Küresel iklim değişikliğiyle ilgili olumsuz gidişatı durdurmak adına özellikle temiz enerji kaynakları konusunda çalışmalar sürüyor. Üzerinde durulan temiz enerji kaynaklarından biri de hidrojen.
Dünyanın enerji gereksiniminin büyük bölümünü karşılayan fosil kaynaklar hem gittikçe azalıyor hem de çok ciddi çevre ve hava kirliliğine sebep oluyor. Hidrojen, bir enerji taşıyıcısı olarak bu sorunların çözümü için önemli bir potansiyele sahip. Son yıllarda hidrojen enerjisi üzerinde yoğun araştırma ve geliştirme faaliyetleri sürdürülmesinin temel sebebi de bu.
Hidrojen, güneş ve diğer yıldızların termonükleer tepkime ile verdiği ısının yakıtı, evrenin temel enerji kaynağı olması açısından dikkat çekici bir element. 1500'lü yıllarda keşfedilen hidrojenin yanma özelliği ise 1700'lü yıllarda fark ediliyor. Renksiz, kokusuz, havadan 14,4 kez daha hafif, tamamen zehirsiz bir gaz olan hidrojen -252.77°C'da sıvı hale getirilebiliyor. Hidrojen bilinen tüm yakıtlar içinde birim kütle başına en yüksek enerji içeriğine sahip. Buna göre, 1 kg hidrojen, 2,1 kg doğal gaz veya 2,8 kg petrolün sahip olduğu enerjiyi taşıyor.
Hidrojen enerjisinin kullanım alanları
Oksijenle reaksiyona girdiğinde enerji üreten hidrojen, uzay araçlarına ve otomobillere yakıt olmasının yanı sıra daha birçok alanda kullanılabilecek bir temiz enerji türü. Özellikle ulaşımda kirliliğin azaltılıp verimin arttırılması için benzin, etanol ve metanol ile karıştırılabilir. Hidrojen enerjisinin uygulama alanları şöyle sıralanabilir:
- Atık ısı ve elektrik depolama
- Isıtma ve soğutma sistemleri
- Pompa veya basınçlandırma üniteleri
- Hidrojenle temizleme
- Döteryum ayırma
Hidrojenin kullanımının ulaşımda, binalarda ve enerji yoğun endüstrilerde karbonsuzlaşmayı hızlandırması umuluyor. Bu perspektiften bakılınca 1975’te 18,2 milyon ton (Mt) olan hidrojen talebinin, 2018 yılına gelindiğinde 73,9 Mt’a yükseldiği görülüyor. İlaveten 2050 yılına kadar hidrojenin küresel enerji ihtiyacının yüzde 18’ini karşılayabileceği iddiaları mevcut. İddiaların doğru çıkabilmesi için hidrojen üretiminin yılda 530 Mt’a yükseltilmesi; tamamen yenilenebilir kaynaklardan üretilmesi için yenilenebilir enerji üretim kapasitesinin büyük miktarda artması gerekiyor. Bu amaçla Ocak 2020 itibarıyla da Küresel Gayri Safi Yurtiçi Hasıla’nın (GSYİH) yüzde 70’ine sahip 18 ülke, hidrojen üretmek üzere stratejiler geliştiriyor.
Hidrojen üretimi de fosil kaynaklardan
Uluslararası Enerji Ajansı (IEA) verilerine göre bugün küresel düzeyde hidrojen üretimi yıllık olarak “830 Mt CO2” salımına neden oluyor. Hidrojenin birincil enerji kaynağı olmaması nedeni ile emisyon yoğunluğu yüksek. Sadece diğer kaynaklardan üretilebilen hidrojenin neredeyse tamamı (yüzde 99) fosil yakıtlardan sağlanıyor. Bu üretimde doğal gazın payı yüzde 76, kömürün payı ise yüzde 23. Uzmanlar, bu kaynaklar kullanılarak hidrojen elde etme işleminin ilk etapta yakıtları doğrudan yakmak kadar karbondioksit yayacağını iddia ediyor. Hidrojenin üretildiği kaynaklar çerçevesinde renklere göre sınıflandırılması da bu sebepten.
Hidrojen renkleri ne anlama geliyor
Ekonominin karbondan arındırılması için hidrojenin düşük veya sıfır karbonlu kaynaklardan üretilmesi gerekiyor. Üretim kaynağına bağlı olarak hidrojen; yeşil, mavi ve gri renk kodları alıyor.
Yeşil Hidrojen: Güneş gibi yenilenebilir enerji kaynaklarından üretilen hidrojen “yeşil hidrojen” olarak tanımlanıyor ve karbon salımına neden olmuyor.
Gri hidrojen: Fosil yakıtlardan üretilen hidrojen “gri hidrojen” olarak adlandırılıyor. Fosil yakıtlardan hidrojen üretimi; Buhar Metan Reformasyonu (Steam Methane Reformation – SMR) veya Ototermal Reformasyon (Autothermal Reformation ATR) olmak üzere iki yol ile gerçekleştirilebiliyor. Fosil yakıtlardan elde edilen hidrojenin safsızlık seviyesi yüksek ve kullanımdan önce işlenmesi gerekiyor. Elektrolizden elde edilen hidrojen ise yüzde 100 saf olduğu için daha fazla işlem gerektirmiyor.
Mavi hidrojen: Mavi hidrojen de gri ile aynı şekilde üretiliyor. Ancak burada amaç Karbon Yakalama ve Depolama (Carbon Capture and Storage – CCS) teknolojileri ile emisyonları yakalamak ve depolamak. Bu yöntem yalnızca düşük emisyonların yakalanmasını sağlıyor. Uzun vadede, CCS ile donatılmadığı sürece SMR kullanarak sanayi sektörünün karbondan arındırılması mümkün görünmüyor. SMR için karbonun yüzde 60’ı kolayca yakalanabilir ve bu potansiyeli yüzde 90’a çıkarmak mümkün. Ancak bu durum süreci teknolojik olarak zor ve maliyetli hale getiriyor.
Hidrojenle ilgili bilinmesi gerekenler
Hidrojen doğal bir yakıt değil. Su, fosil yakıtlar ve biyokütle gibi değişik hammaddelerden üretilebilen sentetik bir yakıt.
Hidrojen petrol yakıtlarına göre ortalama 1,33 kat daha verimli ancak mevcut koşullarda diğer yakıtlardan yaklaşık üç kat pahalı.
Güneş enerjisi, hidrojeni diğer elementlerden ayırmak için ideal bir enerji kaynağı. Güneş enerjisi kullanılarak elde edilmiş hidrojen yakıtı, sonsuza kadar temiz enerji sağlayabilir.
Hidrojen üretim teknolojilerine bakıldığında, buhar iyileştirme, atık gazların saflaştırılması, elektroliz, termokimyasal süreçler, radyoliz gibi alternatif yöntemler sayılabilir.
Üretilen hidrojen yakıtı, boru hatları veya tankerler aracılığıyla çok uzak mesafelere ulaştırılabilir.
Elektrikli ve hidrojen yakıtlı araçlar arasındaki farklar
Uygulamada karşımıza çıkan hidrojen yakıtlı araçlar, elektrikli araçlarla çokça kıyaslanıyor. Bu kıyaslamaya bakıldığında, hidrojen yakıtının alması gereken yol ortaya çıkıyor. En basit anlatımıyla elektrikli araçlar ihtiyaç duyduğu enerjiyi bir şebekeye bağlanarak şarj edilen pillerden alıyor. Hidrojen yakıtlı araçlar ise pil bataryasındaki kimyasal reaksiyonlarla kendi elektriğini kendisi üretiyor. Bu elektrik daha sonra motora aktarılıyor ve böylece hareket sağlanıyor. Egzoz gazı olarak da açığa sadece su buharı çıkıyor. Hidrojen pili özel istasyonlarda dolduruluyor.
Hidrojenli araçların avantajı depolarının herhangi bir benzinli ya da dizel araç gibi kısa sürede doldurulabilmesi. Menzil anlamında da benzer mesafeler katedilirken hiç karbon emisyonunun oluşmaması da bir diğer avantaj. Ancak asıl mevzu şu an için hidrojen dolum altyapısının yetersizliği. Yakıtın nakliye ve depolama zorluğu ve enerji üretimindeki verim düşüklüğü nedeniyle elektrikli araçlar bir adım önde görünüyor.
Temiz ve yenilenebilir hidrojen enerjisinin dünyanın artan enerji gereksinimini karşılayacağı bir gelecek için gelişmiş ülkeler çok yoğun bir şekilde çalışıyor. Bu amaçla büyük ölçekli teknolojik araştırma ve geliştirme programları yürütülüyor. Dünyanın geleceği için tüm temiz enerji kaynaklarının üretimi ve depolaması açısından zorlukların bir an önce bertaraf edilmesi arzu ediliyor.
KAYNAKLAR
tr.euronews.com
temizenerji.org
