21. yüzyılda enerji, sürdürülebilir kalkınma hedefine ulaşmada oldukça önemli bir yere sahiptir. Özellikle fosil temelli yakıtların toplumların enerji ihtiyacını karşılamada kullanılması önemli ekonomik, çevresel ve sosyal sorunlara yol açmaktadır.
Bu açıdan bakıldığında hidrojen enerjisi bu problemlerin çözümünde önemli bir alternatif olarak karşımıza çıkmaktadır.
Bir enerji taşıyıcısı olan hidrojenin geleceğin enerji senaryolarında önemli bir yere sahip olacağı beklenmektedir.
Hidrojen, bir yakıt hücresinde tüketildiğinde sadece su üreten temiz bir yakıttır. Hidrojen, doğal gaz, nükleer enerji, biyokütle ve güneş ve rüzgar gibi yenilenebilir enerji gibi çeşitli yerli kaynaklardan üretilebilir.
Bu nitelikler onu nakliye ve elektrik üretim uygulamaları için cazip bir yakıt seçeneği haline getirmektedir. Otomobillerde, evlerde, taşınabilir güç için ve daha birçok uygulamada kullanılabilir.
Hidrojen, diğer kaynaklardan üretilen enerjiyi depolamak, taşımak ve iletmek için kullanılabilecek bir enerji taşıyıcısıdır.
Özet Bölümü
Hidrojen Nedir?
Hidrojen en basit elementtir. Bir hidrojen atomunda bir proton ve bir elektron bulunur. Hidrojen aynı zamanda evrende en yaygın olarak bulunan elementtir. Hidrojen dünyada gaz halinde bulunmaz.
Her zaman başka elementlerle birleşik halde bulunur. İki hidrojen ve bir oksijen atomundan oluşan su molekülü buna örnektir. Bu element birçok organikle bileşikte bulunur. Hidrojen hidrokarbonlardan ısı yolu ile ayrıştırılabilir.
Hidrojen Enerjisi Nedir ?
Doğada en çok bulunan element olan hidrojenin içerdiği bir enerji türüdür. Hidrojen enerjisi, hidrojenin saf halde ayrışmasının bir sonucu olarak moleküllerinde salınan kimyasal bir enerjidir.
Bu enerji, çeşitli yöntemlerle ısı ve elektriksel biçimlere dönüştürülerek kullanılabilir. Ayrışma sonucunda su veya su buharı yaydığı için temiz bir enerji kaynağı olarak da tanımlanabilir.
Hidrojenin Fiziksel Özellikleri
Hidrojen; renksiz, kokusuz, metalik olmayan, tatsız, oldukça yanıcı bir diatomik gazdır. Periyodik tablodaki en hafif elementtir. Havadan da 14,4 kez daha hafiftir.
Hidrojen, helyum elementinden sonra sıvılaşması en güç gazdır. Ayrıca yoğunluğu 0,09kg/m³’tür. Bu da onu yoğunluğu en düşük olan gaz yapar.
Hidrojenin Kimyasal Özellikleri
Hidrojen, 1A grubunda yer almasına karşın ametaldir. Hidrojen atomu artı elektrik yüklü bir proton içeren bir çekirdek ile bu çekirdeğin çevresinde dolanan eksi elektrik yüklü bir elektrondan oluşur. Hidrojen atomları çiftler halinde birleşerek hidrojen moleküllerini oluştururlar.
Hidrojenin oksijenle yanması sonucu yaklaşık 2.600°C bir sıcaklık meydana gelir. Hidrojen moleküllerinin bir elektrik arkı ya da akkor bir tungsten teli yardımıyla ayrıştırılması sonucunda oluşan hidrojen atomlarının yeniden birleşmesiyle de 3.400°C üzerinde sıcaklık elde edilir.
Hidrojenin en yaygın doğal izotopu, nötronsuz protiyumdur. Hidrojen pek çok elementle bileşik verebilir, suda ve pek çok organik molekülde bulunur. Suda çözünen moleküller arasındaki asit-baz tepkimelerinde önemli rol oynar.
Schrödinger denkleminin analitik olarak çözülebildiği tek nötral molekül olduğu için, hidrojen atomunun enerji basamakları ve bağ özellikleri kuantum mekaniğinin gelişmesinde önemli rol oynamıştır.
Isı ve patlama enerjisi gerektiren her alanda kullanımı temiz ve kolay olan hidrojenin yakıt olarak kullanıldığı enerji sistemlerinde, atmosfere atılan ürün sadece su veya su buharı olmaktadır.
Hidrojen, petrol yakıtlarına göre ortalama %39 daha verimli bir yakıttır. Hidrojenden enerji elde edilmesi esnasında su buharı dışında çevreyi kirletici ve sera etkisini artırıcı hiçbir gaz ve zararlı kimyasal madde üretimi söz konusu değildir.
Hidrojen Enerjisinin Tarihçesi
Hidrojen 1500’lü yıllarda keşfedilmiş, 1700’lü yıllarda yanabilme özelliğinin farkına varılmış, evrenin en basit ve en çok bulunan elementidir.
- yüzyılda buharın bulunması ile başlayan ve devamında Sanayi Devrimi ile devam eden süreçte insan gücünden ziyade makine gücüne duyulan ihtiyacın artmasıyla beraber enerjiye duyulan ihtiyaç da sürekli olarak artmıştır.
Bu enerji ihtiyacını karşılamak için günümüze kadar odundan kömüre, daha sonraları hidrokarbon kökenli fosil yakıtlara kadar birçok kaynağa başvurulmuştur.
Böylece yaşam standartları, daha üst düzeylere ulaşarak günümüze kadar gelmiştir. Hidrojenin literatürde kendisinden söz ettirmesi 1974 yılında ABD Florida’da bulunan Miami Üniversitesi Temiz Enerji Enstitüsü tarafından düzenlenen “Hidrojen Ekonomisi Miami Konferansı”nda gerçekleştirdiği söylenebilir.
Bu toplantı ile Uluslararası Hidrojen Enerjisi Birliği (IHEA) kurulmuştur. Yakıt olarak hidrojenin uçaklarda kullanılması ilk kez 1956 yılında ABD’de denenmiştir. Bu yıldan sonra hidrojenin yakıt olarak kullanılması için çeşitli motor teknolojileri denenmiştir.
Hidrojen Enerjisi Nerelerde Kullanılır?
Hidrojen enerjisi taşımacılıktan sanayiye, uzay roketlerinden petrol üretimine kadar birçok yerde kullanılmaktadır.
Genellikle;
- Atık ısı ve elektrik depolama,
- Isıtma ve soğutma sistemleri,
- Pompa veya basınçlandırma üniteleri,
- Hidrojen temizleme,
- Deterium ayrımı alanlarında kullanılmaktadır.
Hidrojen ayrıca nakliye kirliliğini azaltmak ve verimliliği artırmak için benzin, etanol ve metanol ile karıştırılabilir. Ayrıca, hidrojen yakıt hücreleri elektrik enerjisine dönüştürülebilir ve doğrudan otomobillerde yakıt olarak kullanılabilir.
Hidrojen Enerjisinin Özellikleri
Hidrojen yeryüzündeki su kaynaklarında bulunabilir. Aynı zamanda atmosferdeki su buharında da bulunan bir elementtir. Suyun aynı zamanda yenilenebilir bir enerji kaynağıdır. Bu nedenle suyla üretilebilen her yakıt yenilenebilir bir enerji kaynağı olarak da düşünülebilir.
Hidrojen Enerjisinin Avantajları
- Hidrojen yenilenebilir enerji kaynakları da dahil olmak üzere herhangi bir enerji kaynağı kullanılarak üretilebilir.
- Hidrojen elektrik kullanılarak üretilebilir ve nispeten yüksek verimle de elektriğe çevrilebilir. Hidrojenin güneş enerjisi ile doğrudan üretim süreçleri de geliştirilmiştir.
- Son kullanımda hidrojen, kullanılacak enerji şekline dönüşürken en yüksek verime sahiptir. Hidrojen fosil yakıtlardan %39 daha verimlidir. Kısaca hidrojen birincil enerji kaynaklarını korur.
- Hidrojen gaz şeklinde (büyük ölçekli depolamada), sıvı şeklinde (hava ve uzay ulaşımında) veya metal hibrit şeklinde (araçlar ve diğer küçük ölçekli depolamada) depolanabilir.
- Hidrojen elektrikten veya güneş enerjisinden üretilirken, taşınırken veya depolanırken ve son olarak kullanım sırasında herhangi bir kirletici üretmez veya çevreye zararlı herhangi bir etkisi yoktur. Hidrojenin yanması veya yakıt hücresinde tüketilmesi sonucu son ürün olarak sadece su üretilir.
Hidrojen Enerjisinin Dezavantajları
- Doğada son derece bol olmasına karşın enerji üretiminde kullanılan hidrojen gazının son derece saf olması gerekir. Saflaştırma işlemi maliyeti artıran en önemli süreçtir. Bu nedenle saf hidrojen üretiminin maliyeti petrol ve doğalgaza göre yaklaşık 4 kat daha yüksektir. İlave olarak, hidrojen ile çalışan yakıt hücreleri içten yanmalı motorlardan 10 kat daha pahalıdır.
- Hidrojen enerjisinden yararlanılırken uygulamada birtakım zorluklarla karşılaşılmaktadır. Örneğin enerjinin üretildiği yakıt hücreleri ve hidrojenin depolandığı tankların hacmi geniş yer kaplamaktadır. Hidrojen petrole göre 4 kat fazla hacim kaplar. Bu sebeple hidrojenin kapladığı hacmi küçültmek için hidrojeni sıvı halde depolamak gereklidir. Bunun için de yüksek basınç ve soğutma işlemine gerek vardır.
Türkiye’de Hidrojen Enerjisi
Türkiye’de hidrojen enerjisi çok yaygın olmamakla birlikte teknolojinin gelişmesi ile birlikte girişimcilerin ve enerji sektöründe yer edinen köklü firmaların ilgisi haline geliyor.
Karadeniz’in altında 100 ile 180 yıllık enerji ihtiyacını karşılayabilecek hidrojen sülfür mevcuttur.
Bakteriyel kaynaklı oluşan ve coğrafi hareketler sonucu miktarı katlanarak artan hidrojen sülfür, basınç sebebiyle suda erimiş halde bulunmaktadır.
Asıl oluşum sebebi ise aşırı kirlenmedir. Karadeniz’e direkt olarak kıyısı bulunan 6 ülke ve akarsularıyla bağlanan toplam 21 ülkenin bu rezervin oluşumuna etkisi büyüktür. Karadeniz’in bir iç deniz olması, su sirkülasyonunun sadece İstanbul Boğazı ile çok az bir düzeyde gerçekleşmesinden dolayı H2S düzeyinde gözle görülür bir azalma yaşanmamaktadır.
Ayrıca Karadeniz’in tuz oranının az olmasının üzerine eklenen toplu balık ölümleri sudaki H2S konsantrasyonunu arttırmaktadır.
Karadeniz’de yüzeye en yakın 60, en derin ise 200 metrede hidrojen sülfüre rastlanmaktadır. Bu sıvı yüksek oranda toksik madde içerir ve ağır bir kokusu vardır.
Genellikle Karadeniz’in dip bölümünde toplanmış olup; bu bölgenin oksijen fakiri oluşu ve balık/canlı yaşamına uygun olmayışının en büyük sebebidir.
H2S’in hidrojen ve kükürt olarak bileşenlerine ayrılması, asıl halinin zararlı etkilerinin azaltılmasını sağlar. H2S’ten hidrojen elde edilmesi sudan hidrojen elde edilmesine göre oldukça ekonomik bir yöntem olup, Dr. Mükemmer Şahin ve ekibi tarafından geliştirilen katalizör ile birlikte diğer enerji türlerine göre maliyetinin daha düşük olduğu ispatlanmıştır.
Yanabilir oluşu, termik santral ve araçlarda kullanıma uygun olması sebepleriyle bir albeniye sahip olsa da afet anında oluşturabileceği muhtemel zararlar kafaları karıştırmaktadır.
Petrolün gitgide azalması ve konvansiyonel yakıtların çevreye verdikleri zararlar göz önüne alındığında son derece ucuz ve çevreci olan bu enerji türünün Türkiye ekonomisine katabileceği katkı paha biçilemez düzeydedir. Karadeniz’in mevcut potansiyeli düşünüldüğünde; Türkiye’nin gelecek 50 yıl içerisinde dünyanın en büyük hidrojen ihracatçılarından biri olabileceğini söylemek hiç de yanlış değildir.
Zonguldak, Samsun, Sinop ve Giresun illerinde fizibilite çalışmaları halen devam etmekte olup kıyıya yakın bölgelere hidrojen eldesi tesisleri kurulması planlanmaktadır.
Japonya’nın 2020, İzlanda’nın ise 2030’da tamamen geçmeyi kabul ettiği, ABD ve AB planlamacılarının çok büyük paralar ayırdığı hidrojen enerjisinin gücü ve potansiyeli kesinlikle göz ardı edilmemelidir.
Türkiye’nin hidrojen enerjisinin gücünün farkında olup, çalışmalarına hem kamu hem de özel sektör olarak devam etmektedir.
Üretim
Dünyadaki hidrojenin büyük bir kısmı denizlerde hapsolmuş durumdadır. Hidrojen, doğal gazın buhar ile yeniden yapılandırılması ya da kısmi oksidasyonu gibi yöntemlerle fosil yakıtlardan da üretilebilirler.
Wang’ın 2002’de ve Kreith’in 2004’te yaptığı çalışmalar, üretim ve dağıtım sırasında açığa çıkan emisyonlar göz önüne alınsa dahi, hidrojenin neden olduğu CO2 çıktısının, içten yanmalı motorların neden olduğu CO2’ten çok daha az olacağını göstermiştir.
Yakıt hidrojenin temelde, sudan yenilenebilir enerjilerle üretilmesi ana ilkedir. Hidrojen üretim yöntemlerinin başında suyun direkt elektrolizi gelir.
Elektroliz için elektrik gereksinimi fosil yakıtlardan, hidroelektrik kaynaktan, nükleer güçten, jeotermal enerjiden, güneş, rüzgar ve deniz dalga enerjilerinden elde olunabilir.
Gelecek için üzerinde en çok durulan yöntem fotovoltaik güneş üreteçlerinin kullanılmasıdır. Hidrojen suyun ısıl parçalanması (termal krakingi) ile de üretilebilmektedir.
Bir diğer hidrojen üretim yöntemi doğal gazın ve gaz hidrokarbonların buhar reformasyonudur. Hidrojen üretimi için ayrıca kömür gazifikasyon yöntemi vardır. Gazifikasyon işlemi kolaylıkla kükürtün elimine edilmesine olanak tanıdığından çekici bulunmaktadır.
Ortalama olarak 6 kg kömürden 3.785 lt benzine eşdeğer 1 kg hidrojen elde edilir. Kömür dünyanın en zengin fosil yakıtıdır. Bilinen kömür yataklarına biçilen güvenilir ömür 200 yıl kadarsa da, bunun 400 yıla uzanabileceği söylenmektedir.
Katı atıklar ve kanalizasyon materyalleri de hidrojen üretimi için hammadde olup, gazifikasyon işlemine bağlı 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 bazı endişeler vardır. Hidrojen üretimi içerisinde hidrojen barındıran su ya da fosil yakıt gibi kaynaklara ihtiyaç duyar.
Fosil yakıtların kullanılması doğal kaynakların tükenmesine ve buna karşın CO2 üretilmesine neden olurken, suyun elektroliz edilmesi için ihtiyaç duyulan enerjinin önemli bir kısmı, yine fosil yakıtların elektrik enerjisine dönüştürülmesi yöntemiyle sağlanmaktadır. Bu açıdan, hidrojen yakıtının, bugün için fosil yakıtlardan tamamen bağımsız ya da hiçbir emisyona neden olmayan bir yöntem olduğunu iddia etmek oldukça güçtür.
Eğer elektrik enerjisi üretimi, kimyasal yöntemlere dayanıyor ise, hidrojeni üretmek için de doğrudan kimyasal yöntemlere başvurulması daha uygundur.
Fakat elektrik enerjisi üretimi, hidroelektrik ya da rüzgar jeneratörleri gibi mekanik yöntemlere dayanıyor ise; hidrojenin suyun elektroliz edilmesi yöntemi ile üretilmesi uygun olabilir.
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) dönüştürme kabiliyetine sahiptir.
Potansiyel olarak prosesin enerji verimi %50 daha fazladır. İhtiyaç duyulan enerjinin bir kısmı ısı ile sağlandığı için kimyasal dönüşüme konu elektrik enerjisi daha az tüketilir. YSE’nin laboratuvar uygulamaları yapılmış olmasına karşın henüz endüstriyel bir uygulaması yoktur.
Çoğunlukla tüketilen elektriğin maliyeti, üretilen hidrojenin fiyatından daha yüksek olduğu için, elektroliz yöntemi hidrojen üretiminde çok küçük bir paya sahiptir.
Depolama Ve Taşıma
Üretilen hidrojen depolanabilmekte, boru hatları ve/veya tankerlerle taşınabilmektedir. Doğal gaz boru hatlarının gelecekte hidrojen taşınması için kullanılabileceği belirtilmektedir.
Hidrojenin depolama yöntemleri; tüplenmiş alçak basınçlı gaz (12 bar) ve yüksek basınçlı gaz (150 bar) dışında 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. Ancak, enerji içeriğinin yüksekliği açısından gaz yerine sıvı hidrojen depolama teknikleri üzerinde durulmaktadır. Hidrojenin hidridlerle depolanması ve taşınması da önemle ele alınmaktadır.
Geliştirilen hidridler; titanyum alaşımları (özellikle demir-titanyum), paladyum alaşımları, zirkonyum alaşımları, titanyum-zirkonyum-vanadyum-nikel alaşımları, titanyum-zirkonyum-vanadyum-demir-krom-mangan alaşımları, magnezyum-nikel alaşımları gibi materyallerle oluşturulmaktadır.
Düşük sıcaklık ve yüksek sıcaklık hidridleri vardır. Demir-titanyum alaşımı düşük sıcaklık hidridi iken, magnezyum-nikel alaşımı yüksek sıcaklık hidrididir. Düşük ve yüksek sıcaklık hidridlerinin kombinasyonu da kullanılmaktadır. Metal hidridler paket olarak taşınmaya uygundur.
Hidrojenin alevsiz yanması için katalitik yakma düzenleri geliştirilmiştir. Hidrojenin katalitik yanması mutfak ocaklarına, fırınlara, su ısıtıcılara ve özel sobalara uygulanmıştır. Yine gösterim amacıyla bu tür beyaz eşya üreten firmalar vardır. Böylece, konutlarda yakıt olarak hidrojen kullanımının önü açılmış bulunmaktadır.
Hidrojenin boru hatları ile evlere kadar ulaştırılması mümkün olup, bu konuda projeler geliştirilmekte ve doğal gaz hatlarından yararlanılması tasarlanmaktadır.
Hidrojen enerjisi alanında çeşitli ülkelerin iş birliği sonucu uluslararası programlar başlatılmıştır.
Avrupa Topluluğu ile Kanada’nın EURO-QUEBEC (hidro-hidrojen) projesi, Norveç ve Almanya’nın NHEG projesi, Almanya ve Suudi Arabistan’ın HY-SOLAR (güneş-hidrojen) Projesi, İskandinav ülkeleri ile Yunanistan’ın iş birliği, Uluslararası Enerji Ajansı (IEA) hidrojen enerjisi projeleri, Birleşmiş Milletler UNIDO-ICHET hidrojen çalışmaları bunlara örnek gösterilebilir. Henüz uygulanmasına girişilememiş olan UNIDO-ICHET Projesi kapsamında, İstanbul’da Hidrojen Enstitüsü kurulması gündemdedir.
Bu çalışmalardan Euro-Québec Hidro-Hidrojen 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, yine Kanada’da sıvı hidrojen (LH2), amonyak (NH3) ve metilsiklohekzan (MCH) biçiminde bağlanarak, Atlantik’ten gemilerle Avrupa’ya taşınacaktır.
Avrupa’da enerji uygulaması ile gaz ve/veya sıvı hidrojene dönüştürülerek konutlarda, termik santrallerde, kent otobüslerinde ve araçlarda, uçaklarda yakıt olarak kullanılacak, ayrıca kimya endüstrisi için toluen üretilecektir.
Enerji ekonomisi analizlerine göre Kanada’daki 100 MW’lık hidrolik güç, Almanya Hamburg’da 74 MW’lık hidrojen gücüne dönüşmüş olacaktır. Bu güçle yılda 614 GWh enerji sağlanacaktır. Proje tesis maliyeti 514,4 milyon dolardır.
Bir teknoloji standartsız kökleşemeyeceği ve tanımlanamayacağı için, hidrojen enerjisi konusunda uluslararası standart çalışmaları yapılmaktadır.
Uluslararası Standartlar Organizasyonu (ISO) tarafından ISO/TC-197 Komitesi oluşturularak, hidrojen enerjisi için uluslararası standartlar çalışmalarına girişilmiştir.
Standart çalışmaları tanımlar, ölçümler, taşıma, emniyet, araçlar, uçaklar, elektro-kimyasal donanımlar, hidridler, çevre ve uygulama alanlarını kapsamaktadır.
Değişik senaryolara göre 2025 yılında dünya genel enerji tüketiminin ulaşacağı düzey 12.000-16.000 Mtep olarak kestirilmektedir. Aynı yılda dünyada 1.500-2.600 Mtep hidrojen enerjisinin kullanılması planlanmaktadır. Böylece, bu raporda göz önüne alınan etüt periyodu (2000-2025 dönemi) sonunda, dünya birincil enerjisinin %9-21 açıklığı arasındaki bir bölümü hidrojene dönüştürülerek kullanılabilecek demektir. Bu oran daha çok %10 olarak öngörülmektedir.
Kuzey Atlantik ülkesi İzlanda, 2050 yılında hidrojen ekonomisine geçmiş olma kararını alan tek ülkedir. Bugün için tüm taşıtlar ve balıkçı filoları için ihtiyaç duyduğu petrolün tamamını ithal eden İzlanda, sahip olduğu jeotermal ve hidroelektrik kaynakları ile hidrokarbon enerji kaynaklarından daha düşük maliyetle elektrik üretebilmektedir.
Hidrojen Enerjisi Ve Türkiye
Türkiye’nin 7. Beş Yıllık Kalkınma Planı Genel Enerji Özel İhtisas 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 kapsamında çalışma başlatılmak istenmişse de, söz konusu işbirliği 1996 yılında kesilmiştir. Birleşmiş Milletler Sınai Kalkınma Örgütü (UNIDO) desteği ile ICHET Projesi kapsamında, İstanbul’da Hidrojen Enstitüsü kurulması konusu gündemdir.
20-22 Kasım 1996 tarihlerinde Viyana’da yapılan 16. UNIDO Endüstriyel Kalkınma Kurulu Toplantısı’nda, UNIDO iş birliği ile Türkiye’de Uluslararası Hidrojen Enerjisi Teknolojileri Merkezi (ICHET) kurulması kararı alınmıştır. Buna göre, 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 oluşturmak, hidrojen teknolojilerinin geliştirilmesini sağlamak ve uygulamalı Ar-Ge çalışmalarını yürütmektir.
ICHET’in işlevi; kısa ve uzun dönemli eğitim vermek, bilimsel toplantılar düzenlemek, danışmanlık hizmetleri sunmak ve benzeri kuruluşlarla iş birliği oluşturmak biçiminde belirlenmiştir.
Merkezin çalışma konuları; hidrojen enerjisi politikaları, hidrojen ekonomisi, enerji ve çevre, hidrojen üretim teknolojileri, hidrojen depolama teknikleri, hidrojen uygulamaları ve demonstrasyonlar olacaktır.
Türkiye, ilk beş yıllık dönem için arazi, tesis, ilk yatırım ekipmanı ve işletme faaliyetlerini finanse etmek üzere, 40 milyon dolar verecektir. ICHET Projesi Türkiye’nin hidrojen çağına tutarlı biçimde adım atmasını sağlayacak, Türkiye’ye avantaj kazandıracak önemli bir girişimdir.
TÜBİTAK-TTGV Bilim Teknoloji-Sanayi Tartışmaları Platformu tarafından yapılan çalışma ile 1998 yılında tamamlanan Enerji Teknolojileri Politikası Çalışma Grubu Raporu’nda, hidrojen enerjisinin önemi ve yapılması gerekenler sıralanmıştır.
Hidrojen enerjisi ile ilgili çalışmaların Ar-Ge alanları arasında yer alması gerektiği belirtilmiştir.
Hidrojen programlarının esas itibarı ile uzun döneme yönelik olduğu vurgulanmakla birlikte, mevcut enerji alt yapısıyla kısa dönemli uygulamalar üzerinde durulması, ICHET’in kurulması için başlatılmış olan çalışmaların hızla olumlu sonuca götürülmesi istenmiştir. Rapor, Bilim ve Teknoloji Yüksek Kurulu tarafından uygun bulunarak, başbakanlık kanalıyla Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı’na sunulmuştur.
Türkiye’de hidrojen yakıtı üretiminde kullanılabilecek olası kaynaklar; hidrolik enerji, güneş enerjisi, rüzgar enerjisi, deniz-dalga enerjisi, jeotermal enerji ve adım atılması gereken 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 m3 sudan 108,7 kg hidrojen elde olunabilir ki 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 metre derinlikte 8 ml.lt-1 olan H2S konsantrasyonu, tabanda 13.5 ml.lt-1 düzeyine ulaşmaktadır. Elektroliz reaktörü ve oksidasyon reaktörü gibi iki reaktör kullanılarak, H2S’den hidrojen üretimi konusunda yapılmış teknolojik çalışmalar vardır. Bu konuda yapılmış bir diğer 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 enerji-ekonomi verilerine göre, 1995-2095 arasında güneş-hidrojen sistemi ile yapılabilecek yakıt üretimi ve bunun fosil yakıtlarla rekabet olanağı, özel bir simülasyon modeli kapsamında bilgisayar çözümleri ile araştırılmıştır.
Bu ulusal modelde, hidrojen üretiminin artışı için yavaş ve hızlı olmak üzere iki ayrı seçenek alınmıştır. Her iki seçenekte de 2010-2015 döneminde hidrojen enerjisi maliyetinin fosil enerji maliyetinin altına düşebileceği, ancak yapılabilecek yerli hidrojen üretiminin 2,3 Mtep’in altında kalacağı görülmüştür.
2020-2025 döneminde yerli hidrojen üretiminin 10 Mtep’in üzerine çıkabileceği, 2015 yılından sonra fosil yakıt dışalımını azaltıcı etki yapacağı bulgulanmıştır. Giderek sağlanacak hidrojen üretimi artışıyla, yerli petrol, doğal gaz ve kömür üretiminin sıfırlanabileceği 2065 yılında, yaklaşık 290 Mtep hidrojen üretilebileceği görülmüştür.
Hidrojen üretimine bağlı biçimde ulusal kazancın artacağı saptanmıştır. Model bulguları, diğer bazı ülkeler ve dünya geneli için yapılmış benzer çalışmalara koşut durumdadır.
ABD’nin Enerji Departmanı tarafından, 2025 yılında Amerika’nın toplam enerji tüketiminin %10’unun hidrojenle karşılanması ve böylece petrol dışalımının yarı yarıya azaltılmasının hedeflediği göz önüne alınırsa, Türkiye için yapılmış simülasyon modeli çalışmasının bir abartma olmadığı anlaşılır. Kuşkusuz, bu bir bilimsel senaryo olup, gerçekleşmesi koşullara ve alınacak önlemlere bağlıdır. Modelin verdiği en önemli sonuç hidrojenin Türkiye için umut olabileceğidir.
Hidrojen Enerjisine Geçmenin Türkiye’ye Faydaları
- Petrol, doğalgaz ve kömür için sarf ettiğimiz döviz miktarları giderek düşecek, neticede bütün yakıt ihtiyacımızı kendi birincil enerji kaynaklarımızla sağlamış olacağız. Fosil yakıt ithal etmek mecburiyetinden kurtulacağız.
- Hidrojen enerjisi teknolojileri Türkiye’ye girecek, bazılarını Türk mühendisleri yaratacak ve bu konuda bilgi birikimi olacaktır.
- Yeni iş sahaları açılacak, hem tarımda ve hem de sanayide istihdam yaratılacaktır.
- Türkiye ürettiği fazla hidrojeni Avrupa’ya satıp döviz kazanacaktır.
- Küresel ısınmanın, hava kirliliğinin ve asit yağmurlarının getirdiği zararlar ortadan kalkacak, Türkiye temiz çevreye kavuşacaktır.
- Türkiye, Kyoto Protokolü kurallarına uymuş olacaktır.
- Türkiye, teknoloji ihraç eden bir memleket olacak, kalkınmasını hızlandıracak ve çağdaş uygarlığa erişecektir.
Hidrojen, enerji geçişinin önemli bir dayanak noktası olarak güçlü bir ivme kazanıyor. Düzenleyicilerin, yatırımcıların ve tüketicilerin karbondan arındırmaya doğru küresel bir yönelimi ile desteklenen hidrojen (H2), benzeri görülmemiş bir ilgi ve yatırım alıyor.
2021’in başında 30’dan fazla ülke hidrojen yol haritası yayınladı, endüstri 200’den fazla hidrojen projesi ve iddialı yatırım planları duyurdu ve dünya çapında hükümetler 70 milyar dolardan fazla kamu finansmanı taahhüt etti.
Bu ivme, tüm değer zinciri boyunca mevcuttur ve hidrojen üretimi, iletimi, dağıtımı, perakende ve son uygulamalar için maliyet düşüşlerini hızlandırmaktadır.
Açıklanan hidrojen yatırımları, hükümetin taahhütlerine cevap olarak hızla arttı. Derin karbondan arındırma için şu anda değer zincirinde 200’den fazla hidrojen projesi var, küresel projelerin %85’i Avrupa, Asya ve Avustralya’dan geliyor ve Amerika, Orta Doğu ve Kuzey Afrika’daki faaliyetler de hızlanıyor.
Tüm projeler sonuçlanırsa, 2030 yılına kadar hidrojen alanında toplam yatırımlar 300 milyar doları aşacak (küresel enerji finansmanının %1,4’üne eşdeğer). Ancak, bu yatırımın yalnızca 80 milyar dolarlık kısmı şu anda “olgun” olarak kabul edilebilir.
Şirket düzeyinde, Hidrojen Konseyi üyeleri 2025’e kadar toplam hidrojen yatırımlarında altı kat, 2030’a kadar 16 kat artış planlıyorlar. Doğru regülasyon çerçevesi ile büyütülmesi durumunda, temiz hidrojen maliyetleri beklenenden daha hızlı düşebilir. Bu maliyetler saf üretim maliyetlerini yansıtır ve yenilenebilir hidrojen için özel bir yenilenebilir ve elektroliz sistemi varsaymaktadır.
Yenilenebilir hidrojenin ölçekte yayılması, giga ölçekli hidrojen üretim projelerinin geliştirilmesini gerektirecektir. Amaca yönelik olarak inşa edilmiş yenilenebilir enerjilere sahip bu tür projeler, karada rüzgar ve güneş fotovoltaiklerinden (PV) birleşik bir tedarik gibi birden fazla yenilenebilir kaynağı birleştirerek ve elektrolizör kapasitesine karşı aşırı yenilenebilir enerji tedariki oluşturarak kullanımı artırabilir.
Kombinasyon halinde, tahminler, yenilenebilir hidrojen üretim maliyetlerinin 2030 yılına kadar kilogram (kg) başına 1,4 ile 2,3 dolara düşebileceğini göstermektedir (aralık, optimum ve ortalama bölgeler arasındaki farklardan kaynaklanmaktadır).
Bu, yeni yenilenebilir ve gri hidrojen arzının 2028 yılına kadar en iyi bölgelerde ve ortalama bölgelerde 2032 ile 2034 arasında maliyet paritesine ulaşabileceği anlamına geliyor.
Almanya Federal Meclisi, 10 Haziran 2020’de kabul ettiği Ulusal Hidrojen Stratejisi ile enerjide önemli bir dönüşüm sürecini başlattı. Strateji çerçevesinde, hidrojen teknolojileri için 7 milyar euro, bu alandaki uluslararası Almanya Federal Meclisi, 10 Haziran 2020’de kabul ettiği Ulusal Hidrojen Stratejisi ile enerjide önemli bir dönüşüm sürecini başlattı. Strateji çerçevesinde, hidrojen teknolojileri için 7 milyar euro, bu alandaki uluslararası partnerlikler için ise 2 milyar euro bütçe ayırdı.
Almanya’nın hidrojen politikasının temelinde güneş ve rüzgar gibi yenilenebilir enerji kaynaklarından üretilebilen “yeşil hidrojen” var. Türkiye ise hem güneş enerjisi hem de rüzgar enerjisi santrallerinde hızla büyüyor.
Toplam elektrik kurulu gücünde, rüzgar enerjisinin payını %10’a, güneş enerjisinin payını % 7,5’e yükseltti. Bu alandaki hızlı büyüme, yeşil hidrojen üretme potansiyelini de artırıyor.
Yenilenebilir enerji ve sıfır emisyonla üretilen hidrojene yeşil hidrojen deniliyor. Güneş panelleri gibi yenilenebilir enerji altyapı maliyetleri düştükçe yeşil hidrojenin geleceğin enerji kaynakları arasında yer alması bekleniyor. Araştırmalara göre, ABD’deki hidrojen talebi bugünkü 10 milyon’dan 22 ile 41 milyon metrik tona kadar çıkabilir.
Nihayet maliyetlerin düşüşü, teknolojik gelişmeler ve sürdürülebilirliğe yönelik itici gücün bir araya gelmesiyle hidrojen teknolojisinin gelişmesi ve toplamda 2050’ye kadar 11 trilyon dolarlık pazar büyüklüğüne ulaşması bekleniyor.
Türkiye olarak; globalde bu pazarın en büyük oyuncusu olmak hiç de hayal değil. Yeter ki kamu ve özel sektör, yeterince yatırım ile Ar-Ge’yi de ön plana alsın. Türkiye böylece hidrojen enerjisi konusunda lider ülke olabilir.
Kaynakça
1-) Hidrojen Ekonomisi
https://tr.wikipedia.org/wiki/Hidrojen_ekonomisi
2-) Hidrojen Enerjisi Bilgilendirme Notu
https://www.tskb.com.tr/uploads/file/hidrojen-enerjisi-bilgilendirme-notu-120721.pdf
3-) Sürdürülebilir Kalkınma Ve Hidrojen Enerjisi
https://dergipark.org.tr/tr/download/article-file/186846
4-) Hidrojen Enerjisi Nedir
https://www.enerjiportali.com/hidrojen-enerjisi-nedir/
5-) Türk-Alman işbirliğinde yeni fırsat hidrojen
https://www.itohaber.com/haber/guncel/218134/turk-alman_isbirliginde_yeni_firsat_hidrojen.html
6-) Ideaport’un “Enerji Depolama Teknolojileri: Hidrojen Enerjisi” çalışma çıktısı yayınlandı
https://temizenerji.org/2022/04/07/ideaportun-enerji-depolama-teknolojileri-hidrojen-enerjisi-calisma-ciktisi-yayinlandi/
7-) Hidrojen İç Görüleri Raporu
https://www.dunyaenerji.org.tr/hidrojen-ic-goruleri-raporu/
