Yenilenebilir enerji yarışında rüzgar ve güneş genellikle ön plandadır, ancak jeotermal enerji, kesintisiz baz yük sağlama yeteneğiyle stratejik bir öneme sahiptir. Ancak jeotermal santral işletmeciliğinin "karanlık" bir yüzü vardır: Korozyon. Yerin kilometrelerce altından çekilen jeotermal akışkanlar (brine), yüksek sıcaklık, basınç ve agresif kimyasallarla doludur. Standart çelikler bu ortamda günler, hatta saatler içinde kullanılamaz hale gelebilir.
Bu yazıda, jeotermal santrallerin kalbini oluşturan boru hatlarını, türbinleri ve ısı eşanjörlerini koruyan ileri malzeme teknolojilerini ve korozyon dirençli özel alaşımları inceliyoruz.
Doğru malzemeyi seçmek için önce düşmanı tanımak gerekir. Jeotermal akışkanlar saf su değildir; "jeotermal salamura" olarak adlandırılan karmaşık bir kimyasal çorbadır. Korozyona neden olan temel faktörler şunlardır:
Yüksek Klorür İçeriği: Birçok jeotermal kaynak, deniz suyundan bile daha tuzludur. Klorür iyonları, metallerin koruyucu oksit tabakasını delerek "oyuklanma korozyonuna" (pitting) neden olur.
Asidik Gazlar (H2S ve CO2): Hidrojen sülfür ve karbondioksit, suyla birleştiğinde asidik bir ortam yaratır. H2S ayrıca metallerde "sülfür gerilimli korozyon çatlaması" adı verilen sinsi bir hasara yol açar.
Yüksek Sıcaklık: Kimyasal reaksiyonlar sıcaklıkla hızlanır. 200-300 derece santigrat gibi sıcaklıklarda korozyon hızı katlanarak artar.
Kabuklaşma (Scaling): Silika ve kalsiyum karbonat gibi mineraller yüzeylerde birikerek hem ısı transferini engeller hem de birikinti altı korozyonunu tetikler.
Mühendisler, bu zorlu koşullarla başa çıkmak için malzeme biliminin sınırlarını zorlayan alaşımlar kullanırlar. İşte jeotermal santrallerde kullanılan başlıca malzeme grupları:
Giriş seviyesi ve orta zorluktaki jeotermal sahalar için standarttırlar.
316L Paslanmaz Çelik: Molibden ilavesi sayesinde standart 304 çeliğe göre klorürlere daha dirençlidir, ancak çok yüksek tuzlulukta yetersiz kalabilir.
Dubleks (2205) ve Süper Dubleks (2507) Çelikler: Hem östenitik hem de ferritik yapıya sahiptirler. Yüksek mukavemetleri ve stres korozyon çatlamasına karşı üstün dirençleri nedeniyle boru hatlarında ve ısı eşanjörlerinde sıkça tercih edilirler.
Koşullar sertleştiğinde, demir bazlı çelikler sahneden çekilir ve yerini nikel alaşımlarına bırakır. Bu malzemeler, jeotermal endüstrisinin "ağır toplarıdır".
Inconel 625: Yüksek oranda nikel, krom ve molibden içerir. Oksitlenme ve klorür korozyonuna karşı olağanüstü direnç gösterir. Genellikle türbin kanatlarında ve kritik vana parçalarında kullanılır.
Hastelloy C-276: Korozyon direnci konusunda endüstriyel bir standarttır. Özellikle sülfürik asit ve klorür içeren çok agresif jeotermal akışkanlarda (örneğin volkanik kökenli sahalarda) rakipsizdir.
Klorür oranının aşırı yüksek olduğu ve pH'ın çok düşük olduğu (asidik) durumlarda titanyum devreye girer.
Grade 2 ve Grade 12 Titanyum: Titanyum, yüzeyinde oluşturduğu çok kararlı oksit tabakası sayesinde korozyona karşı neredeyse bağışıktır. Özellikle kondenserlerde ve plakalı ısı eşanjörlerinde kullanılır. Ancak maliyeti yüksektir ve işlenmesi zordur.
Tamamı pahalı bir alaşımdan (örneğin Inconel) yapılmış bir boru hattı kurmak ekonomik olarak sürdürülemez olabilir. Bu noktada malzeme bilimi, "Cladding" (Kaplama) yöntemini sunar.
Roll-Bonding ve Patlatmalı Kaplama: Dış yüzeyi mukavemet için ucuz karbon çeliğinden yapılırken, akışkanla temas eden iç yüzey ince bir tabaka nikel alaşımı veya titanyum ile kaplanır.
Termal Sprey Kaplamalar: HVOF (Yüksek Hızlı Oksijen Yakıtı) gibi yöntemlerle, metal tozları (örneğin tungsten karbür veya nikel-krom) yüzeye püskürtülerek hem korozyona hem de erozyona (akışkan içindeki kum partiküllerinin aşındırması) karşı direnç sağlanır.
Jeotermal santral yatırımcıları için malzeme seçimi, ilk yatırım maliyeti (CAPEX) ile işletme maliyeti (OPEX) arasındaki hassas bir dengedir.
Ucuz karbon çeliği kullanmak ilk etapta cazip görünebilir ancak her 2 yılda bir boru değişimi yapmak veya sızıntılar nedeniyle santrali durdurmak (Downtime), uzun vadede çok daha pahalıya patlar.
Doğru alaşım seçimi, santralin 25-30 yıllık ekonomik ömrü boyunca minimum bakımla çalışmasını sağlar.
Jeotermal enerji potansiyelini tam kapasiteyle kullanabilmek için sadece sondaj teknolojilerini değil, metalürji bilimini de geliştirmek zorundayız. Paslanmaz çeliklerden nikel süper alaşımlara uzanan bu yelpaze, yer altındaki zorlu enerjiyi evlerimize güvenle taşımamızı sağlayan temel yapı taşıdır.
Jeotermal sahaların kimyasal karakteristiği her bölgede farklılık gösterir; bu nedenle "tek bir mükemmel malzeme" yoktur, "o saha için en doğru malzeme" vardır.
