Daha yaşanılabilir bir gelecek için: Hidrojen
Bu yazımda yenilenebilir enerji türlerinden halk arasında bilgimizin biraz daha az olduğunu düşündüğüm hidrojen enerjisini basit bir şekilde incelemek istedim. Umarım beğenirsiniz, iyi okumalar dilerim!
Kullandığımız fosil yakıtların dünyamızda geri dönüştürülemez zararlar bıraktığı anlaşılınca insanlar daha az karbon izi bırakan çözümlere yöneldi. Bunlardan birisi de yenilenebilir kaynaklardan da üretilebilen hidrojen enerjisi.
Hidrojen; element tablosunda ilk sırada yer alan, tek atomlu ve oldukça yanıcı bir gazdır. Doğada diatomik bir halde farklı bileşikler halinde bulunur ve en hafif elementtir. Organik maddelerin, doğal gaz gibi fosil yakıtların içinde de bulunur ve ısı uygulanılarak ayrıştırılabilir. Farklı bir yöntem olarak ise su ve elektrik akımıyla hidrojen enerjisi elde edilebilir. Son yöntem ise bakteri ve alglerin biyolojik reaksiyonları aracılığıyla temin etmektir*.
Hidrojen gezegenimizde fazlasıyla bulunsa ve farklı maddelerden ayrıştırılabilse de elde edilen verimlilik oranı düşük olduğu için fazla yaygın olarak kullanılmamakta. Bunun için yenilikçi çalışmaların devam ettiğini de söyleyebiliriz [1].
Potansiyeline oranla oldukça az kullanıldığını söyleyebileceğimiz bu enerji türü, genellikle endüstriyel alanlarda ya da büyük projelerde karşımıza çıkıyor. Buna NASA’nın roketlerinde 1970'lerden beri yakıt olarak sıvı hidrojen kullanmasını örnek verebiliriz.
Hidrojen ile ilgili ilk enerji üretme denemeleri 1950'li yıllarda Amerika Birleşik Devletleri’nde uzay araçların için yakıt denemeleri sayesinde ortaya çıkmıştı. Hidrojenden enerji üretilirken elektrokimyasal süreçler sırasında kimyasal enerji elektrik enerjisine dönüştürülür. Uzun yıllardır roket gibi araçlarda kullanılsa da son 20 yıldır kullanım alanının genişlediğini, güç üretimi gibi konulara da sıçradığını söyleyebiliriz. Bunların üretiminde ise yakıt pilleri -fuel cells- kullanılmaktadır.[2]
Hidrojeni bir enerji kaynağı olarak değerlendirirsek eğer, dikkat etmemiz gereken bazı noktalar ortaya çıkmakta. Hidrojenin 2.Derece enerji kaynağı, 1.Derece depolama kaynağı olarak nitelendirildiğini belirtelim. Yazının başında bahsettiğim gibi hidrojen doğada bol miktarda bulunsa da üretimin asıl payı farklı enerji kaynaklarından dönüştürülmesi ile elde ediliyor. Hidrojen bir yakıt olarak kullanılmak istenirse önce doğal gaz gibi birincil kaynaklardan dönüştürülmesi gerekiyor. Dolayısıyla hidrojen enerjisini bir enerji depolama kaynağı olarak düşünmek mümkündür. Elde edildikten sonra ise yeniden farklı bir süreç ile enerji üretiliyor. Günümüzde kullanılan bu 2 sürecin sonunda hidrojenin verimliliğinin oldukça düştüğünü belirtmeliyim. Daha verimli hidrojen elde etme süreçlerinin geliştirilmesiyle birlikte bu sorun ortadan kalkabilir fakat şimdilik üretimin düşük bir verimlilik ile geliştiğini bilmek gerekiyor.
Neden Hidrojen?
- Karbon Salınımı
Artan üretimle birlikte gelen enerji kullanım oranlarının artmasıyla dünya çevresinde enerji üretimi de doğrusal bir artış gösterdi. Ana oluşum maddesinin günümüze kadar karbon açısından zengin fosil yakıtlar olması sebebiyle dünyada küresel ısınma; bunun sonucunda ise iklim değişiklikleri, kutupların erimesi gibi sonuçlar ortaya çıktı. Zararı kısıtlamak ya da daha geç olmadan geri dönüşü sağlamak için yeni kurulan enerji üretim merkezlerinin düşük karbon ayak izine sahip olması önemlidir. Hidrojen sadece ısı ve su salınımı yapıp karbon salınımı yapmadığı için, düşük karbon hedeflerine uygun bir enerji alternatiftir .[3]
Elbette ki hidrojen enerjisinin karbon salınımı yapmadığı söylemek için hidrojen üretiminde kullanılan enerji kaynağını da incelemek gerekir. CertifHy’ın 2016 yılında yaptığı sınıflandırma ile hidrojen üretiminde ortaya çıkan emilim oranlarına göre 4 farklı kategori karşımıza çıkıyor:
- Gri Hidrojen-Grey Hydrogen-: Üretilirken ortaya çıkan emisyon miktarı 36.4 g CO2/MJH2'den fazla ise bu kategoriye dahildir. Doğal gaz ham madde olarak bulunurken metan gazının işlenmesiyle ortaya çıkabilir.
- Karbondan Arındırılmış Hidrojen -Decarbonized Hydrogen-: Yenilenemez ham maddeler kullanılarak yapılır, emilim miktarı ise 36.4 g CO2/MJ H2'den azdır.
- Karbonsuz Hidrojen -Carbon free Hydrogen-:Yenilenebilir ham maddelerden elde edilir ve emilim mikarı 36.4 g CO2/MJ H2'den azdır.
- Düşük Karbonlu Hidrojen -Ultra low Carbon Hydrogen-: Emilimi 36.4 g CO2/MJ H2'nin altında olan tüm hidrojen kaynaklarını kapsar. Karbondan arındırılmış ve karbonsuz hidrojen bu kategoride yer almaktadır. [4]
2. Kapladığı Alan
Yenilenebilir enerji kaynakları arasında bile sıraladığımızda hidrojen en az yer kaplayan kaynaklardan biri de denilebilir. Aynı boyutta bir enerji üretilirken hidrojen güneş enerjisine göre çok daha az yer kaplar. 2016 yılında Japon bilim insanları cep boyutunda, günlük olarak kullanabileceğiniz bir enerji bataryası bile tasarladı.[5]
3.Sürdürülebilirlik
İlk maddede hidrojenin karbon salınımının az olduğunu belirtmiştik. Bunun yanında hidrojen üretim kaynağı olarak su (H2O) kullanıldığında üretim sonucunda ısı ve hidrojen açığa çıkmakta. Bu şekilde de enerji ve elektrik üretiminin doğaya zararsız ve sürdürülebilir olduğunu söyleyebiliriz.[6]
Burada bir önceki bölümde bahsedildiği gibi hidrojen üretilirken kullanılan kaynak önemlidir. Şayet kömür, doğalgaz gibi karbon türevli yakıtlardan dönüştürülen hidrojen için sürdürülebilir olduğu söylenemez. Fakat düşük karbon hedefleri; yenilenebilir kaynaklardan enerji üretimi, ısınma ve ulaşımın elektrifikasyonu ve enerji verimliliği ile bir bütün olarak düşünülmelidir. Dolayısıyla bu hedeflere ulaşmak için bu üç dönüşümün birbirini tamamlayacağını unutmamak gerekir. Hidrojen enerjisi gelecekte yüksek oranda rüzgar/güneş kaynaklarından elde edilen enerjinin depolanmasında, havacılık ve denizcilikte kullanılan taşıtlarda yakıt olarak kullanılarak ve ısınmada doğalgazın yerini alarak çok önemli bir çözüm olabilir.
Peki dezavantajları nelerdir ?
- Pahalı Bir Kaynak
Şu ana kadar yapılan çalışmalar ucuz bir hidrojen kaynağı elde etme yöntemi bulamadı. Üretiminde kullanılan elektroliz ve diğer yollar hidrojen enerjisini en çok elde edebileceğimiz yerler olmasına rağmen fiyat/performans oranının düşük olması sebebiyle kullanılmıyorlar. Bilim insanları daha tasarruflu bir yol bulana kadar yenilenebilir enerjiler arasında popüler elde yöntemleri solar paneller ve rüzgar türbinleri olacak diye tahmin edebiliriz.[7]
2.Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri
Hidrojen elementi tatsız, kokusuz ve fazlasıyla yanıcı olmasıyla bilinir. Bu özelliklerin kullanım ve üretim sırasında getirdiği pek çok olumsuzluk bulunmakta. Örnek vermek gerekirse depolanma vs. sırasında kaçak olduğunu anlamak neredeyse imkansız. Bu sebeple özel sensörler gerekmekte.
3.Taşınma ve Depolama Sıkıntısı
Hidrojenin çok hafif olması sebebiyle taşınması zor denilebilir, kolaylıkla taşınması için ise sıvı forma dönüştürülmesi gerekiyor. Bunun için ise çok düşük sıcaklıklarda, yüksek miktarlarda basınç gerekmekte. Kısa sürede çok miktarda hidrojenin taşınması için uygun ortam oluşturulması bu gereklilikler yüzünden zorlaşıp pahalılaşıyor.
Dünyada Hidrojenin Yeri
- Avrupa Birliği’nin 2019 yayında yayımladığı bir rapora göre; üye 28 ülke, Paris Antlaşması ile birlikte, küresel ısınmayı 2 derece artışın altında tutup bu miktarı ise 1.5 derece kadar mevsim normallerine yükseltmeyi amaçlayacak bir antlaşmaya imza attı. Bu antlaşma ile Avrupa’da yer alan ülkelerin enerji üretme, depolama ayrıca taşıma anlayışı tamamen farklı ve çevreci bir boyuta taşınmış oldu. Bu antlaşmanın raporlarında da sürdürülebilir bir çözüm ve karbon miktarının da azaltması hedeflendiğinden enerji üretiminde hidrojen gerekliliği de vurgulandı. AB, evlerdeki elektrik tüketiminin %15'i hidrojen ile olması amaçlarken gerçekte bu seviye çok daha düşük. Günümüzde de ulaşım alanında kullanılan hidrojenin geleceğinin yine bu alanda çok açık olması bekleniyor. Yük ve insan taşımak için kullanılan tren, gemi ve otobüs gibi araçların ana yakıt olarak hidrojen kullanmasıyla bu konu farklı boyutlara taşınabilir çünkü 2019 yılı itibariyle Avrupa kıtasında karbon salınımının 1/3'ünü ulaşım sektörü oluşturmakta. 2050 yılına kadar ise hidrojenin ana enerji üretim maddelerinin yaklaşık %25'i olarak kullanılması hedefleniyor. Eğer bu hedefe ulaşılırsa Avrupa Birliği çevrecilik konusunda büyük bir adım atmış olacak. Bu raporda ayrıca hidrojen endüstrisinin Avrupa Birliği’ne sağlayacağı bazı yararlar da verilmiş, bunlara 2050 yılına kadar 5.4 milyon bireye iş sağlanması ve ekonomiye 820 milyar euro katkısı sayılabilir.[2]
- Çin Halk Cumhuriyeti ise enerji konusunda dünya öncülerinden diyebiliriz. 2000'li yıllara geçerken elektrikli araçları öngörüp şu anki en büyük üreticilerden biri oldular. Güneş panelleri konusunda ise yine öncü ülkelerden olduklarını söyleyebiliriz. 2019 Yazında ülkenin Bilim ve Teknoloji Bakanı Wan Gang verdiği bir söyleşide hidrojen üretiminin ülke açısından üretiminden söz etmişti. Bazı raporlara göre de Çin Halk Cumhuriyeti’nin bu konudaki hedefi 2040 yılında enerji üretiminin %10'unu hidrojenden sağlamak. Bunu enerji ithalatını azaltmaya ve ilerleyen süreçte bitirmeye yönelik bir adım olarak da görebiliriz.[8]
Bu konuda ilginizi çekebileceğini düşündüğüm, güvenilir ve araştırmalarıyla bilinen Wall Street Journal kanalından bir videoyu aşağıya ekliyorum. Umarım beğenirsiniz.
- *Bu konuda ayrıntılı bilgi için bu linki incelemenizi tavsiye ederim.(https://www.energy.gov/eere/fuelcells/hydrogen-production-microbial-biomass-conversion)
Referanslar
[1]Küçükkaya, E. (2019, May 27). Hidrojen Enerjisi Nedir? Retrieved November 26, 2020, from https://www.enerjiportali.com/hidrojen-enerjisi-nedir/
[2]Renewable Energy World, .. (2019). Hydrogen & Fuel Cells. Retrieved November 26, 2020, from https://www.renewableenergyworld.com/types-of-renewable-energy/hydrogen/
[3]Ekolojist, Y., & Ekolojist, .. (2018, April 30). Karbondioksit Emisyonu Hakkında Merak Edilenler. Retrieved November 27, 2020, from http://ekolojist.net/karbondioksit-emisyonu-hakkinda-merak-edilenler/
[4]Fuel Cells & Hydrogen (FCH), Hydrogen Roadmap Europe -a Sustainable Pathway for the European Energy Transition, 1st Edition, Publications Office of the European Union; 2019. doi:10.2843/341510
[5]Kato, R., Yoshimasa, K., Egashira, T. et al.(2016) A ketone/alcohol polymer for cycle of electrolytic hydrogen-fixing with water and releasing under mild conditions. Nat Commun 7, 13032 . https://doi.org/10.1038/ncomms13032
[6] FuelCellWorks. (2020, January 09). 5 Reasons Why Hydrogen is the Fuel of the Future. Retrieved November 26, 2020, from https://fuelcellsworks.com/news/5-reasons-why-hydrogen-is-the-fuel-of-the-future/
[7]Hydrogen Energy Center, .. (2020). Benefits of the Hydrogen Economy. Retrieved November 26, 2020, from https://www.hydrogenenergycenter.org/benefits-of-the-hydrogen-economy
[8]Deorsey, A. (1969, December 29). China’s Hydrogen Society Beginning to Take Shape. Retrieved November 27, 2020, from https://www.cleantech.com/chinas-hydrogen-society-beginning-to-take-shape/
