Kütük Isıtma ve Çevreye Etkisi

Dünyanın ilgisi iklim değişikliğinin etkilerine ve çevreye yöneldikçe, sanayi de bu durumu ciddiye almaya başlamıştır. İnsan yaşamının hemen hemen her alanında ve toplu olarak iklim değişikliğinin hızını nasıl yavaşlatabileceğimiz konusunda, fosil yakıtların kullanımının yasaklanmasından emisyon vergilerinin artırılmasına kadar çeşitli reaktif önlemler alınmaktadır. Metal şekillendirme endüstrisi de bu durumdan muaf değildir; halihazırda çevre dostu bir yönde adımlar atılmaktadır, ancak bir “yeşil endüstri”nin kurulabilmesi için daha atılması gereken çok sayıda adım bulunmaktadır. Gerçekçi bir bakış açısıyla, bir “yeşil endüstri”, herhangi bir sektörün kapsamını çok aşan ve bu sektörler tarafından kolayca etkilenemeyen çok sayıda faktöre dayanmaktadır. Bununla birlikte, temeldeki küçük değişiklikler, çevrenin genel durumunda büyük bir dönüşüm yaratabilir.

Bu makale, kütük ısıtma kapsamında çevresel etkinin bazı temel faktörlerini ve bunlarla mücadele edilme yollarını ortaya koymayı amaçlamaktadır.

Çevre

Demirli ve demirsiz metal sektörleri, küresel sera gazı emisyonlarının %8’ini oluşturmaktadır; bu oran, havacılık sektörünün emisyonlarının 4 katından fazladır[1]. İklim değişikliğine yol açan başlıca faktör, sera gazlarının salınımıdır[2]. Sera gazları, neden oldukları sera etkisi nedeniyle bu adla anılmaktadır. Karbondioksit (_CO₂), metan (_CH₄) vb. gibi bu gazların oluşturduğu yalıtıcı tabaka, atmosferde aşırı ısı birikimine yol açarak deniz buzlarının erimesi sonucu deniz seviyesinin yükselmesine neden olur.

Mevcut sıcaklık artış hızı göz önüne alındığında, 2050 yılına kadar Dünya’nın endüstri devrimi öncesi seviyelere kıyasla 3°C daha sıcak olacağı söylenmektedir. “2050 Senaryosu”, böyle bir sıcaklık artışının 2100 yılına kadar deniz seviyesinin yaklaşık 3 metre yükselmesine yol açacağını ortaya koymaktadır – bu yükseliş, Hollanda gibi ülkelerin büyük ölçüde sular altında kalmasına neden olacaktır[3]. Belki de daha endişe verici bir senaryo ise “Sera Dünya” senaryosudur. Bu senaryo, sıcaklıkların sanayi devrimi öncesi seviyelerin 2°C üzerine çıkması halinde etkilerin geri döndürülemez olacağını varsayar; deniz seviyesinin yükselmesini ve ekosistemlere verilen geri dönüşü olmayan zararı durdurmak için alınabilecek hiçbir önlem yoktur. Bu nedenle, 2°C rakamı Paris Anlaşması’nın temel referans noktası olarak belirlenmiştir[4].

---

Kütük Isıtma Yöntemleri

Demirli ve demirsiz kütüklerin ısıtılması, enerji yoğun bir işlemdir. Genellikle kütükler, gazlı fırınlar ya da indüksiyonla ısıtma yöntemi kullanılarak ısıtılır. Her iki yöntem de ekstrüzyon sektöründe onlarca yıldır kendini kanıtlamıştır ve her birinin pratik avantajları vardır. Karşılaştırmayı anlamlı kılmak amacıyla, nominal olarak benzer sıcaklıklar ve kütle işleme kapasiteleri sağlayan bir adet gazlı ısıtıcı ve bir adet indüksiyonlu ısıtıcı seçilmiştir.

† %100 verimli yanma varsayıldığında,^{1 m³ doğal}gaz yaklaşık 10,28 kW’a karşılık gelir.

Gazlı ve İndüksiyonlu

Tarihsel olarak, endüstride gazla çalışan ısıtıcıların kullanımı genellikle daha yaygındır. Bu ısıtıcıların yatırım maliyeti genellikle biraz daha düşüktür ve kullanıldıkları ülkeye bağlı olarak işletme maliyetleri de daha düşüktür. 2020’nin üçüncü çeyreği itibarıyla Birleşik Krallık’ta gazın kWh başına ortalama maliyeti 0,180 £ idi. Aynı ölçüte göre elektriğin kWh başına ortalama maliyeti ise 0,810 £’dur[5]. Bu düşük işletme maliyetleri kısa vadede cazip görülmektedir. Ancak İklim Değişikliği Komitesi, bu fiyatların 2030 yılına kadar önemli ölçüde değişeceğini tahmin etmektedir. Tahminlere göre, büyük imalat sektöründe elektrik fiyatında kWh başına %42’lik bir artışa karşılık, doğal gazın kWh başına fiyatında 2030 yılına kadar %100’lük bir artış yaşanacağı öngörülmektedir[6]. Bu fark, diğer Avrupa ülkelerinde daha da belirgin bir şekilde ortaya çıkmaktadır.

Gaz fırınları, kütüklerin ısıtılabilmesi için belirlenen sıcaklığa ulaşmak üzere bir ön ısıtma süresine ihtiyaç duyar. Bu süre, tamamen fırının boyutuna ve uygun ısı yalıtımına bağlıdır. Bu nedenle, gaz fırınları, kütüklerin ısıtılıp ısıtılmadığına bakılmaksızın, istenen sıcaklıkta uzun süreler boyunca enerji tüketerek “çalışır” durumda kalma eğilimindedir. Buna karşılık, indüksiyon kullanıldığında enerji yalnızca kütük aktif olarak ısıtılırken harcanır ve kütük ısıtma işlemine tabi tutulmadığında esasen hiçbir enerji tüketilmez. Bu durum, pres hatlarının operatörleri için bazen daha esnek bir yöntem olarak görülür; zira ısıtılmış kütüklerin beslemesi, enerji israfı olmadan pres üretim hızlarına daha kolay uyarlanabilir.

Gazla çalışan ısıtma sistemlerinin olumlu bir özelliği, basit tasarımlarıdır. Bu, tesis çalışanları tarafından daha kolay kurulum ve işletime imkân tanır. Bu durum, bir işletmenin teknolojik açıdan daha gelişmiş bir alternatife kıyasla gazla çalışan bir ısıtıcıyı tercih etmesinin temel nedenlerinden biri olarak sıklıkla görülür. Kütükler ısıtıcıdan geçerken, belirlenen sıcaklıkta baştan sona homojen bir hal alırlar. Bu süreç, indüksiyon yöntemine kıyasla önemli ölçüde daha uzun sürer ve genellikle kütüğün dış yüzeyinde kireç birikmesine neden olabilir; bu da nihai ekstrüzyon kalitesini etkileyebilir.

İndüksiyonun en büyük avantajı, konik ısıtmaya olanak sağlamasıdır. Konik ısıtma, kütüğün uzunluğu boyunca bir sıcaklık gradyanı elde etmek için kullanılır; bu, pres kalıbının aşınmasını azaltmanın yanı sıra tam pres hızlarında izotermal ekstrüzyon sağlamada kilit bir faktördür. Gaz fırınlarının tasarımında, periyodik olarak değiştirilmesi gereken bir fırın astarı bulunur; bu durum, pres hatlarında uzun süreli duruşlara neden olabilir. Benzer şekilde, indüksiyon bobinlerinin de değiştirilmesi gerekir, ancak bu işlem sadece otuz dakika kadar sürebilir. Son yıllarda, baca gazı geri kazanımı ve_{CO2 baca gazı}arıtıcıları ile ilgili sistemlerde teknolojik gelişmeler kaydedilmiştir. Bunlar, sırasıyla daha yüksek verimlilik ve daha düşük emisyonlar sağlar.

Diğer Yöntemler

Kütük ısıtma yöntemleri, yukarıda bahsedilen iki işlemle sınırlı değildir. Manyetik ısıtıcılar ve süperiletkenlerin kullanımı, bu sektörde giderek daha etkili hale gelmeye başlamıştır. Bu iki yöntem de çalışmak için fosil yakıtlar yerine elektriğe dayanmaktadır.

Çevresel Etki

Makalede ele alınan her iki kütük ısıtma yöntemi de, sera gazlarının salınımı nedeniyle çevreye zararlı bir etki yaratacaktır. Gazla ısıtma durumunda,_CO₂üretim tesisinde_salınır. İndüksiyon ise tamamen her ülkenin enerji şebekesine ve dolayısıyla yerel enerji karışımına bağlıdır.Şekil 1kullanılarak,her bir durum için potansiyel_{CO2 emisyonları}belirlenebilir. Doğal gazın yakılması 0,185 kg/kWh_CO2salarken, Birleşik Krallık’ta elektrik üretimi 0,256 kg/kWh_CO2salmaktadır[7].

İki yöntem arasındaki büyük fark, büyük ölçüde her bir sistemin “çalışma” süreleriyle ilgilidir – indüksiyon yönteminde ise sadece her bir kütük için güç kullanılır. Birleşik Krallık’ın odağını yenilenebilir enerji kaynaklarına kaydırmasıyla birlikte, 0,256 kg/kWh olan_{CO₂ emisyonlarının}2030 yılına kadar 0,100 kg/kWh’ye düşmesi beklenmektedir[8].

Şekil 3’te de görüldüğü gibi,Birleşik Krallık’ın “2050’ye Kadar Net Sıfır” iklim stratejisi kapsamında,_CO2emisyonlarınınazalması beklenmektedir.

Şekil 2 ve 3’te belirlenen değerler kullanılarak, 10 yıllık bir dönem için beklenen_{CO₂ emisyonu}hesaplanabilir.

Şekil 4’tekiveriler, saatte 1000 kg işleme kapasitesi, günde 16 saat, haftada 5 gün ve yılda 52 hafta varsayımına dayanmaktadır. Bu değerler tek başına kişisel bir bakış açısıyla pek somut bir anlam ifade etmez. Aşağıdaki şekilde daha kolay bir şekilde göz önünde canlandırılabilir. Tam yükle uçan bir Boeing 747-400, uçuş saat_başınayolcu başına yaklaşık 90 kg/h_CO₂salmaktadır[9].Şekil 1’debelirtildiği gibi nispeten küçük bir gaz yakıtlı kütük ısıtıcısının 10 yıllık tesis emisyonları, bir Boeing 747’nin Heathrow’dan JFK’ye34 kezuçmasıyla yaklaşık olarakaynıdır. Ya dabir Aston Martin DB9 ile Ay’a gidip gelmenin27 katınaeşittir.

Bu düzeyde bir çevresel etki sürdürülebilir değildir.

Gelecek

Demirli ve demirsiz ekstrüzyon pazarı büyüme göstermektedir. Mevcut rakamlara göre, alüminyum ekstrüzyon için 2021–2027[10]yılları arasında yıllık bileşik büyüme oranı (CAGR) %3,8 olarak tahmin edilmektedir. Bu öngörülen CAGR, 2027 yılına kadar pazar gelirinin 57,3 milyar dolardan 91,67 milyar dolara çıkacağını göstermektedir. Sektörün genişlemesiyle birlikte bu durum kaçınılmaz olarak çevre üzerinde giderek daha büyük bir etki yaratacaktır.

Birleşik Krallık hükümeti, kısa süre önce büyük sanayi kuruluşlarına yönelik, enerji verimliliğini artırmaya ve karbon ayak izini azaltmaya yardımcı olacak hibe imkânları sunan bir girişim başlattı. 1. Aşama kapsamında, “endüstriyel süreçlerin enerji verimliliğini artıran teknolojileri uygulayan projeler” ile “endüstriyel süreçlere yönelik enerji verimliliği ve kapsamlı karbonsuzlaştırma önlemlerine ilişkin fizibilite ve mühendislik çalışmaları” için 40 milyon sterline kadar kaynak sağlanmaktadır[11]. Norveç gibi diğer ülkeler ise yakın zamanda_salınanher ton_CO₂için uygulanan fiyatı dört katına çıkardı[12]. Gaz yakıtlı fırınlar için baca gazı geri kazanımı ve_{CO₂ yıkayıcıları}alanındaki gelişmeler, verimliliği artırmaya ve_{CO₂ emisyonlarını}azaltmaya yardımcı olmaktadır.

Toplum olarak şimdiye kadar reaktif önlemlere güvenmişizdir, ancak bunlar geçici bir çözümden öteye gitmez. Reaktif yaklaşımı proaktif bir yaklaşıma dönüştürmeliyiz. Çevre için daha iyi olacak değişiklikleri aktif olarak hayata geçirmeliyiz. Birey olarak, çevreyle ilgili alınan kararlardan kendimizi uzak tutmak kolaydır. Daha kolay ya da daha ucuz olan seçeneği tercih edebiliriz, çünkü tam da öyle: daha kolay ve daha ucuz. Ancak kabul etmesi o kadar kolay olmayan şey, gezegenimize verdiğimiz, verdiğimiz ve vereceğimiz zarardır. Ancak bu zararı durdurmak için değişiklikler yapılabilir. İnsanlık bir iklim kriziyle karşı karşıya. Bu kriz durdurulabilir.

Thomas Postins, Müh.

Satış Müdürü Banyard – Inductotherm Isıtma ve Kaynak

İndüksiyonlu kütük ısıtma ürünleri hakkında daha fazla bilgi için buradaki bağlantıya tıklayın.