Fosil yakıtlar (petrol, doğal gaz, kömür) sadece enerji ham maddesi değil; aynı zamanda birçok sanayinin (boya, plastik, eczacılık, kozmetik, demir-çelik, alüminyum, vs. gibi) ana girdilerinin üretildiği ham maddelerdir.
Kömür; çoğunlukla karbon, hidrojen ve oksijenden oluşan az miktarda kükürt ve nitrojen içeren, kimyasal ve fiziksel olarak farklı yapıya sahip maden ve kayaçtır. Diğer içerikleri ise kül teşkil eden inorganik bileşikler ve mineral maddelerdir.
Dünya üzerinde yaygın olarak bulunması, üretilmesi ve görünür kömür rezervlerinin şu anki üretim seviyeleri baz alındığında diğer fosil yakıtlara göre ömürlerinin fazla oluşu, fiyat istikrarı, taşıma kolaylığı, depolama imkanlarının rahatlığı, kullanımının kolaylığı yönünden emniyetli ve güvenilir olması, kullanıcıya arzının ucuzluğu ve sürekliliği gibi özellikleri ile vazgeçilmez bir enerji kaynağıdır.
Kömür bu konumu ile geçmişte olduğu gibi gelecekte de sürdürülebilir kalkınma ve enerjide güvenirlik açısından önemli bir role sahip olmaya devam edecektir. Elektrik enerjisi üretiminde ucuz ve rekabetçi bir yakıt olması nedeniyle, dünya elektrik üretiminin yaklaşık %41’i kömürden karşılanmaktadır.
Diğer kullanımları ise ısınma, demir-çelik ve çimento sektörlerinde yoğunlaşmıştır. Dolayısıyla kömür, elektrik üretimi amacıyla kullanılan yakıtlar arasında en yaygın olanıdır. Kömürün elektrik üretiminde en yüksek oranda kullanılan yakıt olma niteliğinin öngörülebilir bir gelecekte de değişmeyeceği tahmin edilmektedir.
Enerji talebinin artmasıyla kömür hala güvenilir bir enerji kaynağı olarak görülmekte ve özellikle Türkiye gibi gelişmekte olan ülkeler tüketimlerini artırmayı planlamaktadırlar.
Ülkemiz elektrik üretiminde dışa bağımlılığın azaltılması amacıyla, yerli kaynakların payının artırılması, arama çalışmalarının hızlandırılması, gelişmiş kömür teknolojileri kullanılarak temiz yakıt üretimi konuları 2023 hedefleri arasına konulmuştur. Bugün varolan ve önümüzdeki yıllarda giderek büyük boyutlara tırmanacak olan kömür (özellikle linyit) açığının azaltılabilmesi için üretim düzeyinin artırılması zorunluluğu vardır.
Kömürleşme süreci ve yataklanma, nem içeriği, kül ve uçucu madde içeriği, sabit karbon miktarı, kükürt ve mineral madde içeriklerinin yanı sıra jeolojik, petrografik, fiziksel, kimyasal ve termik özellikler yönünden kömürler çok çeşitlilik gösterirler.
Türkiye’de kömür genel olarak linyit ve taş kömürü başlıkları altında değerlendirilmekte olup taş kömürü rezervleri TTK tarafından, linyit rezervlerimiz ise EÜAŞ, TKİ ve Özel Sektör tarafından işletilmektedir.
Ülkemizde, doğal gaz ve petrol rezervleri oldukça sınırlı olmasına karşın, 506 milyon tonu görünür olmak üzere, yaklaşık 1,3 milyar ton taş kömürü ve 13,9 milyar tonu görünür rezerv niteliğinde toplam 14,2 milyar ton linyit rezervi bulunmaktadır.
Son yıllarda yürütülen arama ve rezerv geliştirme çalışmaları sonucunda ciddi bir rezerv artışı sağlanmıştır. Yeni sahaların bulunmasına ve rezerv artışına yönelik çalışmalar MTA tarafından sürdürülmektedir.
Ocaklardan çıkarılan kömürler, çeşitli boyutlarda kömür tanelerinin yanı sıra, çeşitli cins ve miktarlarda kömür dışı inorganik maddeler de içermektedir.
Tüvanan kömürde bulunan kömür dışı maddeler, kömür damarı içerisinde bulunan ve jeolojik yapıdan kaynaklanan mineral maddeler (kuvars, kil mineralleri, karbonat mineralleri, sülfür mineralleri vb.) olabileceği gibi kömürün kazılması sırasında dışarıdan kömüre karışan yabancı maddeler de olabilmektedir.
Gerek endüstrinin istediği özelliklerde gerekse hava kirliliği yaratmayan düşük kül ve kükürt içerikli kömür üretimi için kömür içerisinde yer alan bu safsızlıkların giderilmesi gerekmektedir.
Ülkemizin temel enerji kaynağını oluşturan, yüksek kül ve kükürt içerikli, düşük ısıl değerli linyitler elektrik enerjisi üretimi amacıyla kömür yıkama tesislerinde ilk olarak inorganik safsızlıklarından uzaklaştırılmakta ve daha sonra termik santral kazanlarında ince tane boyutuna getirilerek yakılmaktadır.
Kömür yıkama teknikleri basit olabileceği gibi, tüketim alanının istekleri doğrultusunda daha karmaşık ve gelişmiş tekniklerde olabilmektedir. İri boyut kömür zenginleştirmesinde, üst boyut brüt eleğin açıklığına göre 150 veya 100 mm olarak seçilmekte ve genel olarak ağır ortam sistemi ve jiglerle zenginleştirilmektedir.
İnce kömür zenginleştirme yöntemleri olarak, ağır ortam siklonlarını, ince kömür jiglerini, sallantılı masaları, su siklonlarını, olukları, spiralleri, konileri ve flotasyon yöntemini vermek mümkündür. Kömür yıkama ve hazırlama sırasında oluşan atıklar farklı karakterlere sahiptirler.
Kömür işletmelerinde iri taneli atıklar genellikle açıkta yığınlar halinde depolanırken, daha sulu ve ince taneli çamur şeklindeki atıklar, atık barajlarına sevkedilmekte veya filtrelenmektedir.
Tipik bir kömür hazırlama tesisinde beslenen kömürün yaklaşık %20 oranında ve yüksek oranda kömür içeren tamamı 0,5 mm altında olan ince boyutlu atık (şist) üretilmekte ve genellikle bu tür malzemeler yüksek işlem maliyetleri yüzünden kullanılamamaktadır.
Kömür kullanımına paralel olarak açığa çıkan atık miktarı da artmaktadır ve bunlar çevresel problemlere neden olmaktadır. Bu atıkların tipi, karakteri ve deşarj limitleri başarılı bir atık yönetimi açısından oldukça önemlidir.
Gelişen kömür temizleme teknolojileri sayesinde bu atıklarda bulunan kömür düşük kül ve piritik sülfür içerikleriyle verimli olarak değerlendirilebilir. Atık içerisindeki kömür bir enerji kaynağıdır ve geri kazanımı sağlanarak atık stoklama problemleri ve maliyet unsurları azaltılabilir.
Genellikle küçük boyutlu kömür yıkama tesisi atıklarındaki kömürün kazanımı amacıyla 1)Kömür spirali, 2)Sarsıntılı masalar, 3)Su siklonu, 4)Santrifüjlü gravite ayırıcıları, 5)Hidrolik ayırıcılar gibi fiziksel olarak zenginleştirme yapan cihazlar kullanılabilmektedir.
Bunun yanı sıra flotasyon ve yağ aglomerasyonu gibi diğer alternatif yöntemler tercih edilmektedir. Özellikle flotasyon yöntemi 0,5 mm altındaki kömürlerin temizlenmesinde uygulanmaktadır.
Temiz kömür yüzeyinin hidrofob (ıslanmaz) özellik göstermesi, yani kömürün doğal yüzebilirliğe sahip olması, şist ve pirit ayrımını kolaylaştırmaktadır.
Flotasyon devresinden elde edilen lave (temiz kömür) doğrudan vakum filtresine gönderilir. Atıklar ise ya bir atık havuzuna ya da tikinere boşaltılarak suyun geri kazanılması sağlanır.
Bugün özellikle flotasyon teknolojisindeki gelişmelerle 0,045 mm altı kömürlerden düşük küllü (%4’ün altında) temiz kömürler üretmek mümkün olmaktadır.
İ.T.Ü. Cevher Hazırlama Mühendisliği Bölümü’nde 2011 yılında tamamlanan ve sorumlu yazara ait olan “Küçük Boyutlu Kömürlerin Susuzlandırılmasında Ultrasonik ve Mekanik Titreşim Mekanizmalarının Etkilerinin Araştırılması” isimli doktora çalışması sonucunda, kömür yıkama tesisinde şist olarak atılan ve atık havuzlarında depolanan 0.5 mm altındaki ince boyutlu atık karakterindeki kil ve şistlerin eleme ile yapılan susuzlandırma işlemleri sırasında kömürden ayrıldığı ve susuzlandırılan malzemenin aynı zamanda zenginleştirildiği anlaşılmıştır.
Beslenen malzemenin kül içeriğinin %41,07 ve üst ısıl değerinin 2760 kcal/kg olduğu bilindiğine göre yapılan işlemler sonucunda kül içeriğinde yaklaşık %11,66 düşüş, üst ısıl değerde ise yaklaşık olarak 1337 kcal/kg artış sağlanmıştır.
Böylelikle yaklaşık 4100 kcal/kg üst ısıl değere sahip bir lave elde edilirken, 1050 Kcal/kg üst ısıl değere sahip bir nihai şist atılmaktadır.
Tüm bu yöntemlerde amaç organik bir kayaç olan kömürün ufalanması ile oluşan çok küçük boyutlu tanelerinin kazanımının sağlanmasıdır. Genellikle bu malzeme içerisinde bulunan inorganik malzeme (çoğunlukla kil, silikat, karbonat vb.) nihai atık olarak atılmaktadır.
Bu geri kazanım prosesleri sonucunda elde edilen kömür enerji üretimi amacıyla yakıt olarak kullanılmakta olup, atık olarak ortaya çıkan malzeme ise farklı endüstriler için bir ham madde ve katkı maddesi olarak değerlendirilebilecektir. İnorganik maddeden oluşan bu nihai atıklar doğal halinde olup, genellikle kil ve şistleri içerirler.
Örneğin söz konusu bu atıklarda kil oranının çok fazla olması durumunda, kalitelerine bağlı olarak seramik ve tuğla endüstrisinde kullanılabilmektedir.
Gerek enerji üretimi için kömür eldesi, gerekse değişik sektörlere katkı maddesi ve ham madde üretimi ile ekonomik katma değer sağlanırken, bu atıkların çevresel etkileri en az seviyelere indirilebilecektir.
Fosil kaynaklardan petrol ve doğal gaz rezervlerimizin az olması, gelecekte kömürü bugünkünden daha fazla ön planda tutacaktır.
Sadece diğer fosil kaynaklara göre rezervin büyüklüğü açısından değil, kömür yataklarının yurdumuzun çeşitli bölgelerine dağılmış olması, ekonomik, bölgesel ve kültürel kalkınmaya son derece olumlu etkide bulunması, işletilmesi nedeniyle ortaya çıkan katma değer, elektrik enerjisi üretiminde kW/saat başına ucuz ham madde olması ve emniyetli taşınması vb. faktörler, kömürü ülkemizin en önemli fosil enerji kaynağı haline getirmektedir.
Kendi öz kaynaklarımıza dayalı bir enerji üretim-tüketim dengesinin kısa ve orta vadede kurulabilmesi, başka bir deyişle dışarıdan karşılanan kömür, gaz, petrol gibi yakıtların tüketimdeki paylarının azaltılması, çevreye saygılı ve daha az atık üreten proseslerin uygulanması oldukça önemlidir.
Doç. Dr. Fırat Burat
İstanbul Teknik Üniversitesi
Maden Fakültesi
Cevher Hazırlama Mühendisliği Bölümü
Geri Kazanım, Ayırma ve Zenginleştirme Çalışma Grubu
Dr. Mühendis Mustafa Özer
İstanbul Teknik Üniversitesi
Maden Fakültesi
Cevher Hazırlama Mühendisliği Bölümü
Geri Kazanım, Ayırma ve Zenginleştirme Çalışma Grubu
