Metal Dünyası

Giriş
Bugünlerde sık duyduğumuz kavramlardan bazıları “yeşil mutabakat” ve “yeşil alüminyum”. Yeşil mutabakat daha çok ekonomik ve hukuksal süreçleri içeren bir kavram ve 1 Temmuz’da Türkiye Alüminyum Sanayicileri Derneği (TALSAD) tarafından düzenlenen çevrimiçi etkinlikte detaylı olarak tartışıldı. İlgilenenler www.talsad.org.tr adresinden yayınlar-etkinlikler/dökümanlar bölümünden sunulara ulaşabilir. Bu yazıda işin teknik boyutunu tartışmak ve bazı yanlış algılara açıklık getirmek istiyoruz.

Paris Anlaşması
Katıldığımız birçok etkinlikte, küresel boyutta yaşadıklarımızı “sürdürülemezlik hali” olarak tanımlıyoruz. Hala devam eden Covid-19 pandemisi ve Marmara Denizi’nde yaşanan müsilaj sorunu gibi canlı örnekler rahatlıkla sürdürülemezlik hali ile ilişkilendirilebilir. 

2018 yılında düzenlenen ALUS08 sempozyumu için hazırlamış olduğumuz Endüstriyel Ortaklaşma (Simbiyoz Yaklaşımı ve Alüminyum Endüstrisinde Uygulanabilirliği çalışmamızda sürdürülemezlik halini, Charles Dickens’in 1859 yılında yazdığı “İki Şehrin Hikayesi” romanından yola çıkarak şu şekilde tanımlamıştık:

“Charles Dickens, 1859 yılında yazdığı “İki Şehrin Hikayesi” adlı romanında, Sanayi Devrimi’ni ve bu süreçte yaşadıklarını şu çarpıcı cümlelerle betimler: “Zamanların en iyisiydi, zamanların en kötüsüydü; hem akıl çağıydı, hem aptallık, hem inanç devriydi, hem de kuşku, aydınlık mevsimiydi, karanlık mevsimiydi; hem umut baharı, hem de umutsuzluk kışıydı; her şeyimiz vardı, hem hiçbir şeyimiz yoktu; hepimiz ya doğruca cennete gidecektik ya da tam öteki yana-sözün kısacası şimdikine öyle yakın bir dönemdi ki …”. 

Kısacası şimdikine öyle yakın bir dönemdi. Birinci Sanayi Devrimi’nin getirdiği karmaşanın, başka bir boyutunu yaşıyoruz bugünlerde: bir yandan adına “post-endüstriyel dönüşüm”, “bilgi toplumu”, “network toplumu” ya da “risk toplumu” denen yeni bir çağa girdiğimiz üzerine sıkça tartışmalar yapılırken, diğer yandan da son üç yüz yılda yarattığımız uygarlık büyük bir kriz içinde. Başta, küresel ısınma ve iklim değişikliği, doğal kaynakların sürdürülemez şekilde aşırı tüketimi, yenilenemeyen enerji tüketimi ve enerji bunalımı, artan atık üretimi, çevre kirliliği, aşırı nüfus artışı ve bunlara bağlı olarak su ve gıda güvenliğine yönelik sorunlar, gelir dağılımdaki eşitsizlik ve toplumsal sorunlar olmak üzere yaşamsal ve küresel sorunlarla karşı karşıyayız. 

İşte Paris Anlaşması bu “küresel iklim değişikliği” ile mücadele bağlamında bu sürdürülemezlik halinden çıkış için önemli bir uluslararası mutabakat niteliğinde. Anlaşma Çevre ve Şehircilik Bakanlığı’nın internet sitesinde şu şekilde tanımlanmaktadır: “Anlaşma, sürdürülebilir kalkınma ve yoksulluğun ortadan kaldırılması bağlamında Birleşmiş Milletler İklim Değişikliği Çerçeve Sözleşmesi’nin uygulamasını geliştirmeyi hedeflemektedir. Anlaşmanın uzun dönemli hedefi, küresel ortalama sıcaklık artışının sanayileşme öncesi döneme göre 2°C altında tutulması; ilave olarak ise bu artışın 1,5°C’nin altında tutulmasına yönelik küresel çabaların sürdürülmesi olarak ifade etmektedir. İklim değişikliğinin olumsuz etkilerine karşı uyum kabiliyetinin ve iklim direncinin arttırılması; düşük sera gazı emisyonlu kalkınmanın temin edilmesi ve bunlar gerçekleştirilirken, gıda üretiminin zarar görmemesi diğer bir temel hedef olarak belirtilmektedir. Son olarak, düşük emisyonlu ve iklim dirençli kalkınma yolunda finans akışının istikrarlı hale getirilmesi hedefler arasında yerini almaktadır. (https://iklim.csb.gov.tr/paris-anlasmasi-i-98587)”. Ülkemiz 2016 yılında anlaşmayı imzalamış, ancak “maalesef” henüz taraf olmamıştır.

Alüminyum ve Sürdürülebilirlik
Alüminyum sürdürülebilir bir gelecek için, yani düşük karbon üreten bir gelecek tasarımında önemli ve anahtar malzemelerden bir tanesi. Alüminyum ve alaşımları mükemmel fiziksel ve kimyasal özellikleri nedeni ile hemen hemen tüm endüstriyel sektörlerde kullanım alanına sahip.  

Bilindiği üzere Birleşmiş Milletler tarafından deklare edilen 17 temel sürdürülebilirik hedefleri içerisinde alüminyum önemli bir konuma sahip.

Alüminyum endüstrisi hem malzemenin geniş kullanım alanı ve özellikleri hem de sektörün küresel ölçekte konumu itibarı ile, hedef 3,7,8,11,12,13 ve 17 de kendisine doğrudan yer bulmaktadır (6).

Bu bağlamda alüminyum malzemelerin 4 temel özelliklerini öne çıkartmak mümkün:

- Düşük özgül ağırlık; katı saf alüminyumun özgül ağırlığı, oda sıcaklığında 2.7 gr/cm3. Bu çeliğin yaklaşık üçte biri kadar ve alüminyum alaşımlandırılarak neredeyse çelikten daha iyi mekanik değerlere ulaşmak mümkün. Bu özelliği ile daha hafif taşıt üretimi, dolayısıyla daha az yakıt tüketen ve emisyon veren taşıt üretimi mümkün. Özellikle küresel CO2e emisyonunun %14’ünün taşımacılık kaynaklı olduğunu düşündüğümüzde (13), düşük karbonlu bir gelecek için, bu özellik hayati öneme sahip. Öte yandan elektrikli taşıtların performansı da hafifliğine yani daha fazla alüminyum içermesine bağlı,

- Geridönüşüme uygunluğu; alüminyum ana özelliklerini kaybetmeden defalarca geridönüştürülebilir bir malzeme. Bu özelliği hem kaynak kullanımının kontrolü hem de daha az atık üretimi nedeni ile çok kritik,

- Hafifliği ile birlikte, alaşımlandırıldığında ulaşılan yüksek mekanik özellikler, yüksek korozyon direnci, kolay şekillendirilebilme özelliği ve estetik bir metal oluşundan ötürü özellikle inşaat uygulamalarında tercih edilen ve sürdürülebilir şehir tasarımı için çok önemli bir malzeme,

- Düşük karbonlu enerji temini için, yenilenebilir enerji üreten başta güneş panelleri ve rüzgar santralleri olmak üzere bir çok yenilenebilir enerji tesisinde ve enerji depolama teknolojilerinde en önemli yapısal malzemelerden bir tanesi.

Emisyonlar
Ancak birincil alüminyum üretimi enerji-yoğun bir teknoloji olması ve buna bağlı olarak ürettiği CO_2e salınımları nedeni ile çok masum bir endüstri değil. Birincil alüminyum üretimi küresel ölçekte sera gazı emisyonlarının %2’sini üretiyor ve dünyada üretilen elektrik enerjisinin %4’ünü tüketiyor. Emisyonlar değerlendirilirken kullanılan metodolojiyi kısaca tanımlayalım:

Kapsam 1: Doğrudan proses sırasında oluşan emisyonlar. Özellikle ergimiş tuz elektrolizi prosesinde anot reaksiyonları ile oluşan CO ve CO₂ ve anot etkisi sırasında oluşan perflorokarbon esaslı gazlar başlıca doğrudan emisyonlar,

Kapsam 2: Dolaylı emisyonlar. Boksit madenciliği, Bayer Prosesi ile metalürjik kalite alümina üretimi ve elektroliz için gerekli olan elektrik enerjisinin üretimi sırasında oluşan emisyonlar. Özellikle enerji-yoğun bir proses olan elektroliz prosesi için gerekli olan elektrik enerjisinin üretimi sürecinde oluşan dolaylı emisyonlar çok önemli. Uluslararası Alüminyum Enstitüsü (International Aluminium Institute, IAI) 2019 verilerine göre, dünya ölçeğinde elektroliz prosesi sırasında, kilogram birincil metalik alüminyum başına 14,255 kWsaat elektrik enerjisi tüketilmiş. Eğer bu elektrik enerjisi kömürden elde ediliyorsa kilogram alüminyum başına 12-16 kg, doğal gazdan elde ediliyorsa 5-8 kg – bu arada doğal gaz da masum bir enerji kaynağı değil- CO_2e emisyonu söz konusu.

Bu bağlamda, dünya birincil alüminyum üretiminin yarısından fazlasını yapan Çin’de, ana enerji kaynağının kömür olduğu düşünüldüğünde, birincil alüminyum üretimi sırasında oluşan emisyonların yaklaşık %70’inin Çin kaynaklı olması şaşırtıcı değiş.

Kapsam 3: Kapsam 2 de yer almayan diğer dolaylı emisyonlar. Kapsam 3 emisyonları bir anlamda tesisin kontrolünde olmayan emisyonlar olarak da görülebilir.  Bunların başlıcaları alaşım elementleri, kostik soda, rafinasyon kimyasalları gibi yardımcı hammaddelerin üretimi sırasında oluşan emisyonlar, hammadde ve yardımcı hammaddelerin taşınması sırasında oluşan emisyonlar ya da elektrik enerjisinin iletimi ve redresör kayıpları olarak düşünülebilir.

Emisyonların Kontrolü ve Düşürülmesi
Paris Anlaşması hedeflerinin alüminyum endüstrisine adaptasyonu ve uygulanabilirliği bağlamında Dünya Alüminyumcular Birliği (World Aluminium Association), Mart 2021’de “Aluminium Sector Greenhouse Gas Pathways to 2050” raporunu yayımladı (rapora ulaşmak için www.world-aluminium.org). Rapordaki önerileri temelde 3 ana başlık altında verildi:

1. Kapsam 1 doğrudan emisyonlarının düşürülmesi, proses süreçlerinde enerji verimliliğinin arttırılması, oluşan karbon emisyonlarının tutulması, nötralize edilmesi ve depolanması, inert anot teknolojisi ve fosil yakıt tüketilen proses süreçlerinde, fosil yakıtların yenilenebilir kaynaklardan üretilmiş elektrik enerjisi ile ikame edilmesi,

2. Kapsam 2 de tanımlanan özellikle elektrik enerjisi kaynaklı dolaylı emisyonların düşürülmesi için yenilenebilir kaynaklı enerji kullanımı,

3. Hem enerji verimi, hem kaynak kullanımı hem de emisyonların kontrolü için geridönüşüm uygulamalarının yaygınlaştırılması.

Kaynaklar:

1. Halvor Kvande, Challenges in the Primary Aluminium Industry – Global Consideration Energy and the Environment, TMS Industrial Aluminium Electrolysis Course, October 2008, Dubai
 

2. DuckerFrontier, Current & Future Aluminium Content in Light Vehicles in Europe and North America, Aluminium International Today Onlime Summit, October 2, 2020
 

3. Kirsten Hund, Daniele La Porta, Thao P. Fabregas, Tim Laing, John Drexhage, Minerals for Climate Action: The Mineral Intensity of the Clean Energy Transition, The Worldbank 2020
 

4. Aluminium Sector Greenhouse Gas Pathways to 2050, World Aluminium Association, www.world-aluminium.org, March 2021
 

5. Edgardo Gelsomino, Greener Aluminium: When Possibility Meets Reality, Wood Mackenzie
 

6. Pernelle Nunez, Long Term Sustainability of the Aluminium Sector, International Aluminium Institute, 2 May 2021
 

7. Stig Tjotta, Sustainable Automotive Material Selection from a Carbon Fıootprint Perspective, HYDRO, AIT, Eylül 2020
 

8. OECD Global Material Resources Outlook to 2060:Economic Drivers and Environmental Consequences, Highlights, October 2018
 

9. International Energy Agency (IEA), Net Zero by 2050, A Roadmap fort he Global Energy Sector
 

10. John Grandfield, Update on the Aluminium Industry Response to Climate Change, Light Metal Age, February 2020
 

11. Alton Tabereaux, Innovations That are Transforming Aluminium Smelting Today, Light Metal Age, February 2019
 

12. Dr. Subodh Das, The Quest for Low Carbon Aluminium: Developing a sustainability Index, Lİght Metal Age, February 2021
 

13. Andrea Svendsen, Focusing on the Total Carbon Footprint, Light Metal Age, October 2020
 

14. Gudrun Saevarsdottir, Halvor Kvande, Barry J. Welch, Aluminum production in the times of climate change: The global challenge to reduce the carbon footprint and prevent carbon leakage , JOM
 

15. Charles Dickens, İki Şehrin Hikayesi, Çev: Meram Arvas,Can yayınları, 2011