryo olarak görülmemektedir. Bu sebeple, yüksek fırınlarda indirgeyici madde olarak kok yerine hidrojen, biyokütle, ferro-kok kullanımı gibi alternatifler denenmeye başlamıştır. Ancak bu teknolojilerin hepsi henüz tam olarak yaygınlaşmamıştır. Bu nedenle entegre tesislerde mevcut teknoloji ile karbon nötr hedefi doğrultusunda sera gazı emisyonlarının azaltılmasının zor olduğu değerlendirilmektedir. Bunlara ilave olarak, hidrojenin çelik üretim sürecinde hem hammadde hem de yakıt olarak kullanımına yönelik çalışmalar hız kazanmıştır. EAO üretim tesisleri için öne çıkan yaygın seçenekler ise üretimde yüksek oranda geri dönüştürülmüş hurda kullanılması ve yenilenebilir enerji kaynaklarının payının artırılması gibi süreç iyileştirmeleridir.
Avrupa Birliği tarafından desteklenen “Green Steel for Europe” projesi tarafından geliştirilen bir rapora göre de sektörel emisyonların azaltılabilmesi için benzer teknoloji rotalarından bahsedilmektedir. Bu teknolojiler; entegre tesislere yönelik YF-BOF optimizasyon teknolojileri, doğal gaz veya hidrojen bazlı direkt indirgeme teknolojileri, izabe indirgeme teknolojileri ve demir cevherinin elektrolizi olarak sınıflandırılmaktadır.
YF-BOF optimizasyon teknikleri ile önerilen uygulamalarda, kok kömürü yerine alternatif karbon kaynaklarının kullanımı yer almaktadır. Böylece, üretim prosesini tamamen değiştirmeden %25 ila %30 oranında emisyon azaltımı sağlanabilmektedir. Bir diğer azaltım seçeneği, gündemde sıkça yer bulmaya başlayan karbon yakalama, kullanma ve depolama (CCUS) uygulamasıdır. Alternatif karbon kaynaklarının kullanımı ile ortak uygulanabilecek bu teknoloji sayesinde, yeniden kullanılabilir ve değerli yan ürünler de elde edilebilmekte ve geleneksel YF-BOF tesislerine göre %60’a varan karbon azaltımı sağlanabilmektedir. Son olarak, yüksek fırın, sinterleme ünitesi, bazik oksijen fırını gibi farklı ünitelerde, düşük karbonlu yakıt, atık gaz, artan hurda kullanımı gibi uygulamaların CCUS ile entegrasyonu sayesinde, %65’lere varan azaltım potansiyeli söz konusu olabilmektedir. CCUS uygulaması olmaması halinde, azaltım miktarları daha düşük seyretmektedir.
İzabe indirgeme teknolojisi ile demir cevherinden direkt sıvı çelik üretimi mümkün kılınmakta ve emisyona sebep olan bazı prosesler ortadan kaldırılmaktadır. Bu teknoloji ile %20’lere varan emisyon azaltımı sağlanabilmektedir.
Hibrit teknolojilere bakıldığında, özellikle hidrojen kullanımının %90’lara varan azaltım potansiyeli barındırdığı görülmektedir. Doğrudan indirgenmiş demir üretiminde fosil kaynaklı kömür kullanımının hidrojen veya en azından daha az emisyona sebep olan doğal gaz ile değiştirilmesi, bu üretimde uygulanabilir teknolojiler arasında yer almaktadır.
Son olarak, %100’e varan emisyon azaltım potansiyelini barındıran elektroliz teknolojileri mevcuttur. EAO prensibine benzer işleyen bu teknolojide demir cevheri, elektroliz sayesinde, karbon yakalamaya gerek duyulmadan ve sera gazı emisyonuna sebebiyet vermeden, sadece saf oksijen açığa çıkararak çeliğe dönüştürülebilmektedir.
Söz konusu teknoloji seçenekleri, çelik sektörünün yeşil dönüşümü için son derece önemli olmakla beraber, çelik sektöründe devrim niteliğinde olan bu uygulamaların TRL’lerinin yükselmesi ve hayata geçirilmesi ciddi bir geçiş sürecini ve önemli politik kararlar alınmasını gerektirecektir. Öngörülere göre, teknolojilerin hazır olması 2030’lu yılları bulabilecekken, sanayide uygulanabilir olması 2050 yıllarına kadar uzanabilecektir. Buna ek olarak, yeni teknolojilerin denenmesi ve sanayiye entegrasyonu oldukça yüklü bir yatırım ihtiyacı doğuracaktır. Bu noktada, ülkeleri ve özel sektörü bekleyen birtakım darboğazlar olabileceği gözden kaçırılmamalıdır.
Dipnotlar:
1https://www.cib.org.tr/tr/istatistikler.html
2Türkiye Ulusal Sera Gazı Envanteri 1990-2020
3https://hydrogeneurope.eu/wp-content/uploads/2022/06/Steel_from_Solar_Energy_Report_05-2022_DIGITAL.pdf
4TRL tanımı için tıklayınız
5https://www.estep.eu/assets/Uploads/D1.7-Decarbonisation-Pathways-2030-and-2050.pdf
