Selam olsun! Bilim ve teknolojinin, takipçi ve destekçilerine . Şimdi sizlerle birçok soru sorup birçok soruya cevap vereceğiz. Bu yazımızın konusu hidrojen enerjisi nedir ve Türkiye’de hidrojen enerjisi ne durumdadır. İlk olarak “hidrojen nedir” onu açıklayalım.
Hidrojen dediğimiz element 1500’lü yıllarda keşfedilmiş, 1700’lü yıllarda ise yanabilme özelliğinin farkına varılmış, evrenin en basit ve en çok bulunmasıyla ünlü elementi olup, renksiz, kokusuz, havadan 14.4 kez daha hafif ve tamamen zehirsiz bir gazdır. Evrenin kütlece % 75’ini, atom sayıca % 90’nı oluşturan bu element, evrenin temel enerji kaynağıdır. İnsanlık tarihi boyunca bilinen tüm yakıtlarla karşılaştırıldığında birim kütle başına en yüksek enerji içeriğine sahip elementtir. Örnek vermek gerekirse;1kilogram hidrojen 2.1 kilogram doğalgaz veya 2.8 kilogram petrole denk enerjiye sahiptir. Lakin birim enerji başına hacmi diğer elementlere kıyasla yüksektir. Hidrojen gazını yapay bir şekilde ilk kez T. Von Hohenheim (Paracelsus olarak da bilinir, 1493 – 1521) güçlü asitlerle metalleri reaksiyona sokarak elde etmiştir ama Paracelsus elde ettiği şeyin yeni bir element olduğunu anlayamamıştır. 1671 yılında Robert Boyle tekrar keşfetmiş ancak 1766 senesinde Henry Cavendish, Paracelsus’un bulduğu üzere metal asit reaksiyonuyla elde edilen, havada yanan, yandığında su açığa çıkaran hidrojenin ayrı bir element olduğunun farkına varmıştır. 1783’teyse Antoine Lavoiser Laplace tarafından bu mucizevi elemente hidrojen ismi verilmiştir.
Hidrojen atomu bildiğimiz üzere 1 proton ve 1 elektrondan oluşur, onun bu basit atomik yapısı, ışık emilimi ve yayma spektrumu sayesinde atomik yapıların geliştirilmesine önemli katkılar sağlamıştır.
Hidrojen evrende 2 farklı halde bulunabilir ;
- Atomik
VEYA
- Plazma Hali
Hidrojenin plazma hali atomik halinden bayağı farklıdır. Plazma halinde hidrojen elektronu ve protonu bağlı değildir. Bu da oldukça yüksek elektrik iletkenliğine ve ışık yayılımına (örneğin Güneş ve diğer yıldızların ışık yaymaları) sahip olmalarını sağlar. Yüklü partiküller elektrik ve manyetik alanlardan fazlaca etkilenirler.
Normal şartlar altında, hidrojen elementi biatomik gaz (H2) halinde bulunur. Hafif olması nedeniyle diğer daha ağır gazlara göre yerçekimi kuvvetine daha kolay karşı koyar. Bu yüzdendir ki dünya atmosferinde hidrojen gazı oranı hacimce 1 ppm kadar düşüktür. Fakat durumun böyle olması bu muhteşem elementin Dünya’da en çok bulunan 3. Element olmasının önüne geçemez.
Hidrojen Enerjisi Nedir
Hidrojen ve yakıt kelimelerinin bir arada kullanılmaya başlandığı seneler 1820’lere kadar inmekteyse de, bu çığır açacak düşüncenin gerçekleşmesine yönelik çalışmalara ancak 150 yıl sonra başlanabilmiştir. 1970’li yıllara gelindiğinde hidrojen enerji taşıyıcısı olarak fazla dikkat çekmemektedir. O yıllarda “hidrojen enerjisi”, “hidrojen ekonomisi” ve “hidrojen enerji sistemi” gibi kavramlar enerji literatüründeki kelimeler arasında yer almıyordu. Lakin, roket yakıtı olarak hidrojen kullanılıyor, süper dediğimiz devletler hidrojen çalışmalarını gizli saklı yürütüyorlardı. 1974 yılında ABD’nin Florida Eyaletinde, Miami Üniversitesi Temiz Enerji Enstitüsü tarafından organize edilen “Hidrojen Ekonomisi Miami Enerji Konferansı” (THEME), hidrojen ve enerji kavramlarının bir arada kullanılmasına ve hidrojen enerjisi kullanımının yaygınlaşmasında başlangıç oluşturması açısından önemlidir. Bu toplantı Uluslararası Hidrojen Enerjisi Birliği (IHEA)’nin kurulmasına vesile olmuştur. Ayrıca, dünya hidrojenin değerini anlamaya başlamış ve Dünya Hidrojen Enerjisi Konferansı (WHEC) 11 kez toplanmıştır. Hidrojenin verimli bir yakıt olduğunu düşünmeye başlayan ülkeler hidrojen enerjisiyle uçabilen uçaklar yapmayı denemişlerdir.(ABD’de 1956, Eski Sovyetler Birliği’nde 1988).
Hidrojen yüksek verimli bir yakıt olduğunun diğer bir kanıtı da sudan olduğu gibi fosil yakıtlardan da üretilebilmesidir. Hidrojen enerjisi kullanımın ne kadar yüksek bir verim sağladığını anlamanız için, en bol fosil yakıtlardan olan kömürün diğer yakıt ve enerjilere dönüştürülerek ulaştırmada kullanılmasına ilişkin verileri aşağıda toparladım;
1 ton kömür -> benzine dönüştürme -> otobüs çalıştırma -> 708 km yol
1 ton kömür -> elektriğe dönüştürme -> otobüs çalıştırma -> 772 km yol
1 ton kömür -> hidrojene dönüştürme -> otobüs çalıştırma -> 1 030 km yol
Hidrojenin eşsiz özelliklerinden biriside ekzotermik kimyasal reaksiyon esnasında, bazı metal ve alaşımlarla kolayca yüksek miktarlarda hidrid biçimine dönüşebilmesidir. Farklı türde hidridler geliştirilmiş olmakla birlikte, metal hidridler hidrojen depolanması ve transferi için kullanıldığından, kütlesi hafif olan hidridler daha fazla tercih edilmektedir. Hidridlere yeterli miktarda ısı verildiğinde hidrojen atomları serbest kalabilmektedir. Hidrid teknolojisi ilk kez Mercedes firması tarafından metal hidridli bir deneme aracında kullanılmıştır. Bunun yanı sıra hidrojen yakıt pili dediğimiz kavram ortaya çıkmış, hidrojen enerjisinden elektrik elde etme konusu araştırılmaya başlanmıştır. Yakıt pilli elektrik santralları kurulmaya başlanmış ve bu başlangıcın gereği olara yüksek enerji verimlerinin yanında, bu santrallerin çok az yer kaplaması gösterilmiştir. Bir örnekle izah edecek olursak 2 MW’lık yakıt pilli santralın kapladığı alan 20 m2 den daha az bir alana tekabül etmektedir. Bu konu ile ilgili geleceğe dair senaryolar arasında tüketicilerin bulundukları yerin yakınına kurulacak yakıt pilli santrallarla iletim ve dağıtım kayıpları olmaksızın elektrik ihtiyacının kolayca karşılanabileceği yer almaktadır. Japonya’da bu gelecek daha erken fark edilmiş olacak ki 4.5-11 MW’lık hidrojen yakıt pilli elektrik santrallar kurulmaya başlanmıştır bile.
Hidrojenin alevsiz yanma gerçekleştirmesi için katalitik yakma düzenleri geliştirilmeye başlanmıştır. Hidrojenin elementinin bu şekilde yanması mutfak ocaklarına, fırınlara, su ısıtıcılarına ve özel sobalara dek uygulanmıştır. Yine şimdilik sadece gösterim amacıyla bu yanma şekliyle hidrojen enerjisiyle çalışan beyaz eşya üreticileri de vardır. Buradan da öngörebiliriz ki konutlarda hidrojenin yakıt olarak kullanımına çokta fazla bir süre kalmamıştır. Hidrojenin evlere boru hatlarıyla ulaştırılması konusunda birçok proje geliştirilmekte ve doğal gaz hatlarının artık hidrojen taşıması gerektiği konusunda tasarılar yapılmaktadır.
Hidrojen enerjisinin bu denli verimli ve çevreci oluşu çeşitli ülkelerin işbirliği sonucu uluslararası programlar ve projeler başlatmasına da neden olmuştur. Bu çalışmalardan Euro-Québec Hidro-Hidrojen Pilot Projesi (EQHHPP) 100 MW’lık kapasitesiyle dikkat çekmektedir. Bu projeyle Kanada’da hidrolik kaynaktan elde edilecek elektrik enerjisi suyun elektrolizinde kullanılarak üretilecek gaz hidrojen, tekrar Kanada’da sıvı hidrojen (LH2), amonyak (NH3) ve metilsiklohekzan (MCH) biçiminde bağlanarak, Atlantik Denizinden gemilerle Avrupa’ya taşınacaktır. Avrupa’da bu enerji uygulamasıyla elektrik enerjisi gaz ve/veya sıvı hidrojene dönüştürülerek konutlarda, termik santrallerde, halk otobüslerinde ve araçlarda, uçaklarda yakıt olarak kullanılabilecek, ayrıca kimya endüstrisi için toluen üretilecektir.
Enerji ekonomisinin yapmış olduğu analizlere göre Kanada’daki 100 MW’lık hidrolik güç, Almanya Hamburg’da 74 MW’lık hidrojen gücüne dönüşmüş olacak ve bu güçle yılda 614 GWh enerji sağlanacaktır. Böyle bir proje için toplam tesis maliyetinin 415 milyon ECU (~514.4 milyon ABD $’ı) olduğu saptanmıştır.
Bir teknoloji standartları olmadan kökleşemeyeceği ve tanımlanamayacağı bilindiği için hidrojen enerjisi için uluslararası standart çalışmaları yapılmaya başlanmıştır.
Hidrojen elementinin yanma reaksiyonu sonucunda ortaya çıkan alev hızı da azımsanmayacak derecede yüksektir. Hidrojen alev hızı stokiyometrik karışımlar için benzin- hava karışımlarındaki alev hızı oranının yaklaşık dört katı kadardır.Diğer mevcut İYM yakıtlarına göre hidrojenin çok yüksek ısıl değerlere sahip olduğu görülür. (119.9 MJ/kg alt ısıl değer, 141.86 MJ/kg üst ısıl değer). Lakin hidrojeni hacimsel olarak ele alındığımızda ısıl değerinin diğer yakıtlardan çok daha düşük olduğu farkedilmiştir. Bu duruma çözüm getirilmemesi halinde motorun maksimum gücü konusunda eşdeğer özellikteki benzin motorlarına kıyasla bazı kısıtlamalar olacaktır. Araştırmalara göre hidrojenin difüzyon katsayısı da diğer mevcut yakıtlardan daha fazladır. Ayrıca hidrojen gaz halindeyken; kağıt, kumaş, kauçuk vb. malzemelerden ve platin, demir, çelik gibi bazı metallerden difüzyon yoluyla geçebilmesi hidrojenin depolanması konusunda bazı sorunlar meydana getirebilir.
Türkiye’de Hidrojen Enerjisi Kullanım Alanları
Türkiye’nin 7. Beş Yıllık Kalkınma Planı hidrojen teknolojisine, Genel Enerji Özel İhtisas Komisyonu Yeni ve Yenilenebilir Enerji Kaynakları Raporu’nda değinmekle birlikte, resmileşen kalkınma planında hidrojen ve enerji kelimeleri bir arada bulunmamaktadır. Özellik üzerinde durulması gereken, Hidrojen ve Hidrojen Enerjisi konusu üniversitelerimiz ve araştırma kuruluşlarımızda çok sınırlı şekilde ele alınmaktadır veya alınmamaktadır. TÜBİTAK Marmara Araştırma Merkezi(MAM)’da hidrojen konusunda Uluslararası Enerji Ajansı programları kapsamında bir proje başlatılmak istenmiş lakin söz konusu işbirliği 1996 yılında kesilmiştir. 16. UNIDO Endüstriyel Kalkınma Kurulu Toplantısı hidrojen enerjisine gereken değerin verilmesi UNIDO işbirliği ile Türkiye’de Uluslararası Hidrojen Enerjisi Teknolojileri Merkezi (ICHET) kurulması konusunda karar alınmıştır. Bu karar doğrultusunda ICHET, UNIDO hukuksal çerçevesinde özerk olan bir kurum olarak çalışacak ve bu kurum İstanbul’da kurulacaktır. ICHET’in kurulmaktaki amacı, gelişmiş ve gelişmekte olan dünya ülkeleri arasında hidrojen teknolojileriyle ilgili köprü oluşturmak, hidrojen teknolojilerinin geliştirilmesini ve uygulamalı Ar-Ge çalışmalarını yürütülmesini sağlamaktır. Türkiye’nin ICHET için ilk beş yıllık dönemde arazi, tesis, ilk yatırım ekipmanı ve işletme durumlarını finanse etmek üzere, 40 milyon ABD doları vermesi kararlaştırılmıştır. ICHET projesinin Türkiye için oldukça önemli olduğu ve Türkiye’nin hidrojenle yakından tanışmasını sağlayacak yegane girişim olduğu apaçık ortadadır. Türkiye’de hidrojen yakıtının elde edilmesi için kullanılabilecek kaynaklar; diğer birçok ülkede de olduğu gibi hidrolik enerji, güneş enerjisi, rüzgar enerjisi, deniz-dalga enerjisi, jeotermal enerji ve adım atılması gereken nükleer enerjidir. Türkiye gibi gelişmekte olan ve teknoloji üretme aşamasındaki ülkeler nazarında düşünüldüğünde, uzun vadede fotovoltaik güneş-hidrojen sisteminin daha uygun olduğu saptanmıştır. Fotovoltaik paneller ile elde edilecek elektrik enerjisinden, suyun elektrolize uğratılarak hidrojen ürettiği bu yöntemde, 1 metre küp sudan 108.7 kilogram hidrojen elde edilebilir ve bu yaklaşık 422 litre benzine eşdeğerdir.
Türkiye’nin hidrojen üretimi bakımından şanslı olduğu nokta, Karadeniz’in uzun bir kıyı şeridi boyunca tabanında kimyasal biçimde depolanmış hidrojendir. Karadenizde % 90’ı anaerobik olan su içerisnde hidrojensülfid (H2S) ihtiva etmektedir. Elektroliz ve oksidasyon reaktörü gibi reaktörlerin kullanılmasıyla, H2S den hidrojenin elde edilmesi konusunda yapılmış bazı teknolojik çalışmalar mevcuttur. Bu konuyla ilgili diğer bir teknoloji geliştirme projesi ise semikondüktör partiküllerinin kullanımıyla fotokatalitik yöntem sayesinde hidrojen üretimidir. Güneş ve rüzgar enerjisinin de içinde bulunduğu bazı bilimsel araştırmalar mevcut olmakla beraber, Karadeniz’in H2S içeren suyundan hidrojen üretimi için Bulgaristan proje geliştirme çalışmalarına başlamıştır. ABD’nin Enerji Departmanı, 2025 yılında Amerika’daki enerji tüketiminin % 10’unun hidrojen enerjisiyle sağlanması ve böylece dışarıdan petrol alımının% 50 oranla azaltılmasının hedeflendiği göz önüne alınırsa, Türkiye’de hidrojen enerjisi’ne verilen değerin artırılması, hidrojenin evrenin en temel enerji kaynağı olduğunun unutulmaması gerektiğini düşünüyorum. Hidrojenin ülkemiz için büyük bir umut olabileceği ve enerji konusunda dışa bağımlılığı çok büyük miktarda azaltacağı gerçeğinin altını önemle çiziyor, bilim,teknoloji ve mühendislik alanlarında yapacağımız çalışmalarla ülkemizi daha iyi bir yere getirebileceğimize inanıyorum.