Küresel iklim değişikliğinin olumsuz etkilerinin hissedilmesiyle beraber ama özellikle de fosil yakıtların pahalılığının artması ve rezervlerinin tükenme noktasına gelmesi, insanoğlunu gelecekte daha verimli ve ucuz bir o kadar da çevreye zarar vermeyen yenilenebilir enerji kaynakları arayışına sürüklemiştir. Bu süreçte alternatif bir enerji kaynağı olarak hidrojeni yakıt olarak kullanıp enerji gereksinimimizi karşılama fikri ortaya çıkmıştır. Günümüzde hâlâ hidrojen ile enerji elde etme araştırma çalışmaları sürmektedir ama henüz hidrojen yakıtından istenilen enerji verimliliğine erişilememesine rağmen bu süreç içerisinde bile farklı farklı alanlarda hidrojen yakıtı tabanlı enerjisi kullanılmaktadır. Ne var ki endüstriyel olarak üretilen hidrojen enerji elde edilmesinden ziyade daha çok endüstriyel alanlarda kullanılmaktadır.
Hidrojen enerjisi, şu yönden nükleer enerjiye de benzemektedir; askeri çalışmalar neticesinde nükleer fisyon gerçekleştirilerek nükleer enerjinin -tabii silah şeklinde kullanımı da- ortaya çıkarılması sağlandı. Hidrojen enerjisi de ilk olarak Amerika Birleşik Devletler’inde askeri amaçlarla denenmiş bir yakıt türüdür denilebilir. Buradan yola çıkılarak hidrojen enerjisi birincil bir enerji kaynağı değildir, bir enerji taşıyıcısı olarak görülmektedir. Çünkü su, fosil yakıtlar ve biyokütle gibi değişik hammaddelerden üretilmektedir. Bu da hidrojen enerjisini ikincil yakıtlar sınıfına sokar ve bir enerji taşıyıcısı olarak tanımlanır. Elbette ki bir enerji taşıyıcısı olmak onun değerini küçültmez sadece bu enerjinin elde edilmesi için gerekli olan hidrojenin başka bir hammaddeden elde edildiğini söyler.
Hidrojenin üretilmesi aşamasında değişik teknikler varken bu teknikler sonucunda üretilen hidrojen boru hatlarıyla veya tankerlerle uzun mesafelere taşınabilir. Yani geleceğin doğalgaz enerji kaynağı olarak hidrojeni görebiliriz. Sadece bu enerji kaynağını biz kullandıktan sonra geriye su oluşuyor.
Hidrojen Enerjisinin Tarihsel Gelişimi
Hidrojenle çalışan uçak. Boeing tarafından üretilen ve deneme uçuşu yapılan bu uçak için 45 kW güç sağlayan hidrojen yakıtın olduğu bir tank ve lityum iyon bataryası vardır.
Endüstri devrimi ile 1750 yılından bu yana, teknik yeniliklere dayalı olarak dünya genelinde ekonominin gelişmesi, peş peşe beş ayrı dalgalanma biçiminde sürmüştür. 1750-1825 yılları arasındaki birinci dalgalanmanın temel enerji kaynağı kömürdür. 1825-1860 arasındaki ikinci dalgalanmada, ekonomiye ivme kazandıran elektrik olmuştur. 1860-1910 yılları arasındaki üçüncü dalgalanmada elektrik etkisini sürdürmüş ama yeni kaynak olarak petrol ortaya çıkmıştır. 1910-1970 döneminde dördüncü dalgalanmada ekonomiyi büyüten yeni enerji kaynağı nükleer enerjidir.
1970’li yıllar ile beraber hidrojen enerjisi yüksek verimliliği ve çevre dostu bir enerji kaynağı olmasından dolayı üzerinde araştırmalar yoğunlaşmıştır.
Diğer yenilenebilir enerji kaynakları için geçerli olan yönelme sebepleri hidrojen enerjisi için de aynıdır. Fosil yakıtların aşırı kullanımı ile aşırı karbondioksit salınımı sonucu sera etkisi nedeniyle küresel iklim değişikliğine sebep olması ve yine fosil yakıtlarının rezervlerinde sona gelinmesi hidrojen enerjisine ve yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelimlerde etkili olmuştur. Ne var ki diğer yenilenebilir enerji kaynaklarında olduğu gibi hidrojen enerjisinde de teknoloji istenilen noktaya gelmemiştir.
1970’li yıllarda hidrojen enerjisi roket yakıtı olarak kullanılıyordu ve bu alandaki çalışmalar oldukça gizliydi.- 1974 yılında ABD’de yapılan uluslararası bir toplantı sırasında hidrojen enerjisi kavramıyla dünya ilk kez tanışmış oldu.
- 1988 yılında Sovyetler Birliği’nde yani Rusya’da ilk kez bir uçak hidrojeni yakıt olarak kullandı. İlk deneme 1956’da ABD tarafından yapılmıştı.
- Son 15 yılda ise otomobillerde, otobüslerde içten yanmalı motorlarda hidrojen yakıt olarak kullanılmaya çalışıldı. İlerleyen yıllarda hidrojen/doğalgaz, hidrojen/benzin olarak hibrid teknolojisine sahip hibrid araçlarda hidrojen enerjisi kullanıldı ve hâlâ bu teknoloji üzerine çalışmalar, gelişmeler sürüyor.
Hidrojenin Elde Edilmesi
Bir enerji taşıyıcısı olarak hidrojen, aslında dünya için uzak bir konu değil pek çok sanayi için kullanılan bir araç-gereç gibi düşünebilir. Yılda 500 milyar metreküp hidrojenin üretildiği, depoalandığı, dağıtıldığı son verilerle bilinir bir durumdadır. Ancak bunların hiçbiri enerji üretimi için “ticari” amaçlı değildir. Yani insanoğlu hidrojeni, enerjiden ziyade sanayide hammadde olarak kullanıyor. Enerji içinse hâlâ laboratuvarlarda, araştırma merkezlerinde çalışmalar devam ediyor.
Hidrojenin kullanım alanlarındaki en büyük kullanıcı payına kimya sanayii, özellikle petrokimya sanayii sahiptir. Ülkemizde ise Suni Gübre Sanayii (25.000 m3), bitkisel yağ (margarin) üretimi (16.000 m3), petrol arıtım evleri (rafineri) (1.200 m3), petrokimya endüstrisi (30.000 m3), hidrojene hayvansal yağ üretimi (200-300 m3) ve çeşitli yerlerde kullanılmak üzere basınçlı silindirlerde gaz veya sıvı hidrojen üretimi (6.000 m3) sadece sanayide kullanılmak üzere yapılmaktadır [4].
Suyun elektrolizi gibi pek çok yolla üretilen/elde edilen hidrojen için endüstriyel alandaki kullanımının sadece % 4’ünü bu yolla yani suyun elektrolizi yoluyla üretiliyor. Suyun elektrolizi dışında termokimyasal üretim, yüksek sıcaklık ayrıştırma gibi yöntemlerle de hidrojen üretimi yapılmaktadır.
Hidrojenin üretim kaynakları bol ve çeşitlidir. Fosil yakıtlardan elde edilebildiği gibi güneş, rüzgar, hidrolik enerji gibi yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanılması ile suyun elektrolizi yolu ile üretimi, biyokütleden üretimi ve biyolojik proseslerle üretimi mümkündür. Günümüzde hidrojen ağırlıklı olarak doğalgazdan buhar reformasyonu sonucu elde edilmektedir. Suyun elektrolizi bilinen bir yöntem olmakla beraber ekonomik hale getirilmesi konusunda ve yine benzer şekilde güneş enerjisinden biyoteknolojik yöntemlerle hidrojen üretimi konusunda araştırma-geliştirme çalışmaları devam etmektedir.
Hidrojen enerjisinde hidrojen elde edilme aşaması bu şekildedir bir de hidrojenden enerji elde edilmesi aşaması vardır ki bu da günümüze kadar aslında denendi. Hidrojen enerjisi uçaklar, taşıma araçlarında yakıt olarak kullanılabilmekte ancak bu tür araçlarda depolanmasında sıkıntılar oluşmaktadır. Bir de hidrojen enerjisi yakıt pilleri vasıtasıyla kullanılabilir hâle getirilmeye çalışılıyor.
Yakıt hücrelerinde, hidrojenden içten yanmalı motorlara göre daha fazla verimli bir şekilde yararlanabiliniyor ve bu da gelecekte hidrojen enerjisinin bu yolla kullanılabileceği anlamında bir beklenti oluşturmaktadır.
Hali hazırda yakıt hücreleri oldukça pahalıdır, ancak yapılan araştırma ve geliştirmeler, yakıt hücrelerinin maliyetlerini düşürmeyi sürdürmektedir. Yakıt hücrelerinin maliyeti içten yanmalı motorlar ve türbinlerle yaklaştığı zaman, verimlilikten sağlanacak her bir kuruşun çok önemli olduğu elektrik enerji santralleri başta olmak üzere kullanımları pek çok alanda hızla yaygınlaşacaktır. Hidrojene duyulan ilginin büyük bir kısmı, yakıt hücrelerinin otomobillerde kullanılması fikrinden kaynaklanmaktadır. Yakıt hücreleri, içten yanmalı motorlara göre daha sessiz çalışırlar, daha iyi güç/ağırlık oranına, çok daha yüksek verimliliğe ve teorik olarak sıfır emisyona (hidrojen üretimi sırasında kullanılan yöntemler emisyona neden olabilirler) sahiptirler. Hidrojenin depolanmasındaki zorluklara ve yakıt hücrelerinin yüksek maliyetlerine karşı çözümler üretildikçe, gelişmiş hibrid (yakıt hücresi ve akü kombinasyonlu) otomobillerin de kullanımı yaygınlaşacaktır. [2]
Yazımız, Hidrojen Enerjisi Gerçekten Bir Alternatif Mi? başlıklı yazımız ile devam etmektedir.
Gökhan Atmaca, MSc – facebook.com/anadoluca | twitter.com/kuarkatmaca
Nanoölçek Aygıtlar ve Taşıyıcı İletimi Grubu
Kuark Bilim Topluluğu
Kaynaklar:
- Hidrojen Enerjisi, Ümran TEZCAN ÜN
- http://tr.wikipedia.org/wiki/Hidrojen_ekonomisi
- http://www.eie.gov.tr/turkce/YEK/hidrojen/hidrojen_enerjisi.html
- http://www.obitet.gazi.edu.tr/obitet/alternatif_enerji/Hidrojen_Enerjisi.htm
