Alternatif Enerji: Gaz Hidratlar – Metan Gazı

Dünyadaki hızlı  nüfus artışı var olan kaynakların hızlı bir şekilde tükenmesine yol açmaktadır. Buna bağlı olarak insanoğlunun artan enerji ihtiyacını karşılamak için tüm dünya farklı enerji kaynakları arayışı içerisine girmiştir. Bu bağlamda var olan kaynaklar değil alternatif enerji kaynakları üzerine çalışmalar yapılmaktadır.

1m3’ün de standart basınç ve sıcaklıkta 0.8 m3 su ve 164 m3 gibi yüksek bir oranda doğalgaz içeren gaz hidratlar, gelecek için yeni bir enerji kaynağıdır. Uygun ortamlarda gaz genişleyerek LPG’ye dönüşebiliyor. Daha temiz ve güçlü bir yakıt olan gaz hidratın önemi önümüzdeki yıllarda fazlaca önem kazanacaktır. Enerjide sıkıntı içerisine giren dünya için bolca bulunan gaz hidrat kaynağı faydalı olacaktır. Ancak, günümüzde metan hidratların uygun maliyetle ve çevre yönünden güvenli bir enerji kaynağı olarak kullanılabilmesi yönünde pek az ilerleme kaydedilmiştir.

Gaz Hidrat ve Metan

Kara parçalarının derinlerinde oluşan metan rezervlerinin veya okyanus ve deniz içinde bulunan maddelerle beslenen bakterilerin meydana getirdiği metan uygun oluşumda (ısı ve basınç) su ile donarak gaz hidratlar oluşur. Su molekülleri sayesinde bir kafes yapısı içinde tutulması ile meydana gelen buz gibi görünen genellikle beyaz renkli kırılgan kristalin oluşumudur. Gaz hidratlar gelecekte enerji kaynakları arasında yer alacağı düşünülmektedir.

Gaz hidratlar içerisinde hidrokarbon gazlarından bulundururlar (etan, propan,bütan) bununla beraber en yaygın ve en çok hidrat oluşturan gaz metan gazıdır. Bu gazlar karada soğuk kutupsal bölgelerde, denizlerin diplerindeki tortullarda, kıtasal yamaç ve kayaçlarda oluşup bolca bulunurken okyanusların en derinlerinde bu gazlara çok rastlanılmamıştır.

Karada, denizde ve okyanusta gaz hidratların meydana gelmesini ve kararlılık seviyelerini etkileyen belirleyici parametreler vardır bunlar;
• Basınç
• Sıcaklık
• Jeotermal Gradyan Gaz Bileşimi
• Ortamın Gözenekliliği
• Gözenek Suyu Tuzluluğu
• Gaz Doygunluğunun Derecesi

Gaz Hidrat ve Metan için Yapılan Araştırmalar

Gaz hidratlar için yapılan çalışmalar Humphrey Davy ve Michael Faraday tarafından 1800’ lerin başlarında klorin-su karışımı ile yaptıkları deneyler sayesinde bulunmuştur.
• Gaz hidrat çalışmaları 1930’ larda Hammerschmidt’in, soğuk bölgelerde gaz hidratların doğal gaz boru hatlarını tıkadığını farketmesi ile ikinci aşamaya girmiştir.
• 1960’ lı yılların sonlarına doğru Batı Sibirya bölgesinde geniş gaz alanı tortulları içerisinde kendiliğinden meydana gelen, katı doğal gaz ve metan hidratların bulunmasıyla, dünyanın hidratlara olan yaklaşımı büyük ölçüde değişmiştir.
• Özellikle Sovyet bilim insanları, var olan hidratların yalnızca donmuş bölgelerde değil, düşük sıcaklık/yüksek basıncın olduğu denizel ortamlarda var olabileceğini ileri sürmüşlerdir böylece küresel çaplı araştırmalar başlamıştır.

• Makagon 1965 yılında Rusya’da yaptığı bir sondaj esnasında doğal gaz hidratlarını bulmasıyla çalışmalar yeni bir döneme girmiştir. (Makogon, 1965). Gaz hidrat hakkında tartışmalar 2000’li yıllara kadar sürmüştür. 1970 yılında Kuzey Rusya’da Messoyakha gaz hidrat alanı bölgesinde gaz üretimine geçmiş ve dünya ülkeleri de gaz hidrat araştırmalarına başlamıştır; 1982’de Amerika, 1995’te Japonya, 1996’da Hindistan, 1999’da Kore; 2004’te Çin ve 2005’ten günümüze Hindistan, Kore, Amerika, Kanada, Rusya, Norveç, İngiltere, Almanya, Yeni Zelanda gibi ülkeler yatırımları ile doğal gaz çıkarma projelerini uygulamaya koymuşlardır (Makogon ve diğerleri, 2007).
• Türkiye’de yapılan çalışmalar 2000-2005 yılları arasında Dokuz Eylül Üniversitesi’nden Prof. Dr. Günay Çiftçi ve ekibinin Karadeniz’de olan gaz hidratları üzerine olmuştur.

Gaz Hidratın Kökeni

Gaz hidratlarda bulunan metan gazının temeli çoğunlukla biyojeniktir. Dünya üzerinde var olan gaz hidratlar genellikle biyojenik formda bulunur. Metan gazı derin olmayan deniz ve okyanuslarda organik birikintilerin; yeni çökelen maddeler ile örtülmesi ve ortamın hava ile temasının kesilmesi ile oksijensiz kalan ve ortamda yaşayabilen bakteriler ve diğer canlı organizmalar tarafından biyolojik alterasyona uğraması ile oluşur. Denizlerde metan gazının meydana gelmesi yüksek bir sedimantasyon hızına (30 m/yıl) ve en az %0,5 toplam organik karbon değerine ihtiyaç vardır.

İkinci tür gaz hidratlardaki metan gazının kökeni ise termojeniktir. Termojenik metan gazı jeolojik zamanlar boyunca derinlere gömülen organik materyalin sıcaklığın artmasına bağlı olarak olgunlaşması ve petrol ve doğal gaz oluşturmasının bir sonucudur. Meydana gelen gaz ve sıvılar derinlerden fay ve kırık sistemleri ile yukarılara taşınmakta ve yeterli miktarı gaz hidrat formuna vardığında hidrata dönüşmektedir (Sloan, 1990).

Gaz Hidratların ve Metan Gazının Üretimi

• Metan gazının hidrat rezervlerinden nasıl üretileceği net bir şekilde bulunamamıştır. Yapılan çalışmalarda değişik alternatif yollar elde edilmiştir bunların biriside hidrat rezervinin alt kısmında olan doğal gaz rezervine bir sondaj kuyusu vurmaktır.
• Sahip olunan rezervden gaz azaltıldıkça rezervin üstünde bulunan hidratta bozulmalar ortaya çıkar daha fazla miktarda metan gazı çıkması sağlanır. Bunun gibi yine sondaj çalışmaları ile gaz hidratta basınç düşmesi sağlanarak metan gazının oluşumu sağlanabilir.
• Metan gazının dışarı alınması değişik yollarda yapılabilir bunlardan bir tanesi iki sondaj hattı açarak ilk hattan sıcak su buhar veya antifiriz malzeme yolayarak açılan ikinci hattan oluşan metan gazı dışa alımı sağlanabilir.
• Başka bir çalışmada ABD Ulusal Enerji Teknolojileri Laboratuvarı’nda çalışan Dr. Ray Boswell göre hidrat kaynaklarında olan yüksek basıncın azaltılması ile metan gazı elde edilebilir. Metan gazını elde ederken yeryüzüne çıkartırken petrol ve doğalgaz çıkarmak için yapılan çalışmaları aynısı yapılarak metan gazı çıkarılması sağlanabilir.

Gaz Hidratların Dünyadaki Dağılımı

Günümüzde yapılan çalışmalar sonucunda yeryüzünün birçok bölgesinde gaz hidrat oluşumunun varlığı tespit edilmiştir lakin bununla beraber çoğunluklu bölgeleri Alaska ve Sibirya da çok soğuk alanlarda yeryüzünün 300-400 m ile 3000 m altında olduğudur.
Bu çalışmalarla okyanus ve denizde bulunan gaz hidratlara pasif ve aktif kıta kenarlarında, derin su bölgelerinde, birbirine yaklaşan levha sınırlarında, kutupsal bölgelerde çamur volkanlarının bulunduğu bölgelerde yaklaşık 300–500 m ile 2500 m derinlikteki bölgelerde rastlanmaktadır.

• Derin okyanus: Peru, Costa Rica, Guatemala, Mexico, U.S., Japan and Gulf of Mexico.
• Sığ Sedimentler: Karadeniz, Hazar Denizi, Kuzey Kaliforniya ve Kuzey Meksika Körfezi

Şekil3- Dünyadaki gaz hidrat dağılımı. (Kvenvolden, K.A., ve Rogers, B.W., 2005).

Gaz Hidratların Türkiye’de ki Dağılımı

ABD ‘de yapılan gaz hidrat araştırmalarında bulunan en büyük rezerv 200.000 trilyon ft3’tür.Bu rezerv ABD kıyıları ile Alaska da bulunan donmuş alanlardadır.Yapılan araştırma ile elde edilen bu rezerv şu ana kadar bilinen en büyük doğal rezervden kat kat daha büyüktür. Amerika’nın Carolina kıyıları dünyada en çok gaz hidrata sahip olan bölge olarak bilinmektedir.Bu kıyılarda 140 trilyon metreküpten fazla rezerv olduğu tahmin ediliyor.Dünyada karadan gaz hidrat çıkartımı sadece Sibirya’da yapıldığı bilinmektedir.

Türkiye; 3 tarafı denizlerle çevrili (Karadeniz, Ege, Akdeniz ve bir iç deniz olan Marmara Denizi) 8 bin kilometrelik deniz kıyısına sahiptir. Böyle büyük bir kıyı şeridine sahip olmasına rağmen Türkiye denizlerindeki enerji, maden ve endüstriyel ham madde kaynaklarını başarılı bir şekilde kullanamamıştır. Türkiye’de ilk gaz hidrat çalışmaları TÜBİTAK desteği ile yapılmıştır. Karadeniz’in altında bol metan olduğunun bilinmesi çalışmaları tetiklemiştir. Türkiye suları etrafında ilk gaz hidrat ve sığ gaz aramaları TÜBİTAK ve DPT projeleri ile Ergün Çiftçi tarafından 9 Eylül Üniversitesi “Piri Reis” Araştırma Gemisi ile yapılmıştır. Elde edilen sonuçlarda sığ gaz çıkışları ile sismik ve sonar verileri detaylı görüntülenmiştir. Karadeniz’de kozlu açıklarında TPAO‟nın açmış olduğu Akçakoca-1 kuyusu civarında derin olan sularda BSR yansımaları görülmüştür. Klauda ve Sandler Karadeniz de var olan gaz hidrat rezervini Karadeniz’deki sedimantasyon hızını ve gaz hidrat adreslerini dikkate alarak, 0.85×1015 m3 olarak hesaplamıştır. Karadeniz’de 5 bölgede gaz hidratın bulunmasından sonra Doğu Akdeniz’de Finike Körfezi açıklarında Kıbrıs yakınlarında, Ege Denizi’nde önemli çalışmalar yapılmıştır. Fakat yapılan çalışmalarla birlikte Marmara Denizi kıyıları ve sularında gaz hidrat olduğuna dair bir BSR seviyesine ulaşılamamıştır ama bölge bölge gaz ve sıvı çıkışları olduğu tespit edilmiştir. Türkiye ve Fransız ortak çalışmalarında 1999 yılı depreminden sonra İzmit Körfezi Bölgesinde metan gazının çıktığı ve gaz bacalarının olduğu tespit edilmiştir. (2007)

Şekil-4 Türkiye gaz hidrat çalışma haritası

Metan Gazının Avantajları

Enerji potansiyeli açısından çok önemli bir yere sahip olan gaz hidratlar, birçok konu hakkında tartışmalara sebep olmaktadırlar. Araştırmacılara göre Gaz Hidratların çeşitli yönlerden avantajları ve dezavantajları bulunmaktadır.

Gaz Hidratların büyük sayılabilecek ve önemli olabilecek ilk avantajı bu maddenin barındırdığı yakıt potansiyelidir. Birçok sebeplerle gelecekte tükenecek olan petrol ve doğalgaz rezervlerinin yerini, doğada buz şeklinde bulunan ve içerdikleri geniş gaz hacminden sebeple gaz hidratlar, evrenin en önemli ve temel enerji kaynağı olmaya adaydır. Geleceğin enerji kaynağı için yapılan tahminlere göre, evrende bulunan gaz hidrat yatakları, düzgünce değerlendirildiğinde, doğal gaz ve petrol yataklarının tümünün toplamından fazladır. Şu an var olan petrol şirketlerinin yerini, petrol rezervlerinde yaşanacak olan azalmalardan sonra, hidrat şirketlerinin alması bu maddenin çok önemli bir enerji kaynağı olduğunu bize anlatmaktadır.

Gaz Hidratların bir diğer avantajından bahsedecek olursam; günümüzün en büyük sorunlarından olan küresel ısınmayı önleyici, pozitif birçok etkisinin olmasıdır. Çağın en önemli yakıtları olan petrol ve kömür yakıldığında meydana çıkan metan gazı ve karbondioksit, küresel ısınmaya neden olan gazlardandır. Bunun yanı sıra, içinde çok büyük oranda metan bulunduran gaz hidratlar yakıldığında, günümüzün yakıtların kıyasla çok düşük bir oranda karbondioksit meydana getirirler. Kısaca; geleceğin enerji kaynağı olacak gaz hidratlar, diğer fosil yakıtlara göre çok daha temiz yanmaktadırlar. Bu sebepler, küresel ısınmaya çare olarak görülmektedir.
Bahsedecek olduğum son avantajı ise; var olmayan çeşitli yaşam topluluklarına mekân oluşturmasıdır. Deniz diplerinde hidratın sebep olduğu gaz çıkışlarından beslenmekte olan küçük çapta mikroorganizmaların oluşmakta ve varlıklarına devam etmektedirler.

Gaz Hidrat ve Metan Gazının Dezavantajları

Gaz hidratların dezavantajları 4 kategoride toplanabilir.

İklim etkisi

Dünyamız geçmişte ve günümüzde enerji sağlamak için ağırlıklı olarak fosil yakıtlar kullanmaktadır fakat kullanılan bu fosil yakıtlar atmosfere sera gazlarının (CO2, CH4 gibi) salınımına ve sünyanın ısınmasına yol açmaktadır.Son 30-40 yılda gelişen endüstri ve buna bağlı olarak fosil yakıtların yanması ile karbondioksit gazı olması gerekenden fazla miktarda atmosfere salınmış ve atmosfer sıcaklığını arttırarak buzulların erimesine ve okyanus sularının artmasına neden olmuştur.Bilim insanları yaptıkları çalışmalar ile 2050 yılında buzulların büyük kısmının eriyeceğini bununla beraber kara parçalarında önemli miktarda kısmın sular altında kalacağını ve daha uzun sürelerde bunun büyük tehlikelere yol açacağı sonuçlarına ulaşmışlardır.normal şartlarda buz halinde bulunan gaz hidrat buz halinden gaz haline geçtiğinde ortaya bir sera gazı oan metan gazını çıkartır ve bu gaz karbondioksit gazından kat kat fazla bir şekilde atmosfere zarar verecek güce sahiptir. Doğada meydana gelen olaylardan hangilerinin gaz hidratarın moleküllerini etkileyerek metan gazının ortaya çıkmasını sağladığı net olarak bilinmemektedir.Doğada varolan gaz hidratların hepsi bir kaza sonucu atmosfere yayılma imkanı olsa gaz hidratların sahip olduğu güç potansiyeli var olan bütün iklimi etkiler ve değiştirebilecek bir sonuç ortaya çıkardı.Dimitrov (2002), Schmale ve diğerleri(2005), gaz hidratların çözülmesiyle ortaya çıkan metan gazının, gaz hidratların iklimsel süreçlerdeki olumsuz etkilerine karşı fikirlerini açıklamışlardır.

Teknik Yetersizlik

Şu an sahip olan teknolojik çalışmalarla derin su tabanlarından gaz hidrat elde edilemiyor. Derinliği 3000 metreden fazla olan yerlerdeki gaz hidrat sahalarının çalışmaları için son teknoloji ürünler gerekiyor. Bu sahaların belirlenmesi rezervlerin bulunması ve bu rezervlerin başarılı bir şekilde yeryüzüne ulaştırılması için teknolojinin gelişmesine ihtiyaç duyulmaktadır. Günümüzde karada yapılan çalışmalar denizler ve okyanuslarda yapılacak olan çalışmalara göre kolay ve ucuz olduğu için daha çok bir sondaj ile doğal gaz kaynaklarına ulaşmak tercih edilen yoldur. Dünya üzerinde fosil yakıta sahip olmayan bazı ülkeler (Japonya gibi) için gaz hidrat kaynakları çok daha önemli hal almaktadır. Dünyanın sahip olduğu gaz hidrat rezervlerinde üretim için teknolojik gelişmeler takip edilmekte ve bununla ilgili çalışmalar sürdürmektedir.

Doğal Afetler

Plaka ve kayma düzlemleri seviyesinde bulunan hidratlar çözüldüğünde sedimanlarda oluşan basınç aratarak var olan duyarlılık seviyesi azalır ve çökeller akıcı hale geçer. Bu olay sonrasında topraklarda heyelan ve kaymalar meydana gelir. Oluşan plaka kaymaları depremleri bunlarda tsunamileri doğurabilirler. Örneğin Norveç kıta yamacında bu tür heyelanlar (Bugge ve diğerleri,1987) oluşmuştur, İskoçya’ da ise 4 m yüksekliğinde Tsunami dalgası meydana gelmiştir. (Nisbet ve Piper, 1998).

Denizaltına Etkisi

Gaz Hidratlar, özellikle soğuk havalarda gaz depolama alanlarında problemlere neden olarak, özellikle denizaltı doğal gaz hatlarında bazı tıkanmalara neden olurlar.

KAYNAKÇA

• http://odevkent.blogcu.com/metan-gazi-nedir-metanla-ilgili-hersey/3414354
• https://www.dunyaenerji.org.tr/turkiyenin-gaz-hidrat-yol-haritasi-onerisi/
• http://web.deu.edu.tr/seislab/tr_gazhidrat.html
• Bugge,T., Befring,S., Belderson, R.H., Eidvin,T., Jansen, E., Kenyon, N. H., Holtedahl,H., ve Sejrup, H.-P., 1987. A giant threestage submarine slide off Norway, Geo-Marine Letters,7, 191-198.
• P.R., Golan-Bac, M., Karl, H.A. veKvenvolden, K.A.,1985. Seismic andgeochemical evidence for shallow gasin sediment on the Navarin Continentalmargin, Bering Sea. The Americen Associationof Petroleum Geologists Bulletin,69, 422-43.
• G., Özel, E. ve Dondurur, D., 2003. Doğu Karadeniz Türkiye şelf ve yamacındagaza doygun tortullar ve gaz hidratların sismik yöntemlerle araştırılması, DPT
Projesi, Proje kodu: 2003K120360.
• W. P., Danforth, W. W., Hutchinson, D.R., Drury, R. M., Taylor, M., H. ve Booth,J. S., 1998. Evidence for faulting relatedto dissociation of gas hydrate and releaseof methane off the southeastern UnitedStates. 293302. In. J.-P. Henriet, andJ., Mienert (eds.) Gas hydrates: Relevanceto World Margin Stability and ClimateChange, The Geological Society of London,
Special Publication, 137, 293-302.
• Karadeniz’in dibinde dev çamurvolkanı, http://hurarsiv.hurriyet.com.tr/
• 2000. The National Council for Scienceand Environment RS 20050 :Methane Hydrates: Energy Prospector Natural Hazard James E. MielkeFeb Ayrıca: http://www.hydrate.orgresources.htm.
• Grauls, D. (2001). Gas hydrates: importance and applications in petroleum exploration. Marine and Petroleum Geology, 18, 519-523.
• Çifçi, G., Özel, E., Dondurur, D., 2003. Doğu Karadeniz Türkiye Şelf Ve Yamacında Gaza Doygun Tortullar ve Gaz Hidratların Sismik Yöntemlerle Araştırılması, DPT Projesi, Proje Kodu: 2003K120360.
• Kvenvolden K.A. (1999). Potential effects of gas hydrate on human welfare. Proceedings of the National Academy of Science, 96, 3420-3426.
• Milkov, A.V., & Sassen, R. (2002). Economic geology of offshore gas hydrate accumulations and provinces. Marine and Petroleum Geology, 19, 1-11