H. Gökhan ELÜSTÜN
Uzman
Yeşil Büyüme Politikaları Birimi
gokhan.elustun@izka.org.tr

Hidrojen enerjisi yüzyılımızın en önemli enerji kaynaklarından biri olarak kabul edilmektedir. Sudan dahi elde edilebilen bu enerji, yüksek verimlilikle ve çevre üzerinde hiçbir olumsuz etki yaratmadan farklı enerji türlerine kolaylıkla dönüştürülebilmektedir. Hidrojen enerjisi, ideal bir enerji kaynağından beklenen tüm özellikleri bünyesinde barındırmaktadır. Öyle ki;

• Kolay ve güvenli olarak her yere taşınabilmekte ve bu esnada çok az enerji kaybı olmaktadır.
• Depolanabilir, temiz, tükenmez, güvenilir ve yenilenebilirdir.
• Birim kütle başına oldukça yüksek kalori değerine sahiptir.
• Çok farklı şekillerde, örneğin doğrudan yakarak veya kimyasal yolla kullanılabilmektedir.

Hidrojen, yakıt ve enerji kaynağı olarak, yalnız içinde bulunduğumuz yüzyılın değil, Güneş’in ömrü olarak tahmin edilen gelecek 5 milyar yılın da yakıtı olarak kabul edilmektedir.^[1]

Hidrojen Üretimi

Hidrojen bir doğal yakıt olmayıp, birincil enerji kaynaklarından yararlanılarak değişik hammaddelerden üretilebilen ve üretim kaynakları son derece çeşitli olan sentetik bir yakıttır. Üretim kaynakları arasında su, hava, kömür ve doğal gaz sayılabilir. Bu kaynaklardan kömür ve doğal gaz fosil yakıt olup, sınırlı rezerve sahiptir ve bunların birincil hidrojen üretim kaynağı olarak kullanılması çok büyük çevre zararlarına yol açmaktadır. Bu nedenle, hidrojenin temiz enerji kaynaklarından üretilmesi en doğru seçim olacaktır.

Bu bağlamda, güneş, rüzgâr, dalga enerjileri, jeotermal enerji ve biyokütle gibi birincil enerji kaynakları kullanılarak aşağıda kısaca tanımlanan yöntemlerin herhangi biri ile üretilebilir. ^[2]

1. Kömür, doğalgaz, benzin gibi fosil yakıtlardan termokimyasal yöntemle: Buharla reaksiyon yöntemi en çok kullanılan yöntemdir. Burada fosil yakıt nikel esaslı katalizör vasıtası ile buharla reaksiyona girer ve hidrojen açığa çıkar.
2. Suyun elektrolizi: Elektrik enerjisi kullanarak su molekülleri, hidrojen ve oksijene ayrılır.
3. Foto-elektrokimyasal yöntem ile güneş enerjisi kullanılarak: Elektroliz yönteminin bir benzeridir. Elektrik akımı suya batırılmış güneş pillerinden elde edilir. Normal elektroliz yönteminden daha verimlidir.
4. Foto-biyolojik yöntemle: Yeşil yosunların doğal fotosentez faaliyetlerinden faydalanarak hidrojen elde edilebilir.
5. Çeşitli hidrit (iki elektron ve bir proton taşıyan hidrojen) bileşiklerinden kimyasal yöntemlerle: Bunların en önemlisi sodyum borohidrit’tir. ^[3]

Hidrojen Taşınması ve Enerji Kaybı

Hidrojen gazı, doğalgaza benzer şekilde borular aracılığıyla her yere kolaylıkla ve güvenli olarak taşınabilmektedir. Doğalgaz için kurulan yeraltı boru dağıtım ağının çok az bir değişiklikle hidrojen için de kullanılması olanaklıdır. Boru hatları dışında hidrojen, basınçlı gaz olarak veya sıvılaştırılarak tüplere konup tankerlerle taşınabilir. Çift çeperli yalıtılmış 25m³ hacmindeki tanklara konulan sıvılaştırılmış hidrojen karayolu ile benzer şekilde 130m³ hacminde tanklara konulan sıvı hidrojen ise demiryolu ile taşınabilmektedir.

Elektrik enerjisi taşıma ve dağıtma hatlarında büyük enerji kayıpları vardır. Ülkemizde elektrik enerjisinin taşınması sırasında kaybolan enerji miktarının Keban Barajı’nın bir yılda ürettiği elektrikten neredeyse 1.5 kat fazla olduğu hesaplanmıştır. Kömürün çıkartılması ve dağıtılması oldukça yüksek maliyet gerektiren bir işlemdir. Doğalgaz ve petrol yataklarının belirli bölgelerde bulunmasından dolayı, bu yakıtların kullanılacak yere boru hatları ile taşınması için çok uzun, bazen birkaç ülkeyi kapsayan binlerce kilometrelik boru hatları, dolayısıyla yatırım maliyeti gerekmektedir. Hidrojen ise her yerde bölgesel olarak üretilebildiği için çok uzun boru hatlarına gerek yoktur. ^[4]

Depolama

Hidrojenin belki de en önemli özelliği, depolanabilir olmasıdır. Günümüzde büyük miktarlarda enerji depolamak için optimum bir yöntem bulunmuş değildir. Elektrik enerjisi için bilinen en iyi depolama yöntemi hala asitli akümülatörlerin kullanılmasıdır. Ancak, enerjiyi dolaylı olarak iki şekilde depolamak olanaklıdır. Bunlardan birincisi güneş enerjisini fotosentez yoluyla bitkilere depolamak, yani odun üretmek, ikincisi ise hidrojen elde etmektir. Her iki yöntemde de elde edilen ürünler yakılarak veya başka enerjiye çevrilerek enerji kaynağı olarak kullanılır. Hidrojen gazını depolamanın belki de en ucuz yöntemi, doğalgaza benzer şekilde yer altında, tükenmiş petrol veya doğalgaz rezervuarlarında depolamaktır. Maliyeti biraz yüksek olan bir depolama şekli ise, maden ocaklarındaki mağaralarda saklamaktır. Orta veya küçük ölçekte depolamak için en çok kullanılan yöntem, sıvılaştırılmış hidrojenin yüksek basınç altında çelik tüpler içinde tutulmasıdır. Fakat söz konusu uygulama, büyük miktarlar için oldukça pahalı bir yöntem olarak değerlendirilmektedir. Bir diğer pratik çözüm ise, sıvı hidrojeni düşük sıcaklıktaki tanklarda saklamaktır. Uzay programlarında, roket yakıtı olarak sürekli şekilde kullanılan sıvı hidrojen bu şekilde depolanmaktadır. ^[5]

Hidrojenin Kullanımı

Bir enerji kaynağının ya da yakıtın kullanım alanının geniş olması büyük önem taşımaktadır. Diğer yakıtların pek çoğu ancak belirli uygulamalar için kullanılabilmektedir. Örneğin, kömürü otomobillerde veya uçaklarda kullanmak pratik açıdan uygun değildir. Hidrojen ise, hemen her yerde kolaylıkla kullanılabilir. Evlerde ısıtma amacı ile kalorifer, fırın ve şofbenlerde doğalgaz yerine rahatlıkla kullanılabilmektedir. Yalnız hidrojenin doğalgaza göre daha az yoğun olması nedeniyle, daha fazla miktarda hidrojenin kalorifer sistemindeki yakıcıya gelmesi gerekir. Hidrojenin oksijenle birleşerek doğrudan yakıldığı bu sistemlerde, atık ürün olan suyun yanında, alevin yüksek sıcaklığa çıkmasından dolayı az miktarda azot oksit oluşabilmektedir. Hidrojen yakıtlı piller içinde elektriğin dönüştürülmesi ile üretilen elektriğin de, evlerde olduğu gibi, sanayide de bölgesel olarak üretilip kullanılması olanaklıdır.

Hidrojen yakıtının en önemli kullanım alanı ulaşım sektörüdür. Hidrojenin içten yanmalı motorlarda yani otobüs, kamyon, otomobil, traktör ile tarım makineleri gibi tüm taşıtlarda kullanılabilmesi, sınırlı rezerve sahip petrol ürünlerinin yerini alabilecek ve çevreye dost bir enerji olması, özellikle araç üreten şirketlerin büyük ilgisini çekmektedir.

Hidrojen yakıtlı motorların, benzinli motorlara göre birçok üstünlüğü bulunmaktadır. Bunlardan en önemlileri, hidrojenli motorların veriminin yüksek olması ve atık olarak sadece su buharı üretmesidir. Silindirleri yağlamak için kullanılan petrol bazlı ürünlerden kaynaklanan çok az miktarda karbon monoksit ve hidrokarbonlar ile yüksek sıcaklıktan kaynaklanan azot oksitlerin de atıklar arasında yer alabileceği göz önüne alınmalıdır. Ortaya çıkan bu zararlı gazlar, petrol türevi kullanan taşıtlara göre göz ardı edilebilecek kadar düşük düzeyde olduğu için, hidrojenli motorları tümüyle çevre dostu olarak varsaymak olanaklıdır. Yakıtlı piller ile çalışan taşıtlarda tümüyle farklı bir yaklaşım olarak, içten yanmalı motorlar yerine yakıtlı piller ile elektrik üretmek ve taşıta güç sağlamak da mümkündür. Bu tür taşıtlarda havaya atılan zararlı gaz olmayacağı için bunlara “sıfır emisyonlu taşıtlar” da denmektedir.

Hidrojen, elektrik üretimi haricinde suni gübre, nebati yağ, amonyak roket yakıtı üretimi gibi çeşitli alanlarda da kullanılmaktadır. Bu kapsamda, dünyada her yıl 600 milyar m³ hidrojen üretilmektedir. ^[4]

Türkiye’de Hidrojen Enerjisi

Türkiye’de hidrojen yakıtı üretiminde kullanılabilecek olası kaynaklar; hidrolik enerji, güneş enerjisi, rüzgâr enerjisi, deniz-dalga enerjisi, jeotermal enerji ve nükleer enerjidir. Türkiye gibi gelişme sürecinde ve teknolojik geçiş aşamasındaki ülkeler açısından uzun dönemde fotovoltaik güneş-hidrojen sistemi uygun görülmektedir. Fotovoltaik panellerden elde olunacak elektrik enerjisi ile suyun elektrolizinden hidrojen üreten bu yöntemde 1 m sudan 108,7 kg hidrojen elde olunabilir ki bu 422 litre benzine eşdeğerdir. ^[6]

Türkiye’nin hidrojen üretmesi açısından bir avantajı da uzun bir kıyı şeridine sahip olan Karadeniz’in tabanında, kimyasal formda depolanmış olarak bulunan hidrojendir. Karadeniz’in suyu %90 oranında oksijensizdir ve hidrojen sülfür içermektedir. ^[7]

Karadeniz sularının oksijensiz olmasının sebebi kirliliktir. Şöyle ki; Karadeniz; Bulgaristan, Romanya, Rusya ve Gürcistan gibi ülkelerden gelen sulardan beslenmektedir. Bu ülkelerden gelen su kaynaklarındaki kirliliğe ek olarak Asya ve Avrupa bölgesinden 21 ülkenin akarsularındaki kirletici maddeler de Karadeniz’e taşınmaktadır. Bütün bunların yanında, Karadeniz’de su çevriminin olmaması, 150-200 metre derinlikte oksijensiz bir tabakanın oluşmasına neden olmaktadır.

Karadeniz alt tabaklarında bulunan hidrojen sülfür dikkate alındığında bu bölge, hidrojen enerjisi açısından büyük önem arz etmektedir. Bahsedilen hidrojen sülfürün tamamının ayrıştırılması sonucunda 268,823×10⁶ ton hidrojen elde edilmesi mümkündür. Karadeniz bölgesinde 10 milyon ailenin yaşadığı ve her ailenin yıllık ortalama 3.600 kWh enerji tükettiği varsayımıyla; Karadeniz’in dip sularından elde edilecek hidrojen enerjisi ile Karadeniz bölgesinin 180 yıllık enerji ihtiyacının karşılanabileceği savunulmaktadır. ^[6]

Sonuç olarak, mevcut teknolojiler ve üretim teknikleri göz önüne alındığında günümüzde hidrojen üretimi, depolanması ve iletimi yüksek maliyetlere mal olmaktadır. Ancak hidrojen enerjisinin özellikleri ve oldukça geniş kullanım alanına sahip olduğu düşünüldüğünde, ekonomik kullanım olanaklarının araştırılarak geliştirilmesinin gerek çevre açısından gerekse iktisadi açıdan büyük önem taşıdığı açıktır. Bu kapsamda; başta hava, deniz ve ağır karayolu taşıtları için hidrojen gibi sürdürülebilir alternatif yakıtların kullanımını sağlayacak araştırma ve çalışmaların teşvik edilmesi; çelik, çimento ve tekstil gibi karbon yoğun endüstrilerde yeni döngüsel ekonomi planları oluşturulmasının hidrojen enerjisine geçiş sürecini hızlandıracağı değerlendirilmektedir.

Kaynakça:

1. Türe, İ.E. (1999), “Güneş Enerjisi ile Hidrojen Üretiminde Yeni Gelişmeler”, Güneş Günü Sempozyumu, Kayseri, 25-27 Haziran, 160-165.
2. Yumurtacı Z., Bekiroğlu N., Akaryıldız E. (2002), “Hidrojen Enerjisi Kullanımında Temel Kriterler”, Yıldız Teknik Üniversitesi, İstanbul.
3. İder S.K., “Hidrojen Enerji Sistemi”, Ortadoğu Teknik Üniversitesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Ankara
4. Habitat Derneği, “Hidrojen Enerjisi”, Temiz Enerji Yayınları, 6-15
5. Taylor, J.B., Alderson, J.E.A., Kalyanam, K.M., Lyle, A.B. ve Philips,L.A, (1986), “Technical and Economic Assestment Of Methods For The Storage Of Large Quantities Of Hydrogen”, International Journal Of Hydrogen Energy, 11-22
6. Öztürk, N., Bilgiç, M., Arslan, C. (2009). “Hidrojen Enerjisi ve Türkiye’deki Hidrojen Potansiyeli” , Gazi Üniversitesi, Ankara
7. Çelik, S. N. (2012). “Türkiye’nin Enerjide Dışa Bağımlılığının Azaltılmasında Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının Önemi”, Anadolu Üniversitesi, Sosyal Bilimler Enstitüsü, Eskişehir.