Türkiye'nin en güncel forumlardan olan forumdas.com.tr'de forumda aktif ve katkısı olabilecek kişilerden gönüllü katkıda sağlayabilecek kişiler aranmaktadır.
iltasyazilim
FD Üye
Hidrojen Ekonomisi Hakkında Bilgi
Hidrojen Ekonomisi Hakkında Hidrojen Ekonomisi Hakkında Veri Hidrojen Ekonomi
Hidrojen ekonomisi, taşıtların ve elektrik yayma şebekesinin dengelenmesi için gereklilik duyulan enerjinin, hidrojen (H2) olarak depolandığı, varsayılan bir gelecek ekonomisidir
Mevcut HIDROJEN Pazarı
Hidrojen üretimi epeyce geniş ve gelişen bir endüstridir Bütün dünyada, 2004 yılında üretilen toplam hidrojen 50 milyon tondur ve bu üretilen hidrojenin petrol cinsinden karşılığı 170 milyon ton yapar Yıllık çoğalma miktarı takriben %10 civarındadır Amerika Birleşik Devletlerinde, 2004 yılında takriben 11 milyon ton üretim gerçekleştirilmiştir ve bu değerin enerji cinsinden karşılığı 48 gigawatt ’tır (karşılaştırılacak olursa, 2003 yılındaki ortalama elektrik üretimi 442 gigawatt ’tır) Hidrojenin depolanması ve nakledilmesi oldukça fiyatı yüksek olduğu için, üretimin büyük çoğunluğu yöresel olarak gerçekleşmiş ve çoğunlukla imalatçı işyeri kadar hemencecik tüketilmiştir 2005 itibarıyla, bütün dünyada, bir yıl içerisinde üretilen hidrojenin hesaplı değeri 135 milyar ABD doları ’dır
Hidrojen, sentetik bir enerji taşıyıcısı Üretim kaynakları son derece bol ve dağıtılmış Bunların en başta gelenleri su, kömür ve doğalgaz Hidrojen, bilinen bütün yakıtlar içerisinde birim siklet başına en yüksek enerji içeriğine sahip (120,000 kJkg) Akışkan haline dönüştürüldüğünde gaz halindeki hacminin sadece 1700'ünü kaplıyor Saf oksijenle yandığında yalnızca su ve ısı açığa çıkarıyor Hava ile yandığında ise azot oksitler açığa çıksa da diğer yakıtlara göre kirliliği son derece eksik Dünyada üretilen hidrojenin koskocoman bir bölümü, metanın su buharı ile katalitik olarak oksidasyonu yöntemi ile doğal gazdan elde edilmekte Doğal gazın yanı sıra öteki hidrokarbon yakıtlardan da (metanol, LPG, Nafta, Yakıt) su buharı ile katalitik olarak hidrojen üretilebilmekte Hidrojen, alternatif olarak, saf oksijen veya hava ile kısmi oksidasyon, piroliz ve ototermal reforming (kısmi oksidasyon ve su buharı oksidasyonu bir arada) reaksiyonları ile de üretilebilmekte
Bugün hidrojenin kullanımının iki esas nedeni vardır Bütün tüketimin takriben yarısı haber prosesi yardımı ile amonyum (NH3) üretmek için yapılır Dünya nüfusu arttıkça, onu desteklemek için artırmak zorunda olan tarım, amonyuma duyulan talebi sürekli büyütmektedir Hidrojen tüketiminin öteki yarısı ise, ağır petrol kaynaklarını, yakacak olarak kullanılabilecek daha hafif türevlere dönüştürmek için gerçekleştirilir Artan petrol fiyatları petrol şirketlerini zift gibi yoksul maddelerden yakacak olmak için daha da cesaretlendirerek, hidrojen tüketiminde ilk uygulamaya göre daha da yüksek bir büyümeye neden olmuştur
Eğer hidrojen üretimi için gereklilik duyulan enerji, rüzgar, güneş veya nükleer santrallerden basit ve idareli bir şekilde elde edilebilseydi, hidrojenin hidrokarbon yakıt elde etmek üzere kullanılması, toplam hidrojen tüketimini mesela ABD için 5 ila 10 kat dek artırabilirdi Bugün ABD ’de bu amaçla hidrojen tüketimi takriben yılda 4 milyon tondur ABD için takvim 377 milyon ton hidrojenin, petrolde dışa bağımlılığı kaldıracak miktarda, kömürden dönüştürülmüş akıcı yakıt edinmek için yeterli olacağı sanılmaktadır 1 Ancak kömürün akışkan yakıta dönüştürülmesi dışa bağımlılığı azaltmakla birlikte sera gazı etkisi sorununa çözüm üretmemektedir
Günümüzde hidrojen üretiminin %48 ’i doğal gazdan, %30 ’u ham petrolden, %18 ’i kömürden ve %4 ’ü suyun elektroliz yolu ile ayrıştırılmasıyla üretilmektedir
Artan pazar ve çabucak büyüyen fiyatlar hidrojenin daha idareli yöntemlerle üretilmesi konusunda ilgi yaratmıştır Artan hidrojen pazarının analizine dair bakınız
Öngörülen merkezi HIDROJEN Kaynakları
Önümüzdeki 3040 yıllık dönemde Çin, Hindistan gibi yükselen ekonomilerin tez büyüyen talebiyle birlikte petrolün fiyatının bugünkü fiyatını düzeyini bekleniyor Petrolün bugünkü ve gelecekte öngörülen durumu, ithalat bağımlılığı, eski kalıntı yakıtların yarattığı karbondioksit emisyonları ve Kyoto Sözleşmesinin emisyonlara getirdiği sınırlamalar hidrojenin hazırlanmış ve sınırsız bir alternatif olarak nitelendirilmesine neden oluyor Şu anki problem fiyat ve altyapılar maliyetleri böylece de petrole emrindeki enerji sektörünün dönüşümünün sağlanmasında özel sektör dek destekleyici hükümet politikaları da kilit rol oynayacak
Hidrojen ekonomisinde, hidrojen gazı üretmek için, esas enerji kaynakları ile biyokütleler kullanılır Petrol, kömür, doğal gaz gibi fosil yakıtların dışında kalan enerji kaynakları, eski kalıntı yakıtlara göre çok daha düşük sera gazı emisyonlarına sahiptirler Yüksek verimlilikli hidrojen jeneratörlerinin ürettiği gazın, doğal gaz yayılma şebekesine benzer bir sistemle dağıtılması beklenir Ancak doğal gaza tarafından aşılması gereken zorluklar vardır Mesela hidrojenin contalardan daha basit sızabilmesi veya yayılma borularında çatlaklara niçin olur Hali hazırda geniş doğal gaz bölüştürme şebekesi üstünde kurulu kojenerasyon tesisleri sağladıkları elektrik dönüşümü ile yukarıda bahsedilen sisteme benzerlik gösterirler
Bütün bir hidrojen ekonomisinde, rüzgar ya da hidroelektrik tesislerinin ürettiği enerjinin tamamı elektrik şebekesine verilmeyerek, bir kısmı ile hidrojen üretilir Nükleer enerji tesislerinin bir çıktısı olan ısı enerjisi, elektroliz sıcaklığını arttırmak biçiminde verimliliğe katkısı bulunacaktır
Yakacak hücreleri
Hidrojen ekonomisinin özünde, kimyasal enerjiyi harekete veya elektrik enerjisine dönüştürmek için, içten yanmalı motorların ve türbinlerin yerine yakacak hücrelerinin kullanımı vardır Bu değişimin aşağıda yatan beklenti, yakıt hücrelerinin elektrokimyasal oluşu ve yanmalı motorlara kadar fazla yüksek verimliliğe sahip olmasıdır Bütün yakacak hücreleri saf hidrojeni kullanabilirken, bazı yakacak hücreleri hidrokarbon yakıtları da kullanabiliriler
Hali hazırda yakıt hücreleri epeyce pahalıdır, ama yapılan araştırma ve geliştirmeler, yakıt hücrelerinin maliyetlerini düşürmeyi sürdürmektedir Yakıt hücrelerinin maliyeti doğru yanmalı motorlar ve türbinlerle yaklaştığı zaman, verimlilikten sağlanacak her bir kuruşun fazla kayda değer olduğu elektrik enerji santralleri ilk olarak olmak üzere kullanımları öyle fazla alanda çabucak yaygınlaşacaktır
Hidrojene duyulan ilginin büyük bir kısmı, yakıt hücrelerinin otomobillerde kullanılması fikrinden kaynaklanmaktadır Yakıt hücreleri, doğru yanmalı motorlara göre daha gürültüsüz çalışırlar, daha iyi baskıyük oranına, çok daha yüksek verimliliğe ve teorik olarak sıfır emisyona (hidrojen üretimi sırasında kullanılan yöntemler emisyona neden olabilirler) sahiptirler Hidrojenin depolanmasındaki zorluklara ve yakacak hücrelerinin yüksek maliyetlerine aleyhinde çözümler üretildikçe, gelişmiş hibrid (yakacak hücresi ve akümülatör kombinasyonlu) otomobillerin de kullanımı yaygınlaşacaktır
Hidrojen enerjisinin global olarak kullanılacağı asıl büyük pazar ise otomotiv; ulaşım sektörü 1990 ’ların ortalarından itibaren benzin ve yakıt pili ile birlikte çalışan melez (hibrid) araçlar geliştirilirken, yakacak pilinin beslenmesinde yakıt kaynağı olarak hidrojen kullanılıyor Hidrojenin üretilmesinin ucuz ülkü gelmesi ile birlikte yaygınlaşacak olan bu araçlar son tüketiciler için de petrol yakıtlarına oranla fazla daha ucuz ve ikiüç kat daha bereketli ülkü gelecek Bu alanda da bugüne değin yapılan incelemeler, hidrojenle çalışan yakacak pilli araçların üretilmesi, bu alanda büyük bir rekabetin başlayacağını gösteriyor Enerji ve otomotiv yavaş yol alınan sektörler olduğu için şu an hibrid (melez) otomotivlerle başlayan dönüşüm süreci araçların 5 6 jenerasyonlarının üretilmesi ile hidrojenle veya diğer kaynaklarla çalışan yakacak pilli araçların iyice piyasada olması ile tamamlanacak ABD Kaliforniya Eyaleti hidrojenli araçları desteklemek amacıyla 2010 yılına dek tamamında hidrojen istasyonlarının yer aldığı bir otoyol ağı kurmayı amaçlıyor 2030 yılında karma yakıtlı araçların otomotiv sektöründe payının artacağı, 2040 yılında da büyük oranda yakacak pilli araçların sektörde yer alacağı tahmin ediliyor
HAYATA GECIRILMESI
Üretim
Dünyadaki hidrojenin büyük bir kısmı denizlerde hapsolmuş durumdadır
Hidrojen, doğal gazın buhar ile her yerde yapılandırılması ya da kısmi oksidasyonu gibi yöntemlerle fosil yakıtlardan da üretilebilirler Wang ’ın 2002 ’de ve Kreith ’in 2004 ’te yaptığı incelemeler, üretim ve yayılma sırasında açığa meydana çıkan emisyonlar göz önüne alınsa dahi, hidrojenin niçin olduğu CO2 çıktısının, dürüst yanmalı motorların neden olduğu CO2 ’ten çok daha eksik olacağını göstermiştir
Yakacak hidrojenin temelde, sudan yenilenebilir enerjilerle üretilmesi esas ilkedir Hidrojen üretim yöntemlerinin başında suyun doğrudan doğruya elektrolizi gelir Elektroliz için elektrik gereksinimi eski kalıntı yakıtlardan, hidroelektrik kaynaktan, nükleer güçten, jeotermal enerjiden, güneş, rüzgar ve deniz dalga enerjilerinden elde olunabilir Gelecek için üzerinde ençok durulan yöntem fotovoltaik güneş üreteçlerinin kullanılmasıdır Hidrojen suyun ısıl parçalanması (termal krakingi) ile de üretilebilmektedir Bir öteki hidrojen imal yöntemi doğal gazın ve gaz hidrokarbonların buhar reformasyonudur
Hidrojen üretimi için ayrıca kömür gazifikasyon yöntemi vardır Gazifikasyon işlemi kolaylıkla kükürtün elimine edilmesine ihtimal tanıdığından albenili bulunmaktadır Sıradan olarak 6 kg kömürden 3785 lt benzine eşit 1 kg hidrojen elde olunur Kömür dünyanın en varlıklı eski kalıntı yakıtıdır Tanıdık kömür yataklarına biçilen güvenilir ömür 200 sene kadarsa da, bunun 400 yıla uzanabileceği söylenmektedir Katı atıklar ve kanalizasyon materyalleri de hidrojen üretimi için hammadde olup, gazifikasyon işlemine ast olarak, sentez gazının hava veya oksijenle reformasyonu hidrojen vermektedir Termokimyasal çevrimlerle sudan, fotokimyasal işlemle organometalik bileşikler veya enzim su karışımından hidrojen üretilebilir
Hidrojen üretimi sırasında tüketilen enerji miktarı hakkında bir takım endişeler vardır Hidrojen üretimi içerisinde hidrojen barındıran su ya da eski kalıntı yakacak gibi kaynaklara gereklilik duyar Fosil yakıtların kullanılması doğal kaynakların tükenmesine ve buna rağmen CO2 üretilmesine neden olurken, suyun elektroliz edilmesi için ihtiyaç duyulan enerjinin manâlı bir kısmı, yine eski kalıntı yakıtların elektrik enerjisine dönüştürülmesi yöntemiyle sağlanmaktadır Bu açıdan, hidrojen yakıtının, bugün için fosil yakıtlardan adamakıllı bağımsız ya da hiçbir emisyona neden olmayan bir usul olduğunu iddia etmek epeyce güçtür
Eğer elektrik enerjisi üretimi, kimyasal yöntemlere dayanıyor ise, hidrojeni üretmek için de aracısız kimyasal yöntemlere başvurulması daha uygundur Lakin elektrik enerjisi üretimi, hidroelektrik veya rüzgar jeneratörleri gibi mekanik yöntemlere dayanıyor ise, hidrojenin suyun elektroliz edilmesi yöntemi ile üretilmesi yerinde olabilir Başlıca tüketilen elektriğin maliyeti, üretilen hidrojenin fiyatından daha yüksek olduğu için, elektroliz yöntemi hidrojen üretiminde fazla küçük bir paya sahiptir
Eğer elektrik enerjisi üretimi, ısı (nükleer ya da güneş) enerjisi yöntemine dayanıyor ise, hidrojen üretmek için en uygun yöntem yüksek sıcaklıklı elektrolizdir Düşük sıcaklıklı elektrolizden farklı olarak suyun yüksek sıcaklıklı elektrolizi (YSE) başlangıçtaki ısı enerjisinin önemli bir kısmını kimyasal enerjiye (hidrojen) transformasyon kabiliyetine sahiptir Potansiyel olarak prosesin enerji verimi %50 daha fazladır Gereklilik duyulan enerjinin bir kısmı ısı ile sağlandığı için kimyasal dönüşüme konu elektrik enerjisi daha az tüketilir YSE ’nin laboratuar uygulamaları yapılmış olmasına rağmen hemen şimdi endüstriyel bir uygulaması yoktur
Depolama ve nakliye
Üretilen hidrojen depolanabilmekte, boru hatları veya da tankerlerle taşınabilmektedir Doğal gaz boru hatlarının gelecekte hidrojen taşınması için kullanılabileceği belirtilmektedir Hidrojenin depolama yöntemleri; tüplenmiş hain basınçlı gaz (12 bar) ve yüksek basınçlı gaz (150 bar) dıştan sıvılaştırılmış biçimde, kriyojenik (dondurulmuş) tanklarda (220 kPa) ve metalik hidrid biçiminde olabilmektedir Hidrojen gaz biçiminde boru hatlarıyla taşınabildiği gibi, yüksek basınçlı gaz ve sıvılaştırılmış biçimde tankerlerle taşınabilmektedir Gaz hidrojenin zeolit ortamlarda depolanması çalışmaları vardır Fakat, enerji içeriğinin yüksekliği açısından gaz yerine sıvı hidrojen depolama teknikleri üstünde durulmaktadır
Hidrojenin hidridlerle depolanması ve taşınması da önemle ele alınmaktadır Geliştirilen hidridler; titanyum alaşımları (özellikle demirtitanyum), palladyum alaşımları, zirkonyum alaşımları, titanyumzirkonyumvanadyumnikel alaşımları, titanyumzirkonyumvanadyumdemirkrommangan alaşımları, mağnezyumnikel alaşımları vs gibi materyallerle oluşturulmaktadır Düşük sıcaklık ve yüksek sıcaklık hidridleri vardır Demirtitanyum alaşımı düşük sıcaklık hidridi iken, mağnezyumnikel alaşımı yüksek sıcaklık hidrididir Düşük ve yüksek sıcaklık hidridlerinin kombinasyonu da kullanılmaktadır Metal hidridler paket olarak taşınmaya uygundur
Maliyet
Yakıtların hesaplı kıyaslaması efektif maliyete tarafından yapılır Efektif maliyet ise çıplak maliyet ve çevre zararlarını içeren maliyet ile uygulama veriminin fonksiyonudur İç maliyet de denilen çıplak maliyet, alışılagelmiş görünür maliyettir Çevre zararlarını taşıyan dış maliyet ise yeni bir kavramdır Burada yakıtın birim miktarının çevrede oluşturduğu fiziksel hasar anlaşılmaktadır 1990 ABD verileri ile fosil yakacak, kömürsentetik ve güneş hidrojen sistemlerinin efektif maliyetleri Tablo 124'de gösterilmiştir Efektif maliyete göre hesaplanan ekonomiklik faktörü hidrojende 1 iken doğal gaz dışındaki fosil yakıtlarda 037061 aralarında değişmekte olup, hidrojenden daha eksik ekonomiktirler Oysa, doğal gazın ekonomiklik faktörü bugün için hidrojenden yüksektir
Yukarıda açıklandığı gibi, temelde efektif maliyet kayda değer olmakla birlikte, günümüzde maliyet karşılaştırmaları, daha çok iç veya çıplak maliyetle yapılmaktadır böylece, yalnız iç maliyet açısından bakıldığında, en ucuz hidrojen üretimi kömürden sağlanmakta, onu hidrohidrojen izlemektedir minimum hidrojen maliyeti, ulaştırma sektörü için benzinden ucuz olabilmektedir Dış maliyet, yani çevre maliyeti gözönüne alınmaksızın hidrojen endüstri, ev ve elektrik sektörlerinde doğal gazdan 1537, petrol ürünlerinden 1335 ve kömürden 4758 kat daha pahalı görünmektedir Ama, yakacak hidrojenin kütlesel üretimi yapılmadığından bu karşılaştırmalar göreceli kalmaktadır
* Yeşil yakıtlar Bitkilerden elde edilen, etanol, biyodizel gibi biyoyakıtların kullanımı ekonomideki ufak değişikliklerle gerçekleştirilebilir Bunla birlikte, kayda değer miktarda petrol tüketiminin yerini alabilmesi için, çok geniş tarım alanlarına gereklilik duyulduğundan, tüm ülkeler için yerinde bir çözüm olmayabilir
* Sera gazınötr içki Hidrojen ekonomisinde hidrojen, tamamıyla elektrikli olmayan araçlarda kullanılmak üzere, yenilenebilir bir güç kaynağı olarak elde edilir Hidrojene öteki bir teorik alternatif ise, hidrojen ve karbondioksitin birlikte kullanılarak, etanol veya metanol gibi akıcı bir yakıta dönüştürülmesidir Hidrojeni, üretildiği tesisten taşımak yerine, aynı tesiste öteki akıcı yakıtlara dönüştürerek, mevcut bölüştürme ağında taşınması ve kullanılması sağlanabilir Böylece hidrojen gazının taşınması ve depolanması ile ilgili zorluklar aşılırken, karbondioksit gazının tüketilmesi ile ilgili endüstriyel bir alternatif yaratarak, sera gazlarının azaltılması ile ilgili önemli bir adım atılabilir
Çevresel kaygılar
Yakıtın zehirliliği, yanma ürünlerinin zehirliliği, diffüzyon katsayısı, ateşleme enerjisi, patlama enerjisi, ateş emissivitesi gibi faktörlere kadar yapılan emniyet değerlendirmesi açısından, hidrojen en emniyetli yakıttır Hidrojenin emniyet faktörü 1 iken, benzinde 053 ve metanda 080 olmaktadır Kısacası yakıt ve doğal gaz hidrojene tarafından tehlikeli yakıtlardır Hidrojenin benzin ve metana kadar yanma tehlikesi daha azdır
Yakıtlar için önemli olan bir nitelik de çevresel uygunluktur Eski Kalıntı yakacak kullanımının hava kalitesi, ırk, hayvanlar, plantasyonlar ve ormanlar, akuatik ekosistemler, insan yapısı yapılar, açık madencilik, iklim değişikliği, deniz seviyesi yükselmesi üzerindeki olumsuz etkilerinden kaynaklanan çevre zararları dünya genelinde, 1990 verileriyle; kömür için 98 ABD $GJ, petrol için 85 ABD $GJ ve doğal gaz için 56 ABD$GJ olarak saptanmıştır
Çevresel hasar ve çevresel uygunluk faktörü için eski kalıntı yakacak sistemi, kömürsentetik yakacak sistemi ve güneşhidrojen sistemi (güneş PV panellerinden sağlanacak enerji ie hidrojen üretim sistemi), bu verilerin ışığında karşılaştırılmıştır Kıyas sonuçları Tablo 122'de yer almaktadır Güneşhidrojen üretim sisteminde çevresel hasar 046 ABD $GJ gibi değil denecek düzeye düşmekte ve çevresel intibak faktörü üst sınıra çıkarak 1 olmaktadır
Kullanımındaki tehlikeler
Hidrojen, basında nispeten güvenli olmayan bir gaz olarak tanıtılmıştır ve gerçekten de hidrojen hava karşımı öteki gazlardan daha patlayıcıyanıcı özelliğe sahiptir Hidrojen gazı depolandığı tanktan sızabilir ve bir çatlak olması durumunda çok seri boşalır Hidrojen alevi zor görülür ve hidrojen yangınıyla mücadele etmek de oldukça zordur En fazla tanıdık hidrojen yangını LZ 129 Hindenburg felaketidir Yolcuların 23 ile mürettebat kurtulmuş, ölenlerin büyük çoğunluğu atlayanlar olmuştur
Örnekler ve Pilot Uygulamalar
Hidrojenin taşımacılık nedeniyle dağıtımı İzlanda, Almanya, Kaliforniya, Japonya ve Kanada ’da test edilmektedir
Yakıt pilli elektrik santralları yüksek enerji verimlerinin yanı sıra, fazla az yer kaplamaktadırlar Örneğin 2 MW'lık yakıt pilli santralın kapsadığı bölge 20 m2 den eksik olmaktadır Büyük yer kapsayan konvansiyonel santralların ikâmetgâh birimlerinden emin uzaklıkta kurulması ve elektrik iletimi sorunu, geleceğin yakıt pilli elektrik santralları ile çözüme kavuşacak görünmektedir Gelecekte tüketicilerin bulundukları yerin yakınına kurulacak yakacak pilli santrallarla iletim ve dağılım kayıpları olmaksızın gereksinimler karşılanabilecektir
Hidrojenin alevsiz yanması için katalitik aydınlatma düzenleri geliştirilmiştir Hidrojenin katalitik yanması mutfak ocaklarına, fırınlara, su ısıtıcılara ve özel sobalara uygulanmıştır Yine gösterim amacıyla bu cins beyaz eşya üreten firmalar vardır Böylece, konutlarda yakıt olarak hidrojen kullanımının önü açılmış bulunmaktadır Hidrojenin boru hatları ile evlere dek ulaştırılması mümkün olup, bu konuda projeler geliştirilmekte ve doğal gaz hatlarından yararlanılması tasarlanmaktadır Hidrojen enerjisi alanında değişik ülkelerin işbirliği sonucu milletlerarası programlar başlatılmıştır Avrupa Topluluğu ile Kanada'nın EUROQUEBEC (hidrohidrojen) projesi, Norveç ve Almanya'nın NHEG projesi, Almanya ve Suudi Arabistan'ın HYSOLAR (güneşhidrojen) Projesi, İskandinav ülkeleri ile Yunanistan'ın işbirliği, Uluslararası Enerji Ajansı (IEA) hidrojen enerjisi projeleri, Birleşmiş Milletler UNIDOICHET hidrojen çalışmaları bunlara örnek gösterilebilir Hemen Şimdi uygulanmasına girişilememiş olan UNIDOICHET projesi kapsamında, İstanbul'da Hidrojen Enstitüsü kurulması gündemdedir
Bu çalışmalardan EuroQuébec HidroHidrojen Pilot Projesi (EQHHPP) 100 MW'lık bir kapasitededir Bu proje ile Kanada'da hidrolik kaynaktan elde olunacak elektrik enerjisi suyun elektrolizinde kullanılacak, üretilecek gaz hidrojen, tekrar Kanada'da akıcı hidrojen (LH2), amonyak (NH3) ve metilsiklohekzan (MCH) biçiminde bağlanarak, Atlantikten gemilerle Avrupa'ya taşınacaktır Avrupa'da enerji uygulaması ile gaz veveya sıvı hidrojene dönüştürülerek konutlarda, termik santrallarda, şehir halkı otobüslerinde ve araçlarda, uçaklarda yakıt olarak kullanılacak, keza kimya endüstrisi için toluen üretilecektir Enerji ekonomisi analizlerine göre Kanada'daki 100 MW'lık hidrolik kuvvet, Almanya Hamburg'da 74 MW'lık hidrojen gücüne dönüşmüş olacaktır Bu güçle yılda 614 GWh enerji sağlanacaktır Proje tesis maliyeti 415 milyon ECU (~5144 milyon ABD $'ı) dır
Bir teknoloji standartsız kökleşemeyeceği ve tanımlanamayacağı için, hidrojen enerjisi konusunda uluslararası standart çalışmaları yapılmaktadır Uluslararası Standartlar Organizasyonu (ISO) tarafından ISOTC197 Komitesi oluşturularak, hidrojen enerjisi için uluslararası standartlar çalışmalarına girişilmiştir Standart çalışmaları tanımlar, ölçümler, nakliye, güvenlik, araçlar, uçaklar, elektrokimyasal donanımlar, hidridler, çevre ve uygulama alanlarını kapsamaktadır
Öbür senaryolara kadar 2025 yılında dünya genel enerji tüketiminin ulaşacağı düzey 12 00016 000 Mtep olarak kestirilmektedir Benzer yılda dünyada 1 5002 600 Mtep hidrojen enerjisinin kullanılması planlanmaktadır Böylece, bu raporda göz önüne alınan etüt periyodu (20002025 dönemi) sonunda, dünya ilk enerjisinin % 921 açıklığı arasındaki bir bölümü hidrojene dönüştürülerek kullanılabilecek demektir Bu oran daha fazla % 10 olarak öngörülmektedir
Kuzey Atlantik ada ülkesi İzlanda, 2050 yılında hidrojen ekonomisine geçmiş olma kararını alan tek ülkedir Bugün için bütün taşıtlar ve balıkçı filoları için gereksinim duyduğu petrolün tamamını ithal eden İzlanda, sahip olduğu jeotermal ve hidroelektrik kaynakları ile hidrokarbon enerji kaynaklarından daha düşük maliyetle elektrik üretebilmektedir
İzlanda hali hazırda sahip olduğu enerji fazlasını, ihraç edilebilir ürünlere ve hidrokarbonlara dönüştürmektedir 2002 yılında, amonyum (NH3) üretiminde kullanılmak üzere, elektroliz yöntemi ile 2000 ton hidrojen gazı üretmiştirAmonyum tüm dünyada üretilir ve dağıtılır Amonyum maliyetinin %90 ’ını enerji oluşturur Ayrıca İzlanda, maliyeti büyük ölçüde enerjiye dayanan, alüminyum ergitme tesisi kurmaktadır Reykjavík ’te sıkıştırılmış hidrojenle çalışan minik bir şehir halkı içi otobüs filosu test amaçlı faaliyetini sürdürmektedir 3 Balıkçı filolarının hidrojenle enerjilendirilmesine dair incelemeler sürmektedir
Norveç ’in bir adası Utsira ’da hidrojen ekonomisinin denendiği bir pilot proje sürdürülmektedir Rüzgar jeneratörleri ile üretilen enerjinin fazlası, elektroliz yöntemi ile hidrojene dönüştürülür ve rüzgarın eksik olduğu zamanlarda bitmiş elektrik edinmek üzere hidrojen gazı olarak depolanır
İngiltere 2004 yılının ocak ayında, Londra ’da iki otobüsle başladığı yakıt hücresi test programını 2005 yılının Aralık ayında tamamlamıştır 4
The Hydrogen Expedition, tüm dünyanın çevresinde dolaşacak ve hidrojen yakacak hücrelerinin yapabileceklerini gösterecek, hidrojen yakacak hücresi ile çalışan bir geminin inşasını sürdürmektedir
Batı Avustralya Planlama ve Altyapılar Departmanı Perth şehrinde, Sürdürülebilir nakliye enerjisi programı için üç adet Daimler Chrysler Citaro yakıt hücreli otobüsleri ile denemelerini sürdürmektedirDeneme 2004 yılının Eylül ayında başlamış olup, 2006 yılının Eylül ayında sona erecektir Otobüsler proton dönüşümlü membran sistem yakacak hücresi ile çalışmakta olup, Perth ’in güneyindeki Kwinana ’da kurulu BP ’nin bir emrindeki ürünü olarak üretilen ham hidrojen ile denenmektedirler
Hidrojen enerjisi ve Türkiye
Türkiye'nin 7 Beş Yıllık Yeniden Yapılanma Planı Genel Enerji Özel Ihtisas Komisyonu Yeni ve Yenilenebilir Enerji Kaynakları Raporu'nda, hidrojen teknolojisine değinilmekle birlikte, resmileşen kalkınma planında hidrojen enerjisinin adı geçmemektedir Hidrojen konusu üniversitelerimiz ve araştırma kuruluşlarımızda çok sınırlı biçimde ele alınmaktadır
TÜBİTAK Marmara Araştırma Merkezi'nde hidrojen alanında Uluslararası Enerji Ajansı programları zarfında çalışma başlatılmak istenmişse de, söz konusu işbirliği 1996 yılında kesilmiştir Birleşik Milletler (UNIDO) desteği ile ICHET projesi kapsamında, İstanbul'da Hidrojen Enstitüsü kurulması konusu gündemdir 2022 Kasım 1996 tarihlerinde Viyana'da yapılan 16 UNIDO Endüstriyel Kalkınma Kurulu Toplantısı'nda, UNIDO işbirliği ile ülkemizde Milletlerarası Hidrojen Enerjisi Teknolojileri Merkezi (ICHET) kurulması kararı alınmıştır Buna kadar, UNIDO hukuksal çerçevesinde özerk bir kurum olarak çalışacak ICHET, İstanbul'da kurulacaktır
ICHET'in tasarlanan amacı, gelişmiş ve gelişmekte olan ülkeler arasında hidrojen teknolojileri köprüsünü meydana getirmek, hidrojen teknolojilerinin geliştirilmesini temin etmek ve uygulamalı ArGe çalışmalarını yürütmektir
ICHET'in işlevi; kısa ve uzun dönemli eğitim vermek, bilimsel toplantılar düzenlemek, danışmanlık hizmetleri sunmak ve benzeri kuruluşlarla işbirliği meydana getirmek şeklinde belirlenmiştir Merkezin egzersiz konuları; hidrojen enerjisi politikaları, hidrojen ekonomisi, enerji ve çevre, hidrojen üretim teknolojileri, hidrojen depolama teknikleri, hidrojen uygulamaları ve demonstrasyonlar olacaktır
Türkiye, ilk beş takvim dönem için arazi, tesis, birincil yatırım ekipmanı ve işletme faaliyetlerini finanse etmek üzere, 40 milyon ABD $'ı verecektir ICHET projesi Türkiye'nin hidrojen çağına sürekli biçimde adım atmasını sağlayacak, Türkiye'ye menfaat kazandıracak önemli bir girişimdir
TÜBİTAKTTGV Bilim TeknolojiSanayi Tartışmaları Platformu kadar yapılan çalışma ile 1998 yılında tamamlanan, Enerji Teknolojileri Politikası Alıştırma Grubu Raporu'nda, hidrojen enerjisinin önemi ve yapılması gerekenler sıralanmıştır Hidrojen enerjisi ile ilgili çalışmaların ArGe alanları arasında yer alması gerektiği belirtilmiştir Hidrojen programlarının esas itibari ile uzun döneme karşın olduğu vurgulanmakla birlikte, mevcut enerji daha alçak yapısıyla kısa dönemli uygulamalar üstünde durulması, ICHET'in kurulması için başlatılmış olan çalışmaların hızla olumlu sonuca götürülmesi istenmiştir Rapor, Bilim ve Teknoloji Yüksek Kurulu göre yerinde bulunarak, Başbakanlık kanalıyla Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı'na sunulmuştur
Türkiye'de hidrojen yakıtı üretiminde kullanılabilecek muhtemel kaynaklar; hidrolik enerji, güneş enerjisi, rüzgar enerjisi, denizdalga enerjisi, jeotermal enerji ve adım atılması gereken nükleer enerjidir Türkiye gibi gelişme sürecinde ve teknolojik geçiş aşamasındaki ülkeler açısından, uzun dönemde fotovoltaik güneşhidrojen sistemi yerinde görülmektedir Fotovoltaik panellerden elde olunacak elektrik enerjisi ile suyun elektrolizinden hidrojen üreten bu yöntemde, 1 m3 sudan 1087 kg hidrojen elde olunabilir fakat, bu 422 litre benzine eşdeğerdir
Türkiye'nin hidrojen üretimi açısından bir şansı, uzun bir kıyı şeridi olan Karadeniz'in tabanında kimyasal biçimde depolanmış hidrojen bulunmasıdır Karadeniz'in suyunun % 90'ı anaerobiktir ve hidrojensülfid (H2S) içermektedir 1000 m derinlikte 8 mllt1 olan H2S konsantrasyonu, tabanda 135 mllt1 düzeyine ulaşmaktadır Elektroliz reaktörü ve oksidasyon reaktörü gibi iki reaktör kullanılarak, H2S den hidrojen üretimi konusunda yapılmış teknolojik çalışmalar vardır Bu konuda üretilmiş bir öteki teknoloji geliştirme çalışması, semikondüktör partikülleri kullanarak fotokatalitik yöntemle hidrojen üretimidir Güneş ve rüzgar enerjisinden yararlanarak, Karadeniz'in H2S içeren suyundan hidrojen üretimi için literatüre geçmiş bilimsel araştırma olup, Bulgaristan proje geliştirmeye çalışmaktadır
Teknolojik verilere ve Türkiye'nin enerjiekonomi verilerine tarafından, 19952095 arasında güneşhidrojen sistemi ile yapılabilecek yakıt üretimi ve bunun fosil yakıtlarla rekabet olanağı, özel bir simülasyon modeli zarfında bilgisayar çözümleri ile araştırılmıştır Bu milli modelde, hidrojen üretiminin artışı için yavaş ve seri almak üzere iki bambaşka seçenek alınmıştır Her iki seçenekte de 20102019 döneminde hidrojen enerjisi maliyetinin eski kalıntı enerji maliyetinin altına düşebileceği, ancak yapılabilecek yerli hidrojen üretiminin 23 Mtep'in aşağıda kalacağı görülmüştür *
Hidrojen Ekonomisi Hakkında Hidrojen Ekonomisi Hakkında Veri Hidrojen Ekonomi
Hidrojen ekonomisi, taşıtların ve elektrik yayma şebekesinin dengelenmesi için gereklilik duyulan enerjinin, hidrojen (H2) olarak depolandığı, varsayılan bir gelecek ekonomisidir
Mevcut HIDROJEN Pazarı
Hidrojen üretimi epeyce geniş ve gelişen bir endüstridir Bütün dünyada, 2004 yılında üretilen toplam hidrojen 50 milyon tondur ve bu üretilen hidrojenin petrol cinsinden karşılığı 170 milyon ton yapar Yıllık çoğalma miktarı takriben %10 civarındadır Amerika Birleşik Devletlerinde, 2004 yılında takriben 11 milyon ton üretim gerçekleştirilmiştir ve bu değerin enerji cinsinden karşılığı 48 gigawatt ’tır (karşılaştırılacak olursa, 2003 yılındaki ortalama elektrik üretimi 442 gigawatt ’tır) Hidrojenin depolanması ve nakledilmesi oldukça fiyatı yüksek olduğu için, üretimin büyük çoğunluğu yöresel olarak gerçekleşmiş ve çoğunlukla imalatçı işyeri kadar hemencecik tüketilmiştir 2005 itibarıyla, bütün dünyada, bir yıl içerisinde üretilen hidrojenin hesaplı değeri 135 milyar ABD doları ’dır
Hidrojen, sentetik bir enerji taşıyıcısı Üretim kaynakları son derece bol ve dağıtılmış Bunların en başta gelenleri su, kömür ve doğalgaz Hidrojen, bilinen bütün yakıtlar içerisinde birim siklet başına en yüksek enerji içeriğine sahip (120,000 kJkg) Akışkan haline dönüştürüldüğünde gaz halindeki hacminin sadece 1700'ünü kaplıyor Saf oksijenle yandığında yalnızca su ve ısı açığa çıkarıyor Hava ile yandığında ise azot oksitler açığa çıksa da diğer yakıtlara göre kirliliği son derece eksik Dünyada üretilen hidrojenin koskocoman bir bölümü, metanın su buharı ile katalitik olarak oksidasyonu yöntemi ile doğal gazdan elde edilmekte Doğal gazın yanı sıra öteki hidrokarbon yakıtlardan da (metanol, LPG, Nafta, Yakıt) su buharı ile katalitik olarak hidrojen üretilebilmekte Hidrojen, alternatif olarak, saf oksijen veya hava ile kısmi oksidasyon, piroliz ve ototermal reforming (kısmi oksidasyon ve su buharı oksidasyonu bir arada) reaksiyonları ile de üretilebilmekte
Bugün hidrojenin kullanımının iki esas nedeni vardır Bütün tüketimin takriben yarısı haber prosesi yardımı ile amonyum (NH3) üretmek için yapılır Dünya nüfusu arttıkça, onu desteklemek için artırmak zorunda olan tarım, amonyuma duyulan talebi sürekli büyütmektedir Hidrojen tüketiminin öteki yarısı ise, ağır petrol kaynaklarını, yakacak olarak kullanılabilecek daha hafif türevlere dönüştürmek için gerçekleştirilir Artan petrol fiyatları petrol şirketlerini zift gibi yoksul maddelerden yakacak olmak için daha da cesaretlendirerek, hidrojen tüketiminde ilk uygulamaya göre daha da yüksek bir büyümeye neden olmuştur
Eğer hidrojen üretimi için gereklilik duyulan enerji, rüzgar, güneş veya nükleer santrallerden basit ve idareli bir şekilde elde edilebilseydi, hidrojenin hidrokarbon yakıt elde etmek üzere kullanılması, toplam hidrojen tüketimini mesela ABD için 5 ila 10 kat dek artırabilirdi Bugün ABD ’de bu amaçla hidrojen tüketimi takriben yılda 4 milyon tondur ABD için takvim 377 milyon ton hidrojenin, petrolde dışa bağımlılığı kaldıracak miktarda, kömürden dönüştürülmüş akıcı yakıt edinmek için yeterli olacağı sanılmaktadır 1 Ancak kömürün akışkan yakıta dönüştürülmesi dışa bağımlılığı azaltmakla birlikte sera gazı etkisi sorununa çözüm üretmemektedir
Günümüzde hidrojen üretiminin %48 ’i doğal gazdan, %30 ’u ham petrolden, %18 ’i kömürden ve %4 ’ü suyun elektroliz yolu ile ayrıştırılmasıyla üretilmektedir
Artan pazar ve çabucak büyüyen fiyatlar hidrojenin daha idareli yöntemlerle üretilmesi konusunda ilgi yaratmıştır Artan hidrojen pazarının analizine dair bakınız
Öngörülen merkezi HIDROJEN Kaynakları
Önümüzdeki 3040 yıllık dönemde Çin, Hindistan gibi yükselen ekonomilerin tez büyüyen talebiyle birlikte petrolün fiyatının bugünkü fiyatını düzeyini bekleniyor Petrolün bugünkü ve gelecekte öngörülen durumu, ithalat bağımlılığı, eski kalıntı yakıtların yarattığı karbondioksit emisyonları ve Kyoto Sözleşmesinin emisyonlara getirdiği sınırlamalar hidrojenin hazırlanmış ve sınırsız bir alternatif olarak nitelendirilmesine neden oluyor Şu anki problem fiyat ve altyapılar maliyetleri böylece de petrole emrindeki enerji sektörünün dönüşümünün sağlanmasında özel sektör dek destekleyici hükümet politikaları da kilit rol oynayacak
Hidrojen ekonomisinde, hidrojen gazı üretmek için, esas enerji kaynakları ile biyokütleler kullanılır Petrol, kömür, doğal gaz gibi fosil yakıtların dışında kalan enerji kaynakları, eski kalıntı yakıtlara göre çok daha düşük sera gazı emisyonlarına sahiptirler Yüksek verimlilikli hidrojen jeneratörlerinin ürettiği gazın, doğal gaz yayılma şebekesine benzer bir sistemle dağıtılması beklenir Ancak doğal gaza tarafından aşılması gereken zorluklar vardır Mesela hidrojenin contalardan daha basit sızabilmesi veya yayılma borularında çatlaklara niçin olur Hali hazırda geniş doğal gaz bölüştürme şebekesi üstünde kurulu kojenerasyon tesisleri sağladıkları elektrik dönüşümü ile yukarıda bahsedilen sisteme benzerlik gösterirler
Bütün bir hidrojen ekonomisinde, rüzgar ya da hidroelektrik tesislerinin ürettiği enerjinin tamamı elektrik şebekesine verilmeyerek, bir kısmı ile hidrojen üretilir Nükleer enerji tesislerinin bir çıktısı olan ısı enerjisi, elektroliz sıcaklığını arttırmak biçiminde verimliliğe katkısı bulunacaktır
Yakacak hücreleri
Hidrojen ekonomisinin özünde, kimyasal enerjiyi harekete veya elektrik enerjisine dönüştürmek için, içten yanmalı motorların ve türbinlerin yerine yakacak hücrelerinin kullanımı vardır Bu değişimin aşağıda yatan beklenti, yakıt hücrelerinin elektrokimyasal oluşu ve yanmalı motorlara kadar fazla yüksek verimliliğe sahip olmasıdır Bütün yakacak hücreleri saf hidrojeni kullanabilirken, bazı yakacak hücreleri hidrokarbon yakıtları da kullanabiliriler
Hali hazırda yakıt hücreleri epeyce pahalıdır, ama yapılan araştırma ve geliştirmeler, yakıt hücrelerinin maliyetlerini düşürmeyi sürdürmektedir Yakıt hücrelerinin maliyeti doğru yanmalı motorlar ve türbinlerle yaklaştığı zaman, verimlilikten sağlanacak her bir kuruşun fazla kayda değer olduğu elektrik enerji santralleri ilk olarak olmak üzere kullanımları öyle fazla alanda çabucak yaygınlaşacaktır
Hidrojene duyulan ilginin büyük bir kısmı, yakıt hücrelerinin otomobillerde kullanılması fikrinden kaynaklanmaktadır Yakıt hücreleri, doğru yanmalı motorlara göre daha gürültüsüz çalışırlar, daha iyi baskıyük oranına, çok daha yüksek verimliliğe ve teorik olarak sıfır emisyona (hidrojen üretimi sırasında kullanılan yöntemler emisyona neden olabilirler) sahiptirler Hidrojenin depolanmasındaki zorluklara ve yakacak hücrelerinin yüksek maliyetlerine aleyhinde çözümler üretildikçe, gelişmiş hibrid (yakacak hücresi ve akümülatör kombinasyonlu) otomobillerin de kullanımı yaygınlaşacaktır
Hidrojen enerjisinin global olarak kullanılacağı asıl büyük pazar ise otomotiv; ulaşım sektörü 1990 ’ların ortalarından itibaren benzin ve yakıt pili ile birlikte çalışan melez (hibrid) araçlar geliştirilirken, yakacak pilinin beslenmesinde yakıt kaynağı olarak hidrojen kullanılıyor Hidrojenin üretilmesinin ucuz ülkü gelmesi ile birlikte yaygınlaşacak olan bu araçlar son tüketiciler için de petrol yakıtlarına oranla fazla daha ucuz ve ikiüç kat daha bereketli ülkü gelecek Bu alanda da bugüne değin yapılan incelemeler, hidrojenle çalışan yakacak pilli araçların üretilmesi, bu alanda büyük bir rekabetin başlayacağını gösteriyor Enerji ve otomotiv yavaş yol alınan sektörler olduğu için şu an hibrid (melez) otomotivlerle başlayan dönüşüm süreci araçların 5 6 jenerasyonlarının üretilmesi ile hidrojenle veya diğer kaynaklarla çalışan yakacak pilli araçların iyice piyasada olması ile tamamlanacak ABD Kaliforniya Eyaleti hidrojenli araçları desteklemek amacıyla 2010 yılına dek tamamında hidrojen istasyonlarının yer aldığı bir otoyol ağı kurmayı amaçlıyor 2030 yılında karma yakıtlı araçların otomotiv sektöründe payının artacağı, 2040 yılında da büyük oranda yakacak pilli araçların sektörde yer alacağı tahmin ediliyor
HAYATA GECIRILMESI
Üretim
Dünyadaki hidrojenin büyük bir kısmı denizlerde hapsolmuş durumdadır
Hidrojen, doğal gazın buhar ile her yerde yapılandırılması ya da kısmi oksidasyonu gibi yöntemlerle fosil yakıtlardan da üretilebilirler Wang ’ın 2002 ’de ve Kreith ’in 2004 ’te yaptığı incelemeler, üretim ve yayılma sırasında açığa meydana çıkan emisyonlar göz önüne alınsa dahi, hidrojenin niçin olduğu CO2 çıktısının, dürüst yanmalı motorların neden olduğu CO2 ’ten çok daha eksik olacağını göstermiştir
Yakacak hidrojenin temelde, sudan yenilenebilir enerjilerle üretilmesi esas ilkedir Hidrojen üretim yöntemlerinin başında suyun doğrudan doğruya elektrolizi gelir Elektroliz için elektrik gereksinimi eski kalıntı yakıtlardan, hidroelektrik kaynaktan, nükleer güçten, jeotermal enerjiden, güneş, rüzgar ve deniz dalga enerjilerinden elde olunabilir Gelecek için üzerinde ençok durulan yöntem fotovoltaik güneş üreteçlerinin kullanılmasıdır Hidrojen suyun ısıl parçalanması (termal krakingi) ile de üretilebilmektedir Bir öteki hidrojen imal yöntemi doğal gazın ve gaz hidrokarbonların buhar reformasyonudur
Hidrojen üretimi için ayrıca kömür gazifikasyon yöntemi vardır Gazifikasyon işlemi kolaylıkla kükürtün elimine edilmesine ihtimal tanıdığından albenili bulunmaktadır Sıradan olarak 6 kg kömürden 3785 lt benzine eşit 1 kg hidrojen elde olunur Kömür dünyanın en varlıklı eski kalıntı yakıtıdır Tanıdık kömür yataklarına biçilen güvenilir ömür 200 sene kadarsa da, bunun 400 yıla uzanabileceği söylenmektedir Katı atıklar ve kanalizasyon materyalleri de hidrojen üretimi için hammadde olup, gazifikasyon işlemine ast olarak, sentez gazının hava veya oksijenle reformasyonu hidrojen vermektedir Termokimyasal çevrimlerle sudan, fotokimyasal işlemle organometalik bileşikler veya enzim su karışımından hidrojen üretilebilir
Hidrojen üretimi sırasında tüketilen enerji miktarı hakkında bir takım endişeler vardır Hidrojen üretimi içerisinde hidrojen barındıran su ya da eski kalıntı yakacak gibi kaynaklara gereklilik duyar Fosil yakıtların kullanılması doğal kaynakların tükenmesine ve buna rağmen CO2 üretilmesine neden olurken, suyun elektroliz edilmesi için ihtiyaç duyulan enerjinin manâlı bir kısmı, yine eski kalıntı yakıtların elektrik enerjisine dönüştürülmesi yöntemiyle sağlanmaktadır Bu açıdan, hidrojen yakıtının, bugün için fosil yakıtlardan adamakıllı bağımsız ya da hiçbir emisyona neden olmayan bir usul olduğunu iddia etmek epeyce güçtür
Eğer elektrik enerjisi üretimi, kimyasal yöntemlere dayanıyor ise, hidrojeni üretmek için de aracısız kimyasal yöntemlere başvurulması daha uygundur Lakin elektrik enerjisi üretimi, hidroelektrik veya rüzgar jeneratörleri gibi mekanik yöntemlere dayanıyor ise, hidrojenin suyun elektroliz edilmesi yöntemi ile üretilmesi yerinde olabilir Başlıca tüketilen elektriğin maliyeti, üretilen hidrojenin fiyatından daha yüksek olduğu için, elektroliz yöntemi hidrojen üretiminde fazla küçük bir paya sahiptir
Eğer elektrik enerjisi üretimi, ısı (nükleer ya da güneş) enerjisi yöntemine dayanıyor ise, hidrojen üretmek için en uygun yöntem yüksek sıcaklıklı elektrolizdir Düşük sıcaklıklı elektrolizden farklı olarak suyun yüksek sıcaklıklı elektrolizi (YSE) başlangıçtaki ısı enerjisinin önemli bir kısmını kimyasal enerjiye (hidrojen) transformasyon kabiliyetine sahiptir Potansiyel olarak prosesin enerji verimi %50 daha fazladır Gereklilik duyulan enerjinin bir kısmı ısı ile sağlandığı için kimyasal dönüşüme konu elektrik enerjisi daha az tüketilir YSE ’nin laboratuar uygulamaları yapılmış olmasına rağmen hemen şimdi endüstriyel bir uygulaması yoktur
Depolama ve nakliye
Üretilen hidrojen depolanabilmekte, boru hatları veya da tankerlerle taşınabilmektedir Doğal gaz boru hatlarının gelecekte hidrojen taşınması için kullanılabileceği belirtilmektedir Hidrojenin depolama yöntemleri; tüplenmiş hain basınçlı gaz (12 bar) ve yüksek basınçlı gaz (150 bar) dıştan sıvılaştırılmış biçimde, kriyojenik (dondurulmuş) tanklarda (220 kPa) ve metalik hidrid biçiminde olabilmektedir Hidrojen gaz biçiminde boru hatlarıyla taşınabildiği gibi, yüksek basınçlı gaz ve sıvılaştırılmış biçimde tankerlerle taşınabilmektedir Gaz hidrojenin zeolit ortamlarda depolanması çalışmaları vardır Fakat, enerji içeriğinin yüksekliği açısından gaz yerine sıvı hidrojen depolama teknikleri üstünde durulmaktadır
Hidrojenin hidridlerle depolanması ve taşınması da önemle ele alınmaktadır Geliştirilen hidridler; titanyum alaşımları (özellikle demirtitanyum), palladyum alaşımları, zirkonyum alaşımları, titanyumzirkonyumvanadyumnikel alaşımları, titanyumzirkonyumvanadyumdemirkrommangan alaşımları, mağnezyumnikel alaşımları vs gibi materyallerle oluşturulmaktadır Düşük sıcaklık ve yüksek sıcaklık hidridleri vardır Demirtitanyum alaşımı düşük sıcaklık hidridi iken, mağnezyumnikel alaşımı yüksek sıcaklık hidrididir Düşük ve yüksek sıcaklık hidridlerinin kombinasyonu da kullanılmaktadır Metal hidridler paket olarak taşınmaya uygundur
Maliyet
Yakıtların hesaplı kıyaslaması efektif maliyete tarafından yapılır Efektif maliyet ise çıplak maliyet ve çevre zararlarını içeren maliyet ile uygulama veriminin fonksiyonudur İç maliyet de denilen çıplak maliyet, alışılagelmiş görünür maliyettir Çevre zararlarını taşıyan dış maliyet ise yeni bir kavramdır Burada yakıtın birim miktarının çevrede oluşturduğu fiziksel hasar anlaşılmaktadır 1990 ABD verileri ile fosil yakacak, kömürsentetik ve güneş hidrojen sistemlerinin efektif maliyetleri Tablo 124'de gösterilmiştir Efektif maliyete göre hesaplanan ekonomiklik faktörü hidrojende 1 iken doğal gaz dışındaki fosil yakıtlarda 037061 aralarında değişmekte olup, hidrojenden daha eksik ekonomiktirler Oysa, doğal gazın ekonomiklik faktörü bugün için hidrojenden yüksektir
Yukarıda açıklandığı gibi, temelde efektif maliyet kayda değer olmakla birlikte, günümüzde maliyet karşılaştırmaları, daha çok iç veya çıplak maliyetle yapılmaktadır böylece, yalnız iç maliyet açısından bakıldığında, en ucuz hidrojen üretimi kömürden sağlanmakta, onu hidrohidrojen izlemektedir minimum hidrojen maliyeti, ulaştırma sektörü için benzinden ucuz olabilmektedir Dış maliyet, yani çevre maliyeti gözönüne alınmaksızın hidrojen endüstri, ev ve elektrik sektörlerinde doğal gazdan 1537, petrol ürünlerinden 1335 ve kömürden 4758 kat daha pahalı görünmektedir Ama, yakacak hidrojenin kütlesel üretimi yapılmadığından bu karşılaştırmalar göreceli kalmaktadır
* Yeşil yakıtlar Bitkilerden elde edilen, etanol, biyodizel gibi biyoyakıtların kullanımı ekonomideki ufak değişikliklerle gerçekleştirilebilir Bunla birlikte, kayda değer miktarda petrol tüketiminin yerini alabilmesi için, çok geniş tarım alanlarına gereklilik duyulduğundan, tüm ülkeler için yerinde bir çözüm olmayabilir
* Sera gazınötr içki Hidrojen ekonomisinde hidrojen, tamamıyla elektrikli olmayan araçlarda kullanılmak üzere, yenilenebilir bir güç kaynağı olarak elde edilir Hidrojene öteki bir teorik alternatif ise, hidrojen ve karbondioksitin birlikte kullanılarak, etanol veya metanol gibi akıcı bir yakıta dönüştürülmesidir Hidrojeni, üretildiği tesisten taşımak yerine, aynı tesiste öteki akıcı yakıtlara dönüştürerek, mevcut bölüştürme ağında taşınması ve kullanılması sağlanabilir Böylece hidrojen gazının taşınması ve depolanması ile ilgili zorluklar aşılırken, karbondioksit gazının tüketilmesi ile ilgili endüstriyel bir alternatif yaratarak, sera gazlarının azaltılması ile ilgili önemli bir adım atılabilir
Çevresel kaygılar
Yakıtın zehirliliği, yanma ürünlerinin zehirliliği, diffüzyon katsayısı, ateşleme enerjisi, patlama enerjisi, ateş emissivitesi gibi faktörlere kadar yapılan emniyet değerlendirmesi açısından, hidrojen en emniyetli yakıttır Hidrojenin emniyet faktörü 1 iken, benzinde 053 ve metanda 080 olmaktadır Kısacası yakıt ve doğal gaz hidrojene tarafından tehlikeli yakıtlardır Hidrojenin benzin ve metana kadar yanma tehlikesi daha azdır
Yakıtlar için önemli olan bir nitelik de çevresel uygunluktur Eski Kalıntı yakacak kullanımının hava kalitesi, ırk, hayvanlar, plantasyonlar ve ormanlar, akuatik ekosistemler, insan yapısı yapılar, açık madencilik, iklim değişikliği, deniz seviyesi yükselmesi üzerindeki olumsuz etkilerinden kaynaklanan çevre zararları dünya genelinde, 1990 verileriyle; kömür için 98 ABD $GJ, petrol için 85 ABD $GJ ve doğal gaz için 56 ABD$GJ olarak saptanmıştır
Çevresel hasar ve çevresel uygunluk faktörü için eski kalıntı yakacak sistemi, kömürsentetik yakacak sistemi ve güneşhidrojen sistemi (güneş PV panellerinden sağlanacak enerji ie hidrojen üretim sistemi), bu verilerin ışığında karşılaştırılmıştır Kıyas sonuçları Tablo 122'de yer almaktadır Güneşhidrojen üretim sisteminde çevresel hasar 046 ABD $GJ gibi değil denecek düzeye düşmekte ve çevresel intibak faktörü üst sınıra çıkarak 1 olmaktadır
Kullanımındaki tehlikeler
Hidrojen, basında nispeten güvenli olmayan bir gaz olarak tanıtılmıştır ve gerçekten de hidrojen hava karşımı öteki gazlardan daha patlayıcıyanıcı özelliğe sahiptir Hidrojen gazı depolandığı tanktan sızabilir ve bir çatlak olması durumunda çok seri boşalır Hidrojen alevi zor görülür ve hidrojen yangınıyla mücadele etmek de oldukça zordur En fazla tanıdık hidrojen yangını LZ 129 Hindenburg felaketidir Yolcuların 23 ile mürettebat kurtulmuş, ölenlerin büyük çoğunluğu atlayanlar olmuştur
Örnekler ve Pilot Uygulamalar
Hidrojenin taşımacılık nedeniyle dağıtımı İzlanda, Almanya, Kaliforniya, Japonya ve Kanada ’da test edilmektedir
Yakıt pilli elektrik santralları yüksek enerji verimlerinin yanı sıra, fazla az yer kaplamaktadırlar Örneğin 2 MW'lık yakıt pilli santralın kapsadığı bölge 20 m2 den eksik olmaktadır Büyük yer kapsayan konvansiyonel santralların ikâmetgâh birimlerinden emin uzaklıkta kurulması ve elektrik iletimi sorunu, geleceğin yakıt pilli elektrik santralları ile çözüme kavuşacak görünmektedir Gelecekte tüketicilerin bulundukları yerin yakınına kurulacak yakacak pilli santrallarla iletim ve dağılım kayıpları olmaksızın gereksinimler karşılanabilecektir
Hidrojenin alevsiz yanması için katalitik aydınlatma düzenleri geliştirilmiştir Hidrojenin katalitik yanması mutfak ocaklarına, fırınlara, su ısıtıcılara ve özel sobalara uygulanmıştır Yine gösterim amacıyla bu cins beyaz eşya üreten firmalar vardır Böylece, konutlarda yakıt olarak hidrojen kullanımının önü açılmış bulunmaktadır Hidrojenin boru hatları ile evlere dek ulaştırılması mümkün olup, bu konuda projeler geliştirilmekte ve doğal gaz hatlarından yararlanılması tasarlanmaktadır Hidrojen enerjisi alanında değişik ülkelerin işbirliği sonucu milletlerarası programlar başlatılmıştır Avrupa Topluluğu ile Kanada'nın EUROQUEBEC (hidrohidrojen) projesi, Norveç ve Almanya'nın NHEG projesi, Almanya ve Suudi Arabistan'ın HYSOLAR (güneşhidrojen) Projesi, İskandinav ülkeleri ile Yunanistan'ın işbirliği, Uluslararası Enerji Ajansı (IEA) hidrojen enerjisi projeleri, Birleşmiş Milletler UNIDOICHET hidrojen çalışmaları bunlara örnek gösterilebilir Hemen Şimdi uygulanmasına girişilememiş olan UNIDOICHET projesi kapsamında, İstanbul'da Hidrojen Enstitüsü kurulması gündemdedir
Bu çalışmalardan EuroQuébec HidroHidrojen Pilot Projesi (EQHHPP) 100 MW'lık bir kapasitededir Bu proje ile Kanada'da hidrolik kaynaktan elde olunacak elektrik enerjisi suyun elektrolizinde kullanılacak, üretilecek gaz hidrojen, tekrar Kanada'da akıcı hidrojen (LH2), amonyak (NH3) ve metilsiklohekzan (MCH) biçiminde bağlanarak, Atlantikten gemilerle Avrupa'ya taşınacaktır Avrupa'da enerji uygulaması ile gaz veveya sıvı hidrojene dönüştürülerek konutlarda, termik santrallarda, şehir halkı otobüslerinde ve araçlarda, uçaklarda yakıt olarak kullanılacak, keza kimya endüstrisi için toluen üretilecektir Enerji ekonomisi analizlerine göre Kanada'daki 100 MW'lık hidrolik kuvvet, Almanya Hamburg'da 74 MW'lık hidrojen gücüne dönüşmüş olacaktır Bu güçle yılda 614 GWh enerji sağlanacaktır Proje tesis maliyeti 415 milyon ECU (~5144 milyon ABD $'ı) dır
Bir teknoloji standartsız kökleşemeyeceği ve tanımlanamayacağı için, hidrojen enerjisi konusunda uluslararası standart çalışmaları yapılmaktadır Uluslararası Standartlar Organizasyonu (ISO) tarafından ISOTC197 Komitesi oluşturularak, hidrojen enerjisi için uluslararası standartlar çalışmalarına girişilmiştir Standart çalışmaları tanımlar, ölçümler, nakliye, güvenlik, araçlar, uçaklar, elektrokimyasal donanımlar, hidridler, çevre ve uygulama alanlarını kapsamaktadır
Öbür senaryolara kadar 2025 yılında dünya genel enerji tüketiminin ulaşacağı düzey 12 00016 000 Mtep olarak kestirilmektedir Benzer yılda dünyada 1 5002 600 Mtep hidrojen enerjisinin kullanılması planlanmaktadır Böylece, bu raporda göz önüne alınan etüt periyodu (20002025 dönemi) sonunda, dünya ilk enerjisinin % 921 açıklığı arasındaki bir bölümü hidrojene dönüştürülerek kullanılabilecek demektir Bu oran daha fazla % 10 olarak öngörülmektedir
Kuzey Atlantik ada ülkesi İzlanda, 2050 yılında hidrojen ekonomisine geçmiş olma kararını alan tek ülkedir Bugün için bütün taşıtlar ve balıkçı filoları için gereksinim duyduğu petrolün tamamını ithal eden İzlanda, sahip olduğu jeotermal ve hidroelektrik kaynakları ile hidrokarbon enerji kaynaklarından daha düşük maliyetle elektrik üretebilmektedir
İzlanda hali hazırda sahip olduğu enerji fazlasını, ihraç edilebilir ürünlere ve hidrokarbonlara dönüştürmektedir 2002 yılında, amonyum (NH3) üretiminde kullanılmak üzere, elektroliz yöntemi ile 2000 ton hidrojen gazı üretmiştirAmonyum tüm dünyada üretilir ve dağıtılır Amonyum maliyetinin %90 ’ını enerji oluşturur Ayrıca İzlanda, maliyeti büyük ölçüde enerjiye dayanan, alüminyum ergitme tesisi kurmaktadır Reykjavík ’te sıkıştırılmış hidrojenle çalışan minik bir şehir halkı içi otobüs filosu test amaçlı faaliyetini sürdürmektedir 3 Balıkçı filolarının hidrojenle enerjilendirilmesine dair incelemeler sürmektedir
Norveç ’in bir adası Utsira ’da hidrojen ekonomisinin denendiği bir pilot proje sürdürülmektedir Rüzgar jeneratörleri ile üretilen enerjinin fazlası, elektroliz yöntemi ile hidrojene dönüştürülür ve rüzgarın eksik olduğu zamanlarda bitmiş elektrik edinmek üzere hidrojen gazı olarak depolanır
İngiltere 2004 yılının ocak ayında, Londra ’da iki otobüsle başladığı yakıt hücresi test programını 2005 yılının Aralık ayında tamamlamıştır 4
The Hydrogen Expedition, tüm dünyanın çevresinde dolaşacak ve hidrojen yakacak hücrelerinin yapabileceklerini gösterecek, hidrojen yakacak hücresi ile çalışan bir geminin inşasını sürdürmektedir
Batı Avustralya Planlama ve Altyapılar Departmanı Perth şehrinde, Sürdürülebilir nakliye enerjisi programı için üç adet Daimler Chrysler Citaro yakıt hücreli otobüsleri ile denemelerini sürdürmektedirDeneme 2004 yılının Eylül ayında başlamış olup, 2006 yılının Eylül ayında sona erecektir Otobüsler proton dönüşümlü membran sistem yakacak hücresi ile çalışmakta olup, Perth ’in güneyindeki Kwinana ’da kurulu BP ’nin bir emrindeki ürünü olarak üretilen ham hidrojen ile denenmektedirler
Hidrojen enerjisi ve Türkiye
Türkiye'nin 7 Beş Yıllık Yeniden Yapılanma Planı Genel Enerji Özel Ihtisas Komisyonu Yeni ve Yenilenebilir Enerji Kaynakları Raporu'nda, hidrojen teknolojisine değinilmekle birlikte, resmileşen kalkınma planında hidrojen enerjisinin adı geçmemektedir Hidrojen konusu üniversitelerimiz ve araştırma kuruluşlarımızda çok sınırlı biçimde ele alınmaktadır
TÜBİTAK Marmara Araştırma Merkezi'nde hidrojen alanında Uluslararası Enerji Ajansı programları zarfında çalışma başlatılmak istenmişse de, söz konusu işbirliği 1996 yılında kesilmiştir Birleşik Milletler (UNIDO) desteği ile ICHET projesi kapsamında, İstanbul'da Hidrojen Enstitüsü kurulması konusu gündemdir 2022 Kasım 1996 tarihlerinde Viyana'da yapılan 16 UNIDO Endüstriyel Kalkınma Kurulu Toplantısı'nda, UNIDO işbirliği ile ülkemizde Milletlerarası Hidrojen Enerjisi Teknolojileri Merkezi (ICHET) kurulması kararı alınmıştır Buna kadar, UNIDO hukuksal çerçevesinde özerk bir kurum olarak çalışacak ICHET, İstanbul'da kurulacaktır
ICHET'in tasarlanan amacı, gelişmiş ve gelişmekte olan ülkeler arasında hidrojen teknolojileri köprüsünü meydana getirmek, hidrojen teknolojilerinin geliştirilmesini temin etmek ve uygulamalı ArGe çalışmalarını yürütmektir
ICHET'in işlevi; kısa ve uzun dönemli eğitim vermek, bilimsel toplantılar düzenlemek, danışmanlık hizmetleri sunmak ve benzeri kuruluşlarla işbirliği meydana getirmek şeklinde belirlenmiştir Merkezin egzersiz konuları; hidrojen enerjisi politikaları, hidrojen ekonomisi, enerji ve çevre, hidrojen üretim teknolojileri, hidrojen depolama teknikleri, hidrojen uygulamaları ve demonstrasyonlar olacaktır
Türkiye, ilk beş takvim dönem için arazi, tesis, birincil yatırım ekipmanı ve işletme faaliyetlerini finanse etmek üzere, 40 milyon ABD $'ı verecektir ICHET projesi Türkiye'nin hidrojen çağına sürekli biçimde adım atmasını sağlayacak, Türkiye'ye menfaat kazandıracak önemli bir girişimdir
TÜBİTAKTTGV Bilim TeknolojiSanayi Tartışmaları Platformu kadar yapılan çalışma ile 1998 yılında tamamlanan, Enerji Teknolojileri Politikası Alıştırma Grubu Raporu'nda, hidrojen enerjisinin önemi ve yapılması gerekenler sıralanmıştır Hidrojen enerjisi ile ilgili çalışmaların ArGe alanları arasında yer alması gerektiği belirtilmiştir Hidrojen programlarının esas itibari ile uzun döneme karşın olduğu vurgulanmakla birlikte, mevcut enerji daha alçak yapısıyla kısa dönemli uygulamalar üstünde durulması, ICHET'in kurulması için başlatılmış olan çalışmaların hızla olumlu sonuca götürülmesi istenmiştir Rapor, Bilim ve Teknoloji Yüksek Kurulu göre yerinde bulunarak, Başbakanlık kanalıyla Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı'na sunulmuştur
Türkiye'de hidrojen yakıtı üretiminde kullanılabilecek muhtemel kaynaklar; hidrolik enerji, güneş enerjisi, rüzgar enerjisi, denizdalga enerjisi, jeotermal enerji ve adım atılması gereken nükleer enerjidir Türkiye gibi gelişme sürecinde ve teknolojik geçiş aşamasındaki ülkeler açısından, uzun dönemde fotovoltaik güneşhidrojen sistemi yerinde görülmektedir Fotovoltaik panellerden elde olunacak elektrik enerjisi ile suyun elektrolizinden hidrojen üreten bu yöntemde, 1 m3 sudan 1087 kg hidrojen elde olunabilir fakat, bu 422 litre benzine eşdeğerdir
Türkiye'nin hidrojen üretimi açısından bir şansı, uzun bir kıyı şeridi olan Karadeniz'in tabanında kimyasal biçimde depolanmış hidrojen bulunmasıdır Karadeniz'in suyunun % 90'ı anaerobiktir ve hidrojensülfid (H2S) içermektedir 1000 m derinlikte 8 mllt1 olan H2S konsantrasyonu, tabanda 135 mllt1 düzeyine ulaşmaktadır Elektroliz reaktörü ve oksidasyon reaktörü gibi iki reaktör kullanılarak, H2S den hidrojen üretimi konusunda yapılmış teknolojik çalışmalar vardır Bu konuda üretilmiş bir öteki teknoloji geliştirme çalışması, semikondüktör partikülleri kullanarak fotokatalitik yöntemle hidrojen üretimidir Güneş ve rüzgar enerjisinden yararlanarak, Karadeniz'in H2S içeren suyundan hidrojen üretimi için literatüre geçmiş bilimsel araştırma olup, Bulgaristan proje geliştirmeye çalışmaktadır
Teknolojik verilere ve Türkiye'nin enerjiekonomi verilerine tarafından, 19952095 arasında güneşhidrojen sistemi ile yapılabilecek yakıt üretimi ve bunun fosil yakıtlarla rekabet olanağı, özel bir simülasyon modeli zarfında bilgisayar çözümleri ile araştırılmıştır Bu milli modelde, hidrojen üretiminin artışı için yavaş ve seri almak üzere iki bambaşka seçenek alınmıştır Her iki seçenekte de 20102019 döneminde hidrojen enerjisi maliyetinin eski kalıntı enerji maliyetinin altına düşebileceği, ancak yapılabilecek yerli hidrojen üretiminin 23 Mtep'in aşağıda kalacağı görülmüştür *
