KAYA GAZI ve DÜNYANIN ENERJİ GELECEĞİNDE YERİ
Ahmet AYDOĞMUŞ [1]
Petrol sondajı ve üretimi 19. yüzyılın ikinci yarısında başlar. Petrole dayanan insan etkinlikleri hızla artar. Günümüzde petrolsüz bir dünya düşünmek mümkün değil. Geleneksel hidrokarbon kaynaklarının tükenebilir olması ve artan enerji talebi yeni kaynaklara yönelimi gündeme getirmiştir. Geliştirilen yeni teknoloji ve ekipmanlar geleneksel olmayan kaynaklardan yararlanmayı da mümkün hale getirmiştir. Çevre duyarlılığı etkisiyle de yenilenebilir kaynaklara yönelme önem kazanmaya başlamıştır. Kaya gazı, yeni teknolojilerle yeni bir kaynak ve karlılık yönünden doğal gazla rekabet edebilir duruma gelmiştir. Dünyanın enerji geleceğinde adını daha çok duyacağımız kaynak olmaya aday olarak görünmektedir.
Shale-Şeyl Kavramı
Şeyl, ekonomik ölçekte gaz bulunduran organik madde yönünden zengin kayaç. Kil ve silt gibi ince taneli minerallerin tortulanıp sertleşmesi sonucu oluşur. Çamur taşı (mudstone) olarak da adlandırılırsa da diğer çamur taşlarından ayırt edici özelliği katmanlı ve kırılgan yapıda oluşudur. Petrol ve gaz bu kayaçlar içinde bulunabilir.(1) Her şeyl katmanında petrol ve gaz bulunmayabilir. Genellikle siyah renkli şeyl içerisinde petrol ve gaz bulunma olasılığı yüksektir.(1) Bu terim İngilizcede tortul kayaç anlamında da kullanılmaktadır.(2)
Resim 1. Farklı Renklerde Shale-Şeyl Örnekleri.
Kaya Gazı-Şeyl Gazı
Kimyasal yapısı itibariyle metan (CH4) içerikli bir gazdır. Geçirimsiz olanlardan ve gözenekli olmayanlardan üretim yapılamamaktadır.(2) Varlığı uzun zamanlardan beri bilinmesine rağmen gerekli teknoloji ve ekipmana sahip olunamadığı için üretim yapılamıyordu. Son zamanlarda geliştirilen yeni teknoloji ve uygun ekipman, üretimi mümkün kılmıştır.(2) Bu alanda kullanılan yeni teknolojiler elde edilen ürünler, geleneksel olmayan (unconventional) olarak adlandırılıyor. Kaya gazından başka metan hidrat, kaya petrolü, kömür gazı ve sıkı kum gazı da geleneksel olmayan enerji kaynaklarındandır.(3)
Kaya gazı, bitümlü şeyl adı verilen yapraksı ve organik madde yönünden zengin siyah renkli kayaçlardan üretilir. Kaya gazının bileşimi %95 metan (CH4), %2.5 etan (C2H6), %0.5 propan (C3H8), %2 de bütan (C4H10) ve diğer gaz türevlerinden oluşmuştur.(3)
Doğal gazın kayaçlar içinde hapsolmuş şeklidir. Tortul olan şeylin gözeneklerinde tutulmuş halde bulunur.(4) Şeylin gaz içeriğinde organik madde yönünden zenginlik, katmandaki sıcaklık ve basınç koşulları ve gözenekli oluş etkilidir.(5)
Oluşumu
Kaya gazı, petrol, kömür ve doğal gaz gibi organik kökenli, hidrokarbonlardandır. Deniz ve göllerin tabanında biriken organik materyalin zamanla derine gömülmesi, sıcaklık ve basınç etkisi ile hidrokarbona dönüşmesiyle oluşur. Bu şekilde oluşan hidrokarbonlar çoğu zamanla kaynak kayadan ayrılarak yüzeye doğru atılabilir. Ancak sızdırmaz kayaç katmanıyla karşılaşınca kayacın altında birikir. Kaynak kayaçta kalan hidrokarbonlar da petrol ve doğal gazı oluşturur.(6)
Resim 2. Yerkabuğu İçerisinde Şeyl Katmanı, Wikipedia’dan.
Üretimi
Kayaç formasyonunda hapsolmuş gazı çıkarmak ileri teknoloji gerektirmektedir. Son yıllarda geliştirilen hidrolik çatlatma yöntemiyle şeyl oluşumlarını parçalamak ve sıkışmış olan gazı serbest bırakmak mümkün olmuştur. Dikey ve ardından yatay sondaj yöntemi ile tek bir kuyudan büyük gaz rezervlerine ulaşılabilmektedir.(7)
Resim 3. Kaya Gazı Üretimi, Bilim ve Teknik Dergisi, 557’den
Kaya gazı üretiminde hidrolik çatlatma, şeyl katmanına yüzeyden gönderilen yüksek basınçlı su ve bazı kimyasal maddeler karışımı ile kayaçların parçalanması ve geçirimliliğinin yapay olarak artırılması yöntemidir.(5)
Dikey sondajla yer altı su tabakasının altına inilir. Sondaj kuyusuna çelik boru yerleştirilerek etrafındaki boşluk betonla doldurularak yer altı sularıyla oluşabilecek karışım önlenir. Kaya gazı barındıran şeyl katmanına ulaşınca sondaj yatay olarak sürdürülür. Yatay sondaj çukuruna da çelik boru yerleştirilip etrafı betonla doldurulur. Sondaj tamamlandıktan sonda delik açma mermileri ile yatay boruda delikler açılır. Şeyl katmanını parçalamak için de su ve bazı kimyasalların karışımından oluşan hidrolik çatlatma sıvısı yüksek basınçla borulara pompalanır. Çatlatma işlemi sonrasında çatlatma sıvısının bir kısmı yüzeye çıkarken bir kısmı da kayaçlarca soğurulur. Şeyl çatlaklarından ortama sızan gaz kuyu boyunca ilerler, kuyudan yeryüzüne çıkarken tutularak işlenmek üzere taşınır.(4)
Çatlatma işlemi, hidrolik çatlatma (fracking veya hydraulic fracking) olarak ifade edilmektedir. Bu işlemde suyla birlikte kum ve çatlatma sıvısı birlikte kullanılır. Kum çatlakları aşındırarak sürekli açık kalmasını sağlar. Çatlatma sıvısındaki kimyasallar da korozyon önleyici, sürtünme azaltıcı ve tortulanmayı önleyici olarak kullanılır. Çatlatma sıvısı ile yüzeye çıkan gaz ayrıştırılarak depolanır. Hidrolik çatlatma sıvısının yüzeye dönen miktarı kuyulara göre farklı olabilmektedir.(5)
Kaya gazı üretiminde çatlatma sıvısı yüksek basınç altında 15-20 kez basılır. Bir defada 18 bin m³’e kadar su kullanılabilmektedir. ABD’de kaya gazı şirketleriyle su kullanan yerel çiftçiler arasında sorunlar yaşanmakta, bazı alanlarda yer altı sularında kirlenme oluşmaktadır. Çatlatma sıvısının kimyasal içeriği jeolojik yapıya, sondaj derinliğine ve kayaç özelliğine göre farklılık göstermektedir.(9)
Yatay sondajla şeyl katmanı içinde 3 bin metreye kadar ilerlemek mümkün olmaktadır.(6) Böylece geniş alanlara yatay sondajla ulaşılmaktadır. Bir kuyunun açılması milyonlarca dolara, çatlatma maliyeti de kuyu başına 200 bin-500 bin dolara mal olmaktadır.(11)
İlk kaya gazı ABD’de 1821 yılında keşfedilmişse de ticari ölçekte üretimi için 150 yıl beklemek gerekmiştir.
Dünyada Kaya Gazı
2000’li yıllarda artan kaya gazı üretimi “kaya gazı devrimi” olarak tanımlanmıştır. Enerji kaynaklarını çeşitlendirmek isteyen ülkelerin kaya gazına yönelmeleri küresel enerji politikalarında ve ticaretinde değişime neden olma potansiyeli taşımaktadır.
Kaya gazı üretiminde öncü olan ABD’nin 2000 yılındaki 9 milyar m³ üretimi, 2011 yılında 222 milyar m³ olmuştur. 2014 yılında da 230 milyar m³ üretimle en büyük paya sahip ülke konumuna yükselmiştir.(2)
Resim 4. 32 Ülkeye Ait 48 Önemli Şeyl Havzası, ARI 2011’den.
Avrupa ülkelerinde kaya gazı üretimi için uygun koşullar olmaması yanında bu alandaki yatırımlara finansal desteğin düşüklüğü, kaya gazı üretimi konusunda uzmanlaşmış sanayi kolunun bulunmayışı ve kamuoyunun konuya mesafeli yaklaşması nedenleriyle arama ve üretim geri planda kalmıştır. Kaya gazı rezervine sahip olduğu tahmin edilen Polonya’da hidrolik çatlatma yapılan kuyu sayısı sadece beş olmuştur.(2)
Avrupa ülkeleri; Ortadoğu, Orta Asya, Hazar Kıyısı ülkeleri ve Rusya’dan boru hatlarıyla gaz alabilmektedirler. Avrupa’ya ulaşan doğal gaz boru hatları etkisiyle Avrupa ülkelerinde kaya gazı arayışı şimdilik gerekli görülmemektedir.(2)
Dünyanın en büyük kaya gazı rezervi Çin’de bulunmaktadır. Çin’i ABD, Arjantin, Meksika, Güney Afrika Cumhuriyeti ve Avustralya izlemektedir.(3)
ABD’nin ilk kaya gazı kuyusu 1981 yılında Texas eyaletinde açılmıştır. Bu saha, ülkenin ikinci büyük kaya gazı sahasıdır. (3) Avrupa’da Polonya, Fransa ve İngiltere’de kaya gazı rezervlerinin varlığı bilinse de teknoloji yetersizlik ve çevre duyarlılığı bu alandaki çalışmaları kısıtlamaktadır.(1)
İlk kaya gazı üretimi ABD’de yapılmış olmasına rağmen 1981 yılının koşullarında ekonomik olmayacağı için devam edilmemiştir. Geliştirilen yeni teknolojilerle 1998 yılında yine ABD Barnett Şeylinde üretime başlanmıştır. Dünyanın 41 ülkesinde toplam 206 trilyon m³ teknik olarak üretilebilir kaya gazı rezervi tahmin edilmektedir.(5)
Doğal gaza alternatif olan kaya gazı, enerji piyasalarında “oyun değiştirici” olarak kabul edilmektedir. Uluslararası Enerji Ajansı verilerine göre 2016 yılı toplam gaz üretimi yaklaşık 3.5 trilyon m³ olmuş ve bunun % 15’den fazlası kaya gazından oluşmuştur.(7)
Türkiye’de Kaya Gazı
Türkiye’nin kaya gazı varlığını belirlemek amaçlı çalışma, TPAO ile yabancı şirketler arasında yapılan protokollerle başlamıştır. Bunlar Shell, Exxon Mobile Transatlantic ve Valuera Sismik’dir. Araştırılan iki saha ise Güneydoğu Anadolu ve Trakya Havzalarıdır.
Shell şirketi, Diyarbakır Dadaş formasyonu Konacık-1 kuyusunda dikey ve yatay sondajla çatlatma yapmış, test aşamasında olumlu sonuçlar elde edilmiştir. Yine aynı şirket Diyarbakır Akçay kuyusunda çalışmaktadır. Bazı yerli ve yabancı şirketler Dadaş formasyonundan aldıkları karot örneklerinde olumlu sonuçlara ulaşmışlardır.(3)
Türkiye’nin ikinci büyük kaya gazı potansiyeli Trakya Havzasındadır. Ayrıca Ankara Nallıhan, Bolu Mengen ve Konya Karapınar muhtemel kaya gazı sahaları olarak düşünülmektedir. Resmi olmayan kaynaklara göre EIA (US Energy Information Administration-ABD Enerji Bilgi Kurumu) ve ARI (Advanced Resources International Inc) tarafından hazırlanan raporlarda Türkiye’nin üretilebilir kaya gazı potansiyeli 650 milyar³ ve kaya petrolü potansiyeli de 4.6 milyar varil olarak ifade edilmektedir.(3)
EIA’ya göre Türkiye kaya gazı rezervi yıllık tüketiminin 10 katı kadardır. Güneydoğu’da Dadaş, Trakya’da Hamitabat, Sivas ve Tuz Gölü Havzaları da ümitli olunan sahalardır.(3)
Resim 5. Türkiye’nin Önemli Şeyl Sahaları, ARI 2013’ten.
Türkiye için yapılan diğer tahminlere göre de 1.8 trilyon m³’e kadar kaya gazı rezervinin olabileceği belirtilmektedir.(12) Kaya gazı formasyonlarının kalınlık ve derinlik özellikleri dikkate alındığında gaz üretebilir olduğu görülmektedir. Türkiye’nin kaya gazı üretimine geçebilmesi uzun zaman alacaktır, teknoloji transferi yanında ekipman gereksinimi de söz konusudur.
EIA’nın ARI danışmanlık şirketine yaptırdığı 41 ülkenin enerji analizinde Türkiye’nin Güneydoğu Dadaş ve Trakya Hamitabat’ta çıkarılabilir kaya gazı rezervi raporlanmıştır. Enerjide dış bağımlılık oranı %73’e kadar çıkan Türkiye için yerli ve yeni kaynaklara yönelmek gereklidir.(10) Nisan 2017 yılında belirlenen “Ulusal Enerji ve Madencilik Politikası” bunu öngörmektedir. Türkiye’nin kaya gazı araması için dikey sondaj teknolojisini kullanmakta olduğu, yatay sondaj ve çatlatma için teknoloji ve ekipmana ulaşılabilmesi gerekmektedir.(7)
Güneydoğu Anadolu Havzasında Dadaş Formasyonu kaya gazı bakımından havzanın en önemli alanıdır. Şeylin derinliği 2 bin-3 bin metre aralığında olup ortalama derinliği 2.500 metredir. Toplam brüt kalınlığı 400 metreyi bulan üç parçadan oluşuyor. Organik madde zenginliği bakımından en önemli kesim 46 metre kalınlıktaki Dadaş-1’dir. ARI’nın yaptığı değerlendirmede bu kayanın 254 milyar m³ üretilebilir ve 1.2 trilyon m³ olası rezerv içeriği hesaplanmıştır.(6) Kaya gazı amaçlı pek çok sondaj yapılmasına rağmen üretime geçilememiştir. 2019 yılı itibariyle TPAO’nın Diyarbakır’da iki tamamlanmış ve bir de sondajı devam eden kaya gazı hedefli kuyusu bulunmaktadır.(5)
Trakya Havzasında Hamitabat kayası havzanın en olgun formasyonudur. 3.700-5.000 metre derinliktedir. Brüt kalınlığı 1.000-2500 metre kadardır. Mezardere kayasında düşük organik madde içeren düşük kaya gazı rezervi söz konusudur.(6)
ARI tarafından yapılan hesaplamalara göre Hamitabat kayasında 113 milyar m³ ve Mezardere kayasında da 57 milyar m³ üretilebilir kaya gazı varlığı belirlenmiştir.(6)
Enerji açığımız ve enerjide dışa bağımlılığımız düşünüldüğünde kaya gazı gelecek için ümit olmaktadır.
Kaya Gazı Üretimiyle İlgili Olası Sorunlar
Çalışmalar sonucu belirlenen bir tek noktada 20-30 yatay kuyu açılabilmektedir.(12) Çatlatma sıvısıyla yerin 2 bin-5 bin metre altına 15-20 kez su basılmakta, her su basımında da 18 bin m³ kadar su kullanılmaktadır.(9) Çevredeki tatlı su kaynaklarından sağlanan su, su kullanan diğer sektörlerle rekabet konusu olmaktadır.
Yüksek basınçlı ve kimyasal madde içeren tonlarca suyun yer altı sularına karışarak kirlilik oluşturma riski taşımaktadır. İngiltere’de kaya gazı üretimi sırasında deprem olabileceği nedeniyle kaya gazı üretimine izin verilmemektedir. Fransa, kaya gazı üretiminde yer altı sularının kirleneceği endişesi ile üretime sıcak bakmamaktadır.(5)
Bir kuyuda çatlatma yapabilmek için tonlarca özel kimyasal ve binlerce ton su gerekmektedir. Kirlenen ve sondajdan geriye dönen suyun çevreye zarar vermemesi için arıtılması veya imha edilmesi gerekmektedir.(6)
Kirlenmiş sondaj geri dönüş sıvıları daha derine açılan borularla yer altı kaya boşluklarına pompalanır. Yeraltına basılan suyun basıncı kritik bir değeri aştığında var olan faylar harekete geçerek deprem yaratabiliyor.
Kaya gazı çıkarım faaliyetlerinin yoğun olarak yaşandığı ABD’nin bazı bölgelerinde doğal olarak açıklanamayan sarsıntılar meydana geliyor. Rocky Dağları bölgesinin doğusunda 1967-2000 yılları arasında ortalama yıllık ortalama 21 deprem kaydedilirken kaya gazı çıkarım çalışmaları başladıktan sonra 2010-2012 yılları arasında yılda ortalama 100 civarında deprem kaydedilmiş. Bu durum yer altına pompalanan atık sularla ilişkilendiriliyor. 2008 öncesi ABD Forth Worth bölgesinde hiç deprem yaşanmamışken bu tarihten sonra 200’den fazla deprem kaydedilmiş. Yine ABD Oklahoma Eyaleti’nde deprem sayısı olağanüstü derecede artış göstermiş. Bu ani artışın petrol ve kaya gazı çıkarmak için yapılan sondajlarla ilgili olduğu düşünülüyor.(11)
Kaya gazı üretiminde karşılaşılabilecek sorunlar nedeniyle ABD’nin aksine bazı Avrupa ülkeleri kaya gazı üretimini yasaklama kararı almışlardır.(7)
Kaya gazı sondajında ve geriye dönen çatlatma sıvısında radyoaktif mineraller ve ağır metaller bulunabilmektedir. Yüzeye dönen sıvının kapalı alanlarda toplanması ve arıtılması önerilse de tamamen temizlendiği de söylenemez. Özellikle koyu renkli organik madde yönünden zengin şeyl katmanları bu türden ağır metaller içermektedir. Ayrıca yüzey suları ve yer altı suları, derin olmayan sondajlarda metanla ve çatlatma sıvısı kimyasalları ile kirlenebilmektedir(13).
On binlerce metreküp su gerektiren kaya gazı üretimi kurak olan ve tatlı suyun çok önemli olduğu alanlarda suya ulaşımda zorluk yaratmaktadır.(13).
Sonuç olarak, yeni bir enerji kaynağı olmasına rağmen küresel çapta kabul görmesinde sorunlar ve çekinceler yaşanmaktadır. Enerji gereksinimi zorladıkça var olan yeni teknolojilerle üretimin devam edebileceğini söylemek mümkündür.
Kaynakça:
- Filoğlu, Emine., Kaya Gazının ( Shale Gas) Dünya’daki ve Türkiye’deki Gelişmeleri, Doğal Gaz, Eylül 2012, sayı 173.
- Özkara, Yücel.,Dünya’ya ve Türkiye’ye Etkileri Açısından Şeyl (Kaya) Gazı, C. Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı Dergisi, Kalkınmada Anahtar, Verimlilik, Eylül 2016,sayı 333.
- Sarı, Ali., Kaya Gazı Nedir? Türkiye İçin Bir Enerji Kaynağı mıdır?, Ankara Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Jeoloji Mühendisliği Bölümü.
- Sarıgül, Tuba., Kaya Gazı, Bilim ve Teknik Dergisi, Nisan 2014, sayı 557
- İnan, Mehmet Akif., Diyarbakır ve Çevresinin Kaya Gazı Potansiyeli Açısından Değerlendirilmesi, Dicle Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi No.567139, Temmuz 2019.
- Ahıskalı, Murat Alp., Kaya Gazı, Dünya Enerji Düzenine Etkileri ve Türkiye Potansiyeli, Nevşehir Hacı Bektaş Veli Üniversitesi, Sosyal Bilimler Enstitüsü Dergisi 2013, sayı 3.
- Kavaz, İsmail., What is Turkey’s Shale Gas Potential, The New, Turkey, Knowledge is Responsibility, Politics Today
- Ordonez, Javier Antonic Bravo., Türkiye’nin Kaya Gazı Potansiyelinin Analizi, Ege Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi No:488307, Ocak 2018.
- Kötek, Sabiha., Müjdelenen Doğal gaz, Kaya Gazı, Enerji Günlüğü, 16 Şubat 2019,
- Türkiye’de Kaya Gazı, Çok Bilinmeyenli Denklem, Heinrich Böll Stiftung, Derneği Türkiye Temsilciliği, 24 Mart 2015.
- Ocak, E.Mahir., Yapay Depremler, Bilim ve Teknik Dergisi, Ağustos 2016, sayı 585.
- Karslı, Süleyman.,Son Gelişmeler Işığında Türkiye’de Kaya Gazı, Iğdır Üniversitesi,Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 2015, sayı 5.
- Erik, Nazan Yalçın.,Şeyl Gazı; Jeolojik Özellikleri, Çevresel Etkileri ve Küresel Ekonomik Anlamı, Türkiye Jeoloji Bülteni, Cilt 59, Sayı 2, Nisan 2016
[1] Emekli Coğrafya Öğretmeni