1-Hidrojen

Hidrojen
Hidrojen'in kullanıldığı yerler
Hidrojen hakkında bilgi

HİDROJEN

Hidrojen 1500'lü yıllarda keşfedilmiş, 1700'lü yıllarda yanabilme özelliğinin farkına varılmış, evrenin en kolay ve en fazla bulunan elementi olup, renksiz, kokusuz, havadan 144 kere daha hafif ve tamamen zehirsiz bir gazdır Güneş ve öteki yıldızların termonükleer tepkimeye vermiş olduğu ısının yakıtı hidrojen olup, evrenin esas enerji kaynağıdır1 kg hidrojen 21 kg doğal gaz veya 28 kg petrolun sahip olduğu enerjiye sahiptir Ancak bölüm enerji başına hacmi yüksektir Hidrojen doğada serbest halde bulunmaz, bileşikler halinde bulunur En fazla aşina bileşiği ise sudur
Isı ve patlama enerjisi gerektiren her alanda kullanımı pak ve kolay olan hidrojenin yakıt olarak kullanıldığı enerji sistemlerinde, atmosfere atılan ürün yalnızca su veya da su buharı olmaktadır Hidrojen petrol yakıtlarına tarafından ortalama 133 kat daha verimli bir yakıttır
Hidrojenden enerji elde edilmesi sırasında su buharı dışında çevreyi kirletici ve sera etkisini artırıcı hiçbir gaz ve zararlı kimyasal madde üretimi söz konusu değildir
Hidrojen gazı ayrı yöntemlerle elde edildiği gibi su, güneş enerjisi veya onun türevleri olarak kabul edilen rüzgar, dalga, ve biyokütle ile de üretilebilmektedirAraştırmalar, mevcut koşullarda hidrojenin öteki yakıtlardan yaklaşık üç kat fiyatı yüksek olduğunu ve yaygın bir güç kaynağı olarak kullanımının hidrojen üretiminde maaliyet düşürücü teknolojik gelişmelere yan olacağını göstermektedir bununla birlikte, günlük veya mevsimlik periyotlarda oluşan gereklilik fazlası elektrik enerjisinin hidrojen olarak depolanması günümüz için de geçerli bir alternatif olarak değerlendirilebilir Bu tarzda depolanan enerjinin yaygın olarak kullanılabilmesi mesela toplu taşım amaçları için yakıt piline dayalı otomotiv teknolojilerinin geliştirilmesine bağlıdır

Enerjisi
Dünyanın artan bir şekilde büyüyen enerji gereksinimini çevreyi kirletmeden ve sürdürülebilir olarak sağlayabilecek en ileri teknolojinin hidrojen enerji sistemi olduğu bugün bütün bilim adamlarınca kabul edilmektedir
Hidrojen enerjisinin insan ve çevre sağlığını korkutma edecek bir etkisi yoktur Kömür, doğalgaz gibi fosil kaynakların yanısıra sudan ve biyokütleden de elde edilen hidrojen, enerji kaynağından çok bir enerji taşıyıcısı olarak düşünülmektedir Elektriğe 20 yüzyılın enerji taşıyıcısı, hidrojene 21 yüzyılın enerji taşıyıcısı diyen çevreler vardır Hidrojen lokal olarak üretimi muhtemel, zahmetsizce ve tehlikesiz olarak her yere taşınabilen, taşınması sırasında eksik enerji kaybı olan, ulaşım araçlarından ısınmaya, sanayiden mutfaklarımıza dek her alanda yararlanacağımız bir enerji sistemidir
Hidrojen içten yanmalı motorlarda aracısız olarak kullanımının yanısıra katalitik yüzeylerde alevsiz yanmaya da yerinde bir yakıttır Oysa dünyadaki gelişim hidrojeninin yakacak olarak kullanıldığı yakıt pili teknolojisi doğrultusundadır
1950'lerin sonlarında, NASA kadar uzay çalışmalarında kullanılmaya başlayan yakıt pilleri, son yıllarda özellikle ulaştırma sektörü öncelikle olmak üzere sanayi ve hizmet sektörlerinde başarı ile kullanıma sunulmuştur Yakıt pilleri, portatif bilgisayarlar, cep telofonları gibi mobil uygulamalar için kullanılabildiği gibi elektrik santralları için de yerinde zor sağlayıcılardır Yüksek verimlilikleri ve düşük emisyonları sebebiyle, ulaşım sektöründe de geniş uygulama alanı bulmuşlardır

üretimi

Hidrojen enerji sisteminin yeni olmasına rağmen hidrojen üretimi yeni değildir şimdi dünyada her yıl 500 milyar m3 hidrojen üretilmekte, depolanmakta, taşınmakta ve kullanılmaktadır En büyük kullanıcı payına kimya sanayii, bilhassa petrokimya sanayii sahiptir 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 doğal gazdan buhar reformasyonu sonucu elde edilmektedir Suyun elektrolizi aşina bir yöntem olmakla beraber hesaplı ışık halkası getirilmesi konusunda araştırmalar, yine benzer şekilde güneş enerjisinden biyoteknolojik yöntemlerle hidrojen üretimi konusunda araştırmageliştirme çalışmaları devam etmektedir

Depolama

Hidrojenin şayet de en manâlı özelliği, depolanabilir olmasıdır Bilindiği gibi, günümüzde büyük tutarlarda enerji depolamak için hala uygun bir usul bulunmuş değildir Eğer bugün hidroelektrik santrallerinden elde edilen enerjinin depolanması olası olsaydı, enerji sorununu bir ölçüde çözmek mümkün olabilirdi Ama, elektrik enerjisi için aşina en iyi depolama yöntemi hala asitli akümülatörlerden başka bir şey değildir
Hidrojen gaz ya da sıvı olarak saf halde tanklarda depolanabileceği gibi, bedenen karbon nanotüplerde veya kimyasal olarak hidrür biçiminde depolanabilmektedir

Hidrojen yerinde nitelikli çelik tanklarda gaz veya istikrarsız olarak depolanabilir Ancak gaz olarak depolamada yüksek basınç nedeniyle tank ağırlıkları problem yaratmaktadır Hidrojen gazını depolamanın olur ya de en ucuz yöntemi, doğal gaza benzer şekilde yer aşağı, tükenmiş petrol veya doğal gaz rezervuarlarında depolamaktır Maliyeti biraz yüksek olan bir depolama şekli ise, maden ocaklarındaki mağaralarda saklamaktır

Hidrojen petrole göre 4 kat pozitif hacim kaplar; hidrojenin kapladığı hacmi küçültmek için hidrojeni akışkan halde depo etme gereklidir Bunun için de yüksek basınç ve soğutma işlemine gereklilik vardır Sıvılaştırılmış hidrojen yüksek basınç aşağıda çelik tüpler içinde depolanabilir Bu yöntem orta ya da ufak ölçekte depolama için en çok kullanılan yöntemdir Oysa büyük miktarlar için oldukça fiyatı yüksek bir yöntemdir Çünkü hidrojen enerjisinin yaklaşık ¼'ü sıvılaştırma işlemi için harcanmalıdır Bir diğer pratik çözüm ise, istikrarsız hidrojenin düşük sıcaklıktaki tanklarda saklanmasıdır Uzay programlarında, roket yakıtı olarak aralıksız şekilde kullanılan istikrarsız hidrojen bu yöntemle depolanmaktadır Dünyadaki en büyük akıcı hidrojen tankı, Kennedy Uzay Merkezinde olup 3400 m3 akıcı hidrojen alabilmektedir Bu miktar hidrojenin yakıt olarak değeri 29 milyon Mega Jule veya 8 milyon kWsaat'e karşılık gelmektedir
Son yıllarda yapılan çalışmalar sonucu hidrojen karbon nanotüplerde de depolanabilmektedir Karbon nanotüpler kısaca grafit tabakaların tüp şekline dönüşmüş halidir Çapları birkaç nanometre ya da 1020 nanometre mertebesinde, boyları ise mikron seviyesindedir

Hidrojen kimyasal olarak metallerde, alaşımlarda ve arametallerde hidrür olarak depolanabilmektedir Metal hidrürler hidrojen depo etme için fazla uygun bir usul olmasına rağmen, kendi ağırlıkları ciddi sorun olarak ortaya çıkmaktadır Bilhassa son 10 yıldır yüksek depolama kapasiteleri sebebiyle aluminyum ve bor taşıyan kompleks hidrürler yoğun olarak çalışılmaktadır Bor taşıyan kopleks hidrürler istikrarsız koşullarda kullanılması nedeni ile de ağırlık taşımaktadır Bor esaslı sistemler esas olarak sodyum bor hidrürü almaktadır NaBH4, katı halde ağırlıkça %10,5 hidrojen içermektedir

Taşınması

Hidrojen gazı, doğal gaz ya da hava gazına aynı olarak borular aracılıyla her yere kolaylıkla ve tehlikesiz olarak taşınabilmektedir Hidrojen boru ile taşınmasına, Texas'da petrol sanayi tarafından kullanılmakta olan ve 80 km uzunluğuna sahip boru şebekesi ile Almanya'da Ruhr havzasında 1938 yılında işletmeye açılan ve bugün 15 atmosfer basınç altında hidrojen taşımaya devamlı 204 km'lik boru hattı misal olarak gösterilebilir
Basınçlı hidrojenin, çelik tüpler içine yerleştirerek taşınması, bu güne dek geliştiren bir fazla deneme amaçlı hidrojenle çalışan taşıtta kullanılan yöntem olmuştur Burada görülen en büyük sorun çelik tüplerin kendi ağırlıklarıdır Benzinli bir otomobil ortalama olarak 65 litre (47kg) yakıt almakta olup, bu da enerji olarak 17 kg hidrojene karşılık gelmektedir Hidrojeni istikrarsız olarak depo etme tartı sorununu çözmekle birlikte, tank hacmi ve maliyet artmaktadır Diğer bir sorun ise, hidrojenin gaz haline geçmesi ile oluşan kayıplar ve yakacak ikmali zorluğudur

Gelişmaler

Daha once de belirtildiği gibi hidrojenden, yakacak pili teknolojisi ile elektrik elde edilmektedir Bugüne dek, yakıt pillerini dağıtılmış yönleriyle inceleyen 200'den artı araştırma NASA tarafından desteklenmiştir Bugün, Apollo ve Space Shuttle görevlerinde tehlikesiz olarak elektrik (ve su) sağlamış olmaları nedeniyle, yakıt pillleri uzaydaki rollerini ispatlamış bulunmaktadır

Bu başarılar, 1960'larda, yakacak pillerinin dünyanın enerji problemlerinin tümüne çözüm olabileceği tahminlerine yol açmış ve 1970'li yıllarda çalışmalara başlanmış, 2000'li yıllarda ülkelerin enerji politikalarında önemli yer tutmaya başlamıştır

ABD Başkanı GW Bush 28 Ocak 2003 tarihinde yaptığı bir konuşmada hidrojen enerjisini hürriyet yakıtı olarak tanımlamış ve bu alandaki çalışmalara destek nedeniyle 17 milyar dolarlık bir kaynak ayrıldığını söylemiştir ONSI Corp adında bir Amerikan firması 200 kW enerji karşılayan fosforik asit tipi (PC25) yakacak pilinin pazarlamasını yapmaktadır

Japonya'da WENET (World Energy Network) projesi ile Tokyo metropolitan bölgesinde hidrojen kullanımı ile oluşacak azot oksit emisyonundaki azalma potansiyeli araştırılmaktadır WENET Programı Japonya'nın Uluslar Arası Ticaret ve Endüstri Bakanlığınca desteklenmektedir Bu programda Japonya hidrojen enerji sistemini geliştirmek üzere 2020 yılına kadar 4 milyar $'lık bir bütçe ayırmıştır Gelecekte de Pasifik denizinin ekvator bölgesinde suni bir adada solar radyasyon kullanarak deniz suyundan elektrolizle hidrojen üretmeyi planlamaktadırlar

Halen Japonya'da Tokyo Electric Company tarafından kurulan 11 MW'lık elektrik santralı Rokko adasının elektrik ve ısı ihtiyacını karşılamakla birlikte, kapasiteleri 50 ile 500 MW aralarında değişen yüzlerce yakıt pillli tesis bulunmaktadır Sadece Tokyo'da şehrin elektrik ihtiyacının 40000 kW'lık bölümü hidrojen enerji sistemlerinden sağlanmaktadır

Japonya'da Tokyo Electric Company'nin yanısıra Sanyo, Hitachi, Toshiba, Kawasaki, Fuji Electric, Kansai Electric, Amerika'da, Westinghouse, Institute of Gas Technology (IGT), Unocal, San Diego Gas and Electric, Avustralya'da Seramic Fuell Cell Ltd, Avrupa'da Siemens KWU, Dornier System, Sulter Innotec, dünyada yakıt gözenekli olan sistemleri kullanan ve gelişimi için incelemeler yapan şirketlerden bazılarıdır

Siemens Kaliforniya'da 200 konutun elektrik ve ısı ihtiyacını yerine getirmek üzere 250kW'lık gaz türbinli, yakacak hücreli bir kojenerasyon sistemi kurmuştur

Piller

Yakacak pilleri, temiz, çevreye hasar vermeyen ve yüksek verime sahip enerji değişim teknolojileridir

Bir buhar kazanı ya da türbin kullanılmadan, sadece kimyasal reaksiyon ile elektrik enerjisi üretilir Hidrojen (H2) ve oksijen (O2) arasındaki elektrokimyasal reaksiyon ile elde edilen ve toplam verimlilikleri % 80'lere değin ulaşabilen yakacak pilleri, sürekli çalışan piller veya elektrokimyasal makinalar olarak da bilinir Yakacak pilleri, bünyesinde kullanılan elektrolitin cinsine tarafından çeşitli isimler alır

Fosforik asit yakacak pili
Katı oksit yakacak pili
Erimiş karbonat yakacak pili
Polimer elektrolit yakıt pili (PEM)
Alkali yakıt pili

Her nekadar çalışma prensipleri aynı olsa da, alıştırma koşulları ve başvuru alanları çeşitlilik göstermektedir Tablo 1'de yakıt pili çeşitlerinin esas özellikleri verilmiştir
Atık olarak su ve ısı elde edilmesi ve özellikle en düşük seviyedeki emisyonları yakıt pillerini avantajlıkılar Dürüst yanmalı motorlarda, toplam yoklama edilemeyen emisyonlar 2370 ppm, gaz türbinli sistemlerde 120 ppm olduğu halde, yakacak hücreli sistemlerde yalnızca 5 ppm'dir

Yakıt pilleri, boyutlarının ufak olması, yüksek verimle çalışmaları ve atık ısılarının kullanılabilir olmasının yanısıra aşağıdaki özellikleri nedeniyle de diğer zor sistemlerine tarafından daha üstündürler

Modüler olmaları
Kullanıcıya yakın inşaa edilebilmeleri
Yakıt olarak saf hidrojenin yanısıra doğal gaz, metanol ya da kömür gazlarının kullanılabilmesi
Sessiz çalışmaları
Asgari seviyede kükürt oksit ve azot oksit emisyonlarıInşa edilecek alanda çok az çevre kısıtlamaları gerektirmeleri ve kısa sürede inşaa edilebilmeleri
Katı atık problemlerinin olmaması

1839'da keşfedilmiş, 1932'de üstünde gelişmeler sağlanmış ve 1952 yılında NASA kadar uzay çalışmalarında enerji sağlayıcı olarak kullanılan yakıt pilleri, 1960'lı yıllarda ilk yakacak hücreli traktör yapımı ile kara ulaşımında kullanıma sunulmuş 1980'li
yıllarda yakacak hücresel tren, 1990'lı yıllarda yakıt hücre denizaltı ve uçak ile gelişim göstermiş son yıllarda kara araçlarında ve güç santrallarında
yaygın araştırma ve kullanım konusudur

ICHET

irleşmiş Milletler Uluslararası Hidrojen Enerjisi Teknolojileri Merkezi'nin (ICHET) kurulmasına ilişkin anlaşma, Türkiye Cumhuriyeti Hükümeti ile Birleşik Milletler Sınai Kalkınma Örgütü (UNIDO) aralarında, 21 Ekim 2003 tarihinde Viyana'da imzalanmıştır

Ülkemiz ile birlikte, uluslararası enerji çevrelerinin büyük ağırlık verdiği ve geleceğin enerjisi olarak adlandırılan hidrojen enerjisinin İstanbul'da kurulacak olan merkezinin başlıca amaçları:

Kalkınmış ve kalkınmakta olan ülkeler arasında bir köprü vazifesi görerek; hidrojen araştırma, geliştirme ve yatırımcı kuruluşlar aralarında bir koordinasyonu karşılamak ve gelecekteki hidrojen teknolojisi ve endüstrisinin uygulama alanlarını tespit etmek
Hidrojen teknolojisi uygulamalarında dostane ve kalkınmaya yönelik işbirliğini geliştirmek
Hidrojen araştırma ve geliştirme çalışmalarının arttırılması için kalkınmış ülkelerin bilim damlarını ve uzmanlarının ilk elden katkılarını karşılamak,
Kalkınmakta olan ülkelerin ArGe merkezlerinin ve programlarını teşvik etmek, hidrojen teknolojileri alanındaki yatırımları cesaretlendirmek, olarak belirlenmiştir

KAYNAK: ELEKTRİK İŞLERİ ETÜT İDARESİ GENEL MÜDÜRLÜĞÜ den alınmıştır *