Yeşil Çelik

Küresel çelik üretiminin kesin yıllık emisyon rakamları, yıl ve dikkate alınan sistem sınırlarına göre kaynaklar arasında değişir. [1] 2023 tarihli IEA World Energy Outlook raporuna göre çelik üretimi bir önceki yıl CO₂ emisyonlarının %8’inden ve sera gazı emisyonlarının %6’sından sorumluydu. [4] doğrudan demir-çelik emisyonlarını 2019’da 2,6 GtCO₂ olarak tahmin ediyor, bu da küresel enerji sistemi CO₂ emisyonlarının %7’sine eşdeğer. [3] daha geniş bir sektör sınırı kullanarak bu sektörü insan kaynaklı sera gazı emisyonlarının yaklaşık %7-8’i olarak gösteriyor. Metindeki %8 rakamı temel olarak [1] kaynaklı, ama bu birbiriyle örtüşen tahminlerin yuvarlanmış bir özeti olarak da iş görüyor.

2024'te dünya genelinde ulaştırma sektörünün ürettiği karbondioksit emisyonları, tahmini toplam 41,6 GtCO₂'nin (yani fosil yakıt kullanımı ve LULUCF [arazi kullanımı, arazi kullanım değişikliği ve ormancılık] kaynaklı toplam insan yapımı CO₂ emisyonları, insan kaynaklı çimento karbonlaşması yutağı hesaba katılarak) ^[5,6] içinden tahminen 9 GtCO₂'ye ulaştı. Havacılık (uluslararası ve iç hatlar dahil), ulaştırma sektörü emisyonlarının raporlanan %9,9'unu oluşturdu; bu da küresel karbon emisyonlarının %2,14'üne (bir milyar metrik tonun biraz altına) eşitti. Deniz taşımacılığı (uluslararası, yurt içi ve balıkçılık dahil), ulaştırma sektörü emisyonlarının raporlanan %10,67'sini oluşturdu; bu da küresel karbon emisyonlarının %2,31'ine eşitti ^[5,6].

Pandemi öncesinden, özel havacılık ve deniz taşımacılığı çalışmalarını aynı küresel CO₂ emisyon toplamıyla karşılaştıran daha eski bir karşılaştırma, bu 2024 tahmini için faydalı bir kontrol sunuyor ve genel olarak benzer bir sonuç veriyor. 2018'de küresel havacılık yaklaşık 1,034 GtCO₂ saldı ^[7], deniz taşımacılığı ise yaklaşık 1,056 GtCO₂ saldı ^[8]. Bu yüzden toplam emisyonlar yaklaşık 2,090 GtCO₂ oldu. Aynı yıl için Global Carbon Budget'ın 42,5 GtCO₂'lik toplamıyla karşılaştırıldığında ^[6], havacılık ve deniz taşımacılığı birlikte yaklaşık %4,92'yi oluşturdu. Çelik üretim sektöründen gelen %8'lik bir pay bu yüzden yaklaşık 3,08 yüzde puan daha yüksek, yani havacılık ve deniz taşımacılığının birleşik emisyonlarının 1,63 katı olurdu. Bu yalnızca yıllık CO₂'yi karşılaştırır ve havacılığın CO₂ dışındaki ek ısınma etkilerini içermez.

Yazının yazıldığı sırada, bunlar sektörleri doğrudan karşılaştırmak için eldeki en iyi rakamları temsil ediyor ve mümkün olan her yerde güncel, güvenilir kaynaklardan yararlanıyor (ör. International Maritime Organization tarafından sağlanan deniz taşımacılığı emisyonları). Ancak bu tür karşılaştırmalar dikkat gerektirir, çünkü yayımlanmış tahminler sera gazlarının, faaliyetlerin ve emisyon kaynaklarının az da olsa farklı türlerini veya kategorilerini kapsayabilir.

İlk olarak, farklı çalışmalar yalnızca CO₂'yi, tüm sera gazlarını ya da CO₂'ye göre küresel ısınma potansiyelleriyle ağırlıklandırılmış metan ve diazot monoksit gibi gazları içeren karbondioksit eşdeğeri (CO₂eq) değerlerini bildirebilir. Bu ölçütler tutarlı bir standartlaştırma olmadan birbirinin yerine kullanılamaz veya doğrudan karşılaştırılamaz ve birini diğerine karşı sunmak sektör emisyonlarının görünen payını ciddi ölçüde değiştirebilir. Kaynaklar, çalışmalar ve kurum raporları çoğu zaman hangi spesifik ölçütün (/emisyon ölçümü türünün) kullanıldığını hemen açık etmez ve sık sık aslında başka birini kastederken birini yazar (ör. ‘CO₂eq’ kastederken ‘CO₂’ yazmak).

İkinci olarak, küresel temel değer seçimi önemlidir: bazı karşılaştırmalar yalnızca enerjiyle bağlantılı CO₂'ye göre yapılırken, diğerleri arazi kullanımı, arazi kullanım değişikliği ve ormancılık (LULUCF) gibi insan kaynaklı tüm kaynakları içerir, bu da paydayı ve dolayısıyla sektörün hesaplanan yüzdesini belirler.

Özellikle uluslararası deniz taşımacılığı emisyonlarını takip etmek zordur çünkü emisyonlar büyük ölçüde uluslararası sularda oluşur. Geçmişte veriler çoğu zaman gemi faaliyetlerinin doğrudan izlenmesinden değil, bunker yakıt satışlarından geliyordu ve bu da ek belirsizlik yaratıyordu. IMO artık yakıt satışları, gemi faaliyeti (AIS modellemesi) ve sefer dağıtım yöntemlerini birleştiriyor ve tahminler hangi yöntemlerin kullanıldığına göre değişebiliyor. Havacılık verilerinde de benzer bir durum görülebilir. Rakamların yayımlanmasıyla ilgili yukarıda belirtilen sorunlarla birlikte bu durum, aynı sektör/faaliyete dayansalar bile mevcut küresel emisyon tahminlerinin oldukça geniş bir aralıkta değişmesine yol açabilir.

Yılda 1,892 Gt çelik üretiliyor, bunun %52'si inşaatta kullanılıyor (983,84 Mt çelik).

[14], küresel kentsel alanın 1985 ile 2015 arasında yılda 9.687 km² büyüdüğünü gösteriyor. Bu, günde (9.687/365 =) 26,539 km² demek.

Manhattan'ın alanı 59,1 km^2 A.: 59,1/26,539 = 2,2 gün

Ama mevcut büyüme hızının daha da yüksek olabileceğini belirtmekte fayda var. Dünya Bankası ^B, (Nisan 2023 itibarıyla) 2030'a kadar dünyaya 1,2 milyon km² yeni kentsel yapılaşmış alan eklenmesinin beklendiğini tahmin ediyor. Bu, 2020'ler boyunca tüm on yıl için ortalama yıllık kentsel genişleme hızının yılda yaklaşık 120.000 km², günde 328,77 km² ya da saatte 13,698 km² olacağı anlamına geliyor; yani her 4 saatte bir Manhattan büyüklüğünde alan inşa edilmesi demek.

Başka karşılaştırmalar da yapılabilir: İnşaatta yılda 983,84 Mt çelik kullanılıyorsa (yukarıya bakın), bu günde 2,7 Mt'ye eşittir. Buna karşılık, ABD'nin San Francisco kentindeki Golden Gate Köprüsü yaklaşık 75.000 metrik ton çelik içeriyor ^C, yani günlük inşaat çeliğiyle yaklaşık 36 Golden Gate Köprüsü yapılabilir. Alternatif olarak, Empire State Binası yaklaşık 51.700 metrik ton çelik içeriyor ^D,E, yani günlük inşaat çeliğiyle yaklaşık 52,2 Empire State Binası yapılabilir.

^A New York City'ye genel bakış | NYMTC

^B Kentsel gelişime genel bakış | Dünya Bankası Grubu

^C Tasarım ve inşaat istatistikleri | İstatistikler ve veriler | Golden Gate

^D ASCE Metropolitan Bölümü | Empire State Binası

^E Empire State Binası | Dünyanın en yüksek kuleleri

Çıkarılan cevherin %94'ü demir cevheridir ve demir cevherinin %98'i çelik için kullanılır. Dolayısıyla, %94'ün %98'i %92'ye eşittir. Bu, kütleye dayalı türetilmiş bir tahmindir, ölçülmüş bir istatistik değildir.

[39], %85'e varan azami potansiyel emisyon azaltımı sunuyor; ancak bu her yerde geçerli olmayabilir ve kaynak, tahmini için tam sistem sınırlarını net biçimde belirtmiyor. Uygulamada emisyon tasarrufu, elektrik ark ocağındaki hurda metal oranına, elektrik karışımına ve dikkate alınan daha geniş sistem sınırlarının kapsamına büyük ölçüde bağlı olabilir. Yine de WorldSteel ^F, cevher ve hurda geri dönüşümüne dayalı çelik üretim yolları arasında benzer derecede büyük farklar bildiriyor: geleneksel yüksek fırın/bazik oksijen fırını yolu için küresel ortalama ham çelik başına 2,34 tCO₂/t, hurda metal/elektrik ark fırını yolu için ise 0,69 tCO₂/t; bu da ortalama yaklaşık %70,5'lik bir azaltıma denk geliyor.

^F Sürdürülebilirlik Göstergeleri Raporu 2025 | Dünya Çelik Birliği

Kaçak, CO₂'nin amaçlanan depolama alanından - bir kuyu, fay, çatlak ya da örtü kayaç üzerinden - sızarak başka bir jeolojik formasyona, yeraltı suyuna, deniz tabanına ya da atmosfere ulaşması demektir. Depolama başarısızlığı kaçağı içerebilir, ama CO₂'yi mutlaka atmosfere salmadan sahanın amaçlandığı gibi çalışmasını engelleyen aşırı basınç, beklenmedik hareket ya da enjeksiyon kapasitesi kaybı anlamına da gelebilir. Doğru seçilmiş ve yönetilen bir sahada ikisi de beklenen sonuçlar değildir. AB kuralları, önerilen sahaların kayda değer bir kaçak riski olmadığını göstermesini ve izleme ile düzeltici önlem planlarını sürdürmesini gerektirir.

‘Yüksek fırındaki kömürün’ değiştirilmesi, geleneksel kömür-bazlı yüksek-fırın indirgeme aşamasının kendisinin gaz-bazlı doğrudan indirgemeyle değiştirilmesini ifade eder; bu işlem genellikle ayrı bir şaft/doğrudan-indirgeme fırınında gerçekleşir; aynı yüksek fırının içindeki fosil gazın bire-bir ikamesi anlamına gelmez.

DRI'nin diğer yöntemleri emisyon miktarlarında önemli ölçüde farklılık gösterir. [60] kömür-bazlı DRI'nin geleneksel yüksek-fırın/temel-oksijen-fırını yöntemine kıyasla emisyonları %38 azaltabileceğini öne sürüyor. Fosil gaz ise, olağan CH₄, H₂ ve CO karışımıyla, emisyonları %61 azaltır. Fosil gazı tamamen H₂ ile değiştirmek emisyonları %97 azaltabilir. Ancak, bunlar evrensel tahminler değildir ve tam emisyon tasarrufu yalnızca süreçte kullanılan temel indirgeyene değil, DRI kurulumunun geri kalanına, enerji karışımına ve sistem sınırına da bağlı olacaktır. Dikkat çekici biçimde, çelik üretiminde kullanılmadan önce H₂'nin üretim yönteminden kaynaklanan emisyonlar hidrojen-DRI tahminlerine dahil edilmemiştir. Yeşil hidrojen düşük-karbonlu elektrik kullanır, ancak emisyonlar yine de taşıma & altyapıya gömülü olabilir (aşağıya bakın). DRI'da fosil gaz kullanımı kömüre kıyasla daha az emisyon açığa çıkarsa da, fosil yakıtlar hâlâ işin içindedir, dolayısıyla emisyonlar kaçınılmazdır.

Yeşil hidrojen, elektroliz süreciyle suyu hidrojen ve oksijene ayırmak için yenilenebilir elektrik kullanılarak üretilir. Bu, fosil yakıtlardan hidrojen üretiminden kaynaklanan emisyonları ortadan kaldırır. Hidrojen, demiri cevherinden ayırmak için demir indirgeme aşamasında çelik üretim sürecine girdiğinde, cevherdeki demir oksitlerle tepkimeye girer ve oksijenle birleşerek CO₂ yerine su buharı üretir.

Ancak, daha geniş süreç yine de bazı emisyonlara yol açabilir. Bu dolaylı, bağlantılı emisyonlar; yeşil hidrojenin üretimi, taşınması ve depolanmasında kullanılan altyapıdan veya enerji karışımı henüz tamamen karbonsuz olmayan bir şebekeden çekilen elektrikten kaynaklanabilir. Bu yüzden, ‘yeşil’ diye tanımlanan hidrojen pratikte her zaman tüm süreç boyunca yalnızca yenilenebilir elektrikle üretilmeyebilir.

Bu nedenle yeşil hidrojenli çelik, mutlak sıfır karbon emisyonuna mutlaka ulaşmasa da sıfır emisyona çok yaklaşabilir. Gerçekte, yenilenebilir hidrojen kullanılarak üretilen çelik, kg çelik başına yaklaşık 0,08 kg CO₂ üretir ^[67].

Mavi ve gri hidrojenin bağlantılı emisyonları daha nettir. Gri hidrojen genellikle, fosil gaz karışımındaki metandan hidrojeni ayıran ve CO₂ salan buhar metan reformingi (SMR) adlı bir süreçle fosil gazdan üretilir. Bu şu anda hidrojen üretmenin en yaygın ve en ucuz yoludur. Mavi hidrojen de aynı temel süreçle üretilir, ancak bu üretim emisyonlarının çoğunun atmosfere kaçmasını önlemek için karbon yakalama ve depolama (CCS) teknolojisiyle birleştirilir. Yakalama süreci genelde her şeyi yakalayamadığı için, mavi hidrojen yine de bazı atmosferik emisyonlar üretir.

Her iki hidrojen türü de demiri cevherinden ayırmak için kullanıldığında, indirgeme tepkimesinin kendisi yine CO₂ yerine yalnızca su üretir. Temel fark, hidrojen ilk başta üretilirken daha önce oluşan yukarı akış emisyonlarında yatıyor. Elektrik Ark Ocağında kullanılan elektrik ve karbon dahil, çelik üretim sürecinin başka yerlerinde de daha küçük emisyonlar kalabilir.

[67]'ye göre, mavi hidrojen kullanılarak üretilen çelik, hidrojen üretiminden kaynaklanan emisyonların %85'inin yakalandığı varsayımıyla kg çelik başına yaklaşık 0,22 kg CO₂ üretir. Bu, geleneksel kömür bazlı çelik için 1,87 kg CO₂ ve karbon yakalama sistemi eklenmiş kömür bazlı çelik için 0,38 kg CO₂ ile karşılaştırılır; ikincisi için ayrı olarak %80'lik bir yakalama oranı varsayılır ^[67].

Dünya genelinde kullanılan hidrojenin %95'inden fazlası, çoğunlukla hiçbir karbon yakalama yöntemi olmadan fosil gaz kullanılarak üretiliyor. Bu geleneksel gri hidrojen hidrojen bazlı DRI çelik üretiminde kullanılırsa, [67] kg çelik başına yaklaşık 0,7 kg CO₂ emisyonu tahmin ediyor ^[67]. Bu, geleneksel kömür bazlı çelik üretiminden çok daha düşük, ancak yeşil hidrojen kullanılarak üretilen çelikten oldukça daha yüksektir.

Bu hesaplamalarda kalan emisyonların çoğu, geleneksel çelik üretimi veya mavi hidrojen üretimi sırasında oluşan CO₂'nin tamamını yakalamadığı için CCS'den kaçan emisyonlardır.

Dolayısıyla %95'ten fazla olası emisyon tasarrufu, hidrojen bazlı çeliğin her türüne uygulanan evrensel bir sonuçtan ziyade en iyi durumdaki bir yeşil hidrojen DRI yolunu anlatır ^[60,67]. [67], yenilenebilir hidrojen senaryosu için kg çelik başına yaklaşık 0,08 kg CO₂ tahmin ediyor; geleneksel kömür bazlı çelik için 1,87 kg CO₂/kg ile karşılaştırıldığında, bu %95,7'lik bir azalmaya denk gelir ^[67]. Sonuçta sonuç, hidrojen üretimine, elektriğin karbon yoğunluğuna, ham madde ve hurda girdilerine ve ilgili daha geniş emisyon/sistem sınırlarına bağlıdır.

Çelik saf demir değildir: Normalde gereken özellikleri kazanmasına yardımcı olan, dikkatle ayarlanmış az miktarda karbon içeren bir alaşımdır. Bu yüzden, ilk demir indirgeme aşamasında karbonun yerini hidrojen alsa bile, demir çeliğe dönüştürülürken yine de biraz karbon gerekir.

Çelik üreticileri, Elektrik Ark Ocağı içinde senaryoda ayrıntılı anlatılmayan çeşitli teknik işler için de karbon kullanır. Bunlar arasında nihai karbon oranını ayarlamak (karbürizasyon dahil), kalan oksijeni gidermeye yardımcı olmak (deoksidasyon) ve cüruf oluşturmak vardır (Çelik eridiğinde, safsızlıklar yüzeye çıkar ve cüruf denen sıvı bir atık tabakası oluşturur. Karışımın içine karbon püskürtmek, demir cevheriyle tepkimeye girip karbon monoksit gazı kabarcıkları oluşturur ve bu da cürufun köpürmesini sağlar. Bu köpüklü cüruf tabakası, ocağı yoğun sıcaktan korumaya yardımcı olur ve ısıyı erimiş metalin içinde tutarak gereken enerji girdisini azaltır, böylece ocağın performansını artırır).

Hurda çelik, esas olarak kasıtlı karbon ilavesinin yerine geçmekten çok geri dönüştürülmüş demir ve hazır çelik kaynağı (metalik besleme malzemesi) olarak kullanılır, ancak hurdadaki karbon da ocağın nihai karbon dengesine katkı sağlar. Bu nedenle EAF ile çelik üretiminde yine de ek karbon ilave etmek gerekebilir.

Biyojenik atık kalıntıları ek bir karbon kaynağı sağlayabilir, ancak önce uygun bir biyokarbon veya biyokömür biçimine dönüştürülmeleri gerekir. Uygun şekilde hazırlanmış plastik atıklar ve ömrünü tamamlamış lastikler de karbonlu indirgeme veya cürufu köpürtme maddeleri olarak kullanılabilir ya da enerji sağlamaya yardımcı olabilir; böylece normalde kullanılacak kokun veya kömürün bir kısmının yerini alabilir.

Ancak plastiklerin çoğu ve lastiklerdeki karbonun büyük kısmı başlangıçta fosil yakıtlardan gelir, bu yüzden bunların kullanımı yine de fosil CO₂ salımına yol açabilir. Bu nedenle çevresel fayda, kullanılan atık malzemeye (besleme malzemesi bileşimi), nasıl işlendiğine (ön işlem), ne kadar yeni çıkarılmış (bakir) fosil karbonun yerini aldığına, ocağın performansına ve yaşam döngüsünün hangi bölümlerinin hesaba katıldığına bağlıdır. Atık kullanımı, geleneksel fosil karbona olan talebi azaltabilir, ama süreci otomatik olarak sıfır karbonlu yapmaz.

Hidrojen yöntemiyle üretilen çelik, çeşitli ülkelerde deneniyor:

[76] Almanya, [77] Avusturya, [78] Hollanda, [79,80] Birleşik Krallık, [81] Güney Kore