Hidrojen Ekonomisi Hakkında Bilgi
Hidrojen Ekonomisi Hakkında Hidrojen Ekonomisi Hakkında Bilgi Hidrojen Ekonomi
Hidrojen ekonomisi, taşıtların ve elektrik dağıtım şebekesinin dengelenmesi icin ihtiyac duyulan enerjinin, hidrojen (H2) olarak depolandığı, varsayılan bir gelecek ekonomisidir
Mevcut HIDROJEN Pazarı
Hidrojen uretimi oldukca geniş ve buyuyen bir endustridir Tum dunyada, 2004 yılında uretilen toplam hidrojen 50 milyon tondur ve bu uretilen hidrojenin petrol cinsinden karşılığı 170 milyon ton yapar Yıllık buyume miktarı yaklaşık %10 civarındadır Amerika Birleşik Devletlerinde, 2004 yılında yaklaşık 11 milyon ton uretim gercekleştirilmiştir ve bu değerin enerji cinsinden karşılığı 48 gigawatt ’tır (karşılaştırılacak olursa, 2003 yılındaki ortalama elektrik uretimi 442 gigawatt ’tır) Hidrojenin depolanması ve nakledilmesi oldukca pahalı olduğu icin, uretimin buyuk coğunluğu bolgesel olarak gercekleşmiş ve genellikle uretici firma tarafından hemen tuketilmiştir 2005 itibarıyla, tum dunyada, bir yıl icerisinde uretilen hidrojenin ekonomik değeri 135 milyar ABD doları ’dır
Hidrojen, sentetik bir enerji taşıyıcısı Uretim kaynakları son derece bol ve ceşitli Bunların en başta gelenleri su, komur ve doğalgaz Hidrojen, bilinen tum yakıtlar icerisinde birim ağırlık başına en yuksek enerji iceriğine sahip (120,000 kJkg) Sıvı haline donuşturulduğunde gaz halindeki hacminin sadece 1700'unu kaplıyor Saf oksijenle yandığında sadece su ve ısı acığa cıkarıyor Hava ile yandığında ise azot oksitler acığa cıksa da diğer yakıtlara gore kirliliği son derece az Dunyada uretilen hidrojenin cok buyuk bir bolumu, metanın su buharı ile katalitik olarak oksidasyonu yontemi ile doğal gazdan elde edilmekte Doğal gazın yanı sıra diğer hidrokarbon yakıtlardan da (metanol, LPG, Nafta, Benzin) su buharı ile katalitik olarak hidrojen uretilebilmekte 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 uretilebilmekte
Bugun hidrojenin kullanımının iki temel nedeni vardır Tum tuketimin yaklaşık yarısı haber prosesi yardımı ile amonyum (NH3) uretmek icin yapılır Dunya nufusu arttıkca, onu desteklemek icin artmak zorunda olan tarım, amonyuma duyulan talebi surekli buyutmektedir Hidrojen tuketiminin diğer yarısı ise, ağır petrol kaynaklarını, yakıt olarak kullanılabilecek daha hafif turevlere donuşturmek icin gercekleştirilir Artan petrol fiyatları petrol şirketlerini katran gibi fakir maddelerden yakıt elde etmek icin daha da cesaretlendirerek, hidrojen tuketiminde ilk uygulamaya gore daha da yuksek bir buyumeye neden olmuştur
Eğer hidrojen uretimi icin ihtiyac duyulan enerji, ruzgar, guneş ya da nukleer santrallerden kolay ve ekonomik bir şekilde elde edilebilseydi, hidrojenin hidrokarbon yakıt elde etmek uzere kullanılması, toplam hidrojen tuketimini orneğin ABD icin 5 ila 10 kat kadar artırabilirdi Bugun ABD ’de bu amacla hidrojen tuketimi yaklaşık yılda 4 milyon tondur ABD icin yıllık 377 milyon ton hidrojenin, petrolde dışa bağımlılığı kaldıracak miktarda, komurden donuşturulmuş sıvı yakıt elde etmek icin yeterli olacağı sanılmaktadır 1 Ancak komurun sıvı yakıta donuşturulmesi dışa bağımlılığı azaltmakla birlikte sera gazı etkisi sorununa cozum uretmemektedir
Gunumuzde hidrojen uretiminin %48 ’i doğal gazdan, %30 ’u ham petrolden, %18 ’i komurden ve %4 ’u suyun elektroliz yolu ile ayrıştırılmasıyla uretilmektedir
Buyuyen pazar ve hızla artan fiyatlar hidrojenin daha ekonomik yontemlerle uretilmesi konusunda ilgi yaratmıştır Buyuyen hidrojen pazarının analizine dair bakınız
Ongorulen merkezi HIDROJEN Kaynakları
Onumuzdeki 3040 yıllık donemde Cin, Hindistan gibi yukselen ekonomilerin hızla artan talebiyle birlikte petrolun fiyatının bugunku fiyatını duzeyini bekleniyor Petrolun bugunku ve gelecekte ongorulen durumu, ithalat bağımlılığı, fosil yakıtların yarattığı karbondioksit emisyonları ve Kyoto Sozleşmesinin emisyonlara getirdiği sınırlamalar hidrojenin hazır ve sınırsız bir alternatif olarak nitelendirilmesine neden oluyor Şu anki problem fiyat ve altyapı maliyetleri Bu nedenle de petrole bağlı enerji sektorunun donuşumunun sağlanmasında ozel sektor kadar destekleyici hukumet politikaları da kilit rol oynayacak
Hidrojen ekonomisinde, hidrojen gazı uretmek icin, temel enerji kaynakları ile biyokutleler kullanılır Petrol, komur, doğal gaz gibi fosil yakıtların dışında kalan enerji kaynakları, fosil yakıtlara gore cok daha duşuk sera gazı emisyonlarına sahiptirler Yuksek verimlilikli hidrojen jeneratorlerinin urettiği gazın, doğal gaz dağıtım şebekesine benzer bir sistemle dağıtılması beklenir Ancak doğal gaza gore aşılması gereken zorluklar vardır Orneğin hidrojenin contalardan daha kolay sızabilmesi ya da dağıtım borularında catlaklara neden olur Hali hazırda geniş doğal gaz dağıtım şebekesi uzerinde kurulu kojenerasyon tesisleri sağladıkları elektrik donuşumu ile yukarıda bahsedilen sisteme benzerlik gosterirler
Tam bir hidrojen ekonomisinde, ruzgar ya da hidroelektrik tesislerinin urettiği enerjinin tamamı elektrik şebekesine verilmeyerek, bir kısmı ile hidrojen uretilir Nukleer enerji tesislerinin bir cıktısı olan ısı enerjisi, elektroliz sıcaklığını arttırmak şeklinde verimliliğe katkısı bulunacaktır
Yakıt hucreleri
Hidrojen ekonomisinin ozunde, kimyasal enerjiyi harekete ya da elektrik enerjisine donuşturmek icin, icten yanmalı motorların ve turbinlerin yerine yakıt hucrelerinin kullanımı vardır Bu değişimin altında yatan beklenti, yakıt hucrelerinin elektrokimyasal oluşu ve yanmalı motorlara gore cok yuksek verimliliğe sahip olmasıdır Tum yakıt hucreleri saf hidrojeni kullanabilirken, bazı yakıt hucreleri hidrokarbon yakıtları da kullanabiliriler
Hali hazırda yakıt hucreleri oldukca pahalıdır, ancak yapılan araştırma ve geliştirmeler, yakıt hucrelerinin maliyetlerini duşurmeyi surdurmektedir Yakıt hucrelerinin maliyeti icten yanmalı motorlar ve turbinlerle yaklaştığı zaman, verimlilikten sağlanacak her bir kuruşun cok onemli olduğu elektrik enerji santralleri başta olmak uzere kullanımları pek cok alanda hızla yaygınlaşacaktır
Hidrojene duyulan ilginin buyuk bir kısmı, yakıt hucrelerinin otomobillerde kullanılması fikrinden kaynaklanmaktadır Yakıt hucreleri, icten yanmalı motorlara gore daha sessiz calışırlar, daha iyi gucağırlık oranına, cok daha yuksek verimliliğe ve teorik olarak sıfır emisyona (hidrojen uretimi sırasında kullanılan yontemler emisyona neden olabilirler) sahiptirler Hidrojenin depolanmasındaki zorluklara ve yakıt hucrelerinin yuksek maliyetlerine karşı cozumler uretildikce, gelişmiş hibrid (yakıt hucresi ve aku kombinasyonlu) otomobillerin de kullanımı yaygınlaşacaktır
Hidrojen enerjisinin global olarak kullanılacağı asıl buyuk pazar ise otomotiv; ulaşım sektoru 1990 ’ların ortalarından itibaren benzin ve yakıt pili ile birlikte calışan melez (hibrid) araclar geliştirilirken, yakıt pilinin beslenmesinde yakıt kaynağı olarak hidrojen kullanılıyor Hidrojenin uretilmesinin ucuz hale gelmesi ile birlikte yaygınlaşacak olan bu araclar son tuketiciler icin de petrol yakıtlarına oranla cok daha ucuz ve ikiuc kat daha verimli hale gelecek Bu alanda da bugune kadar yapılan calışmalar, hidrojenle calışan yakıt pilli aracların uretilmesi, bu alanda buyuk bir rekabetin başlayacağını gosteriyor Enerji ve otomotiv yavaş yol alınan sektorler olduğu icin şu an hibrid (melez) otomotivlerle başlayan donuşum sureci aracların 5 6 jenerasyonlarının uretilmesi ile hidrojenle veya başka kaynaklarla calışan yakıt pilli aracların tamamen piyasada olması ile tamamlanacak ABD Kaliforniya Eyaleti hidrojenli aracları teşvik etmek amacıyla 2019 yılına kadar tamamında hidrojen istasyonlarının yer aldığı bir otoyol ağı kurmayı amaclıyor 2030 yılında karma yakıtlı aracların otomotiv sektorunde payının artacağı, 2040 yılında da buyuk oranda yakıt pilli aracların sektorde yer alacağı tahmin ediliyor
HAYATA GECIRILMESI
Uretim
Dunyadaki hidrojenin buyuk bir kısmı denizlerde hapsolmuş durumdadır
Hidrojen, doğal gazın buhar ile yeniden yapılandırılması ya da kısmi oksidasyonu gibi yontemlerle fosil yakıtlardan da uretilebilirler Wang ’ın 2002 ’de ve Kreith ’in 2004 ’te yaptığı calışmalar, uretim ve dağıtım sırasında acığa cıkan emisyonlar goz onune alınsa dahi, hidrojenin neden olduğu CO2 cıktısının, icten yanmalı motorların neden olduğu CO2 ’ten cok daha az olacağını gostermiştir
Yakıt hidrojenin temelde, sudan yenilenebilir enerjilerle uretilmesi ana ilkedir Hidrojen uretim yontemlerinin başında suyun direkt elektrolizi gelir Elektroliz icin elektrik gereksinimi fosil yakıtlardan, hidroelektrik kaynaktan, nukleer gucten, jeotermal enerjiden, guneş, ruzgar ve deniz dalga enerjilerinden elde olunabilir Gelecek icin uzerinde encok durulan yontem fotovoltaik guneş ureteclerinin kullanılmasıdır Hidrojen suyun ısıl parcalanması (termal krakingi) ile de uretilebilmektedir Bir diğer hidrojen uretim yontemi doğal gazın ve gaz hidrokarbonların buhar reformasyonudur
Hidrojen uretimi icin ayrıca komur gazifikasyon yontemi vardır Gazifikasyon işlemi kolaylıkla kukurtun elimine edilmesine olanak tanıdığından cekici bulunmaktadır Ortalama olarak 6 kg komurden 3785 lt benzine eşdeğer 1 kg hidrojen elde olunur Komur dunyanın en zengin fosil yakıtıdır Bilinen komur yataklarına bicilen guvenilir omur 200 yıl kadarsa da, bunun 400 yıla uzanabileceği soylenmektedir Katı atıklar ve kanalizasyon materyalleri de hidrojen uretimi icin hammadde olup, gazifikasyon işlemine bağlı olarak, sentez gazının hava veya oksijenle reformasyonu hidrojen vermektedir Termokimyasal cevrimlerle sudan, fotokimyasal işlemle organometalik bileşikler veya enzim su karışımından hidrojen uretilebilir
Hidrojen uretimi sırasında tuketilen enerji miktarı hakkında bazı endişeler vardır Hidrojen uretimi icerisinde hidrojen barındıran su ya da fosil yakıt gibi kaynaklara ihtiyac duyar Fosil yakıtların kullanılması doğal kaynakların tukenmesine ve buna karşın CO2 uretilmesine neden olurken, suyun elektroliz edilmesi icin ihtiyac duyulan enerjinin onemli bir kısmı, yine fosil yakıtların elektrik enerjisine donuşturulmesi yontemiyle sağlanmaktadır Bu acıdan, hidrojen yakıtının, bugun icin fosil yakıtlardan tamamen bağımsız ya da hicbir emisyona neden olmayan bir yontem olduğunu iddia etmek oldukca guctur
Eğer elektrik enerjisi uretimi, kimyasal yontemlere dayanıyor ise, hidrojeni uretmek icin de doğrudan kimyasal yontemlere başvurulması daha uygundur Fakat elektrik enerjisi uretimi, hidroelektrik ya da ruzgar jeneratorleri gibi mekanik yontemlere dayanıyor ise, hidrojenin suyun elektroliz edilmesi yontemi ile uretilmesi uygun olabilir Coğunlukla tuketilen elektriğin maliyeti, uretilen hidrojenin fiyatından daha yuksek olduğu icin, elektroliz yontemi hidrojen uretiminde cok kucuk bir paya sahiptir
Eğer elektrik enerjisi uretimi, ısı (nukleer ya da guneş) enerjisi yontemine dayanıyor ise, hidrojen uretmek icin en uygun yontem yuksek sıcaklıklı elektrolizdir Duşuk sıcaklıklı elektrolizden farklı olarak suyun yuksek sıcaklıklı elektrolizi (YSE) başlangıctaki ısı enerjisinin onemli bir kısmını kimyasal enerjiye (hidrojen) donuşturme kabiliyetine sahiptir Potansiyel olarak prosesin enerji verimi %50 daha fazladır İhtiyac duyulan enerjinin bir kısmı ısı ile sağlandığı icin kimyasal donuşume konu elektrik enerjisi daha az tuketilir YSE ’nin laboratuar uygulamaları yapılmış olmasına karşın henuz endustriyel bir uygulaması yoktur
Depolama ve taşıma
Uretilen hidrojen depolanabilmekte, boru hatları veveya tankerlerle taşınabilmektedir Doğal gaz boru hatlarının gelecekte hidrojen taşınması icin kullanılabileceği belirtilmektedir Hidrojenin depolama yontemleri; tuplenmiş alcak basınclı gaz (12 bar) ve yuksek basınclı gaz (150 bar) dışında sıvılaştırılmış bicimde, kriyojenik (dondurulmuş) tanklarda (220 kPa) ve metalik hidrid biciminde olabilmektedir Hidrojen gaz biciminde boru hatlarıyla taşınabildiği gibi, yuksek basınclı gaz ve sıvılaştırılmış bicimde tankerlerle taşınabilmektedir Gaz hidrojenin zeolit ortamlarda depolanması calışmaları vardır Ancak, enerji iceriğinin yuksekliği acısından gaz yerine sıvı hidrojen depolama teknikleri uzerinde durulmaktadır
Hidrojenin hidridlerle depolanması ve taşınması da onemle ele alınmaktadır Geliştirilen hidridler; titanyum alaşımları (ozellikle demirtitanyum), palladyum alaşımları, zirkonyum alaşımları, titanyumzirkonyumvanadyumnikel alaşımları, titanyumzirkonyumvanadyumdemirkrommangan alaşımları, mağnezyumnikel alaşımları vs gibi materyallerle oluşturulmaktadır Duşuk sıcaklık ve yuksek sıcaklık hidridleri vardır Demirtitanyum alaşımı duşuk sıcaklık hidridi iken, mağnezyumnikel alaşımı yuksek sıcaklık hidrididir Duşuk ve yuksek sıcaklık hidridlerinin kombinasyonu da kullanılmaktadır Metal hidridler paket olarak taşınmaya uygundur
Maliyet
Yakıtların ekonomik kıyaslaması efektif maliyete gore yapılır Efektif maliyet ise cıplak maliyet ve cevre zararlarını iceren maliyet ile kullanım veriminin fonksiyonudur İc maliyet de denilen cıplak maliyet, alışılagelmiş gorunur maliyettir Cevre zararlarını iceren dış maliyet ise yeni bir kavramdır Burada yakıtın birim miktarının cevrede oluşturduğu maddi zarar anlaşılmaktadır 1990 ABD verileri ile fosil yakıt, komursentetik ve guneş hidrojen sistemlerinin efektif maliyetleri Tablo 124'de gosterilmiştir Efektif maliyete gore hesaplanan ekonomiklik faktoru hidrojende 1 iken doğal gaz dışındaki fosil yakıtlarda 037061 arasında değişmekte olup, hidrojenden daha az ekonomiktirler Ancak, doğal gazın ekonomiklik faktoru bugun icin hidrojenden yuksektir
Yukarıda acıklandığı gibi, temelde efektif maliyet onemli olmakla birlikte, gunumuzde maliyet karşılaştırmaları, daha cok ic ya da cıplak maliyetle yapılmaktadır Bu nedenle, yalnız ic maliyet acısından bakıldığında, en ucuz hidrojen uretimi komurden sağlanmakta, onu hidrohidrojen izlemektedir En duşuk hidrojen maliyeti, ulaştırma sektoru icin benzinden ucuz olabilmektedir Dış maliyet, yani cevre maliyeti gozonune alınmaksızın hidrojen endustri, konut ve elektrik sektorlerinde doğal gazdan 1537, petrol urunlerinden 1335 ve komurden 4758 kat daha pahalı gorunmektedir Ancak, yakıt hidrojenin kutlesel uretimi yapılmadığından bu karşılaştırmalar goreceli kalmaktadır
* Yeşil yakıtlar Bitkilerden elde edilen, etanol, biyodizel gibi biyoyakıtların kullanımı ekonomideki kucuk değişikliklerle gercekleştirilebilir Bunla birlikte, kayda değer miktarda petrol tuketiminin yerini alabilmesi icin, cok geniş tarım alanlarına ihtiyac duyulduğundan, butun ulkeler icin uygun bir cozum olmayabilir
* Sera gazınotr alkol Hidrojen ekonomisinde hidrojen, tamamıyla elektrikli olmayan araclarda kullanılmak uzere, yenilenebilir bir enerji kaynağı olarak elde edilir Hidrojene diğer bir teorik alternatif ise, hidrojen ve karbondioksitin birlikte kullanılarak, etanol ya da metanol gibi sıvı bir yakıta donuşturulmesidir Hidrojeni, uretildiği tesisten taşımak yerine, aynı tesiste diğer sıvı yakıtlara donuşturerek, mevcut dağıtım ağında taşınması ve kullanılması sağlanabilir Boylece hidrojen gazının taşınması ve depolanması ile ilgili zorluklar aşılırken, karbondioksit gazının tuketilmesi ile ilgili endustriyel bir alternatif yaratarak, sera gazlarının azaltılması ile ilgili onemli bir adım atılabilir
Cevresel kaygılar
Yakıtın zehirliliği, yanma urunlerinin zehirliliği, diffuzyon katsayısı, ateşleme enerjisi, patlama enerjisi, alev emissivitesi gibi faktorlere gore yapılan emniyet değerlendirmesi acısından, hidrojen en emniyetli yakıttır Hidrojenin emniyet faktoru 1 iken, benzinde 053 ve metanda 080 olmaktadır Kısacası benzin ve doğal gaz hidrojene gore tehlikeli yakıtlardır Hidrojenin benzin ve metana gore yanma tehlikesi daha azdır
Yakıtlar icin onemli olan bir ozellik de cevresel uygunluktur Fosil yakıt kullanımının hava kalitesi, insanlar, hayvanlar, plantasyonlar ve ormanlar, akuatik ekosistemler, insan yapısı yapılar, acık madencilik, iklim değişikliği, deniz seviyesi yukselmesi uzerindeki olumsuz etkilerinden kaynaklanan cevre zararları dunya genelinde, 1990 verileriyle; komur icin 98 ABD $GJ, petrol icin 85 ABD $GJ ve doğal gaz icin 56 ABD$GJ olarak saptanmıştır
Cevresel zarar ve cevresel uygunluk faktoru icin fosil yakıt sistemi, komursentetik yakıt sistemi ve guneşhidrojen sistemi (guneş PV panellerinden sağlanacak enerji ie hidrojen uretim sistemi), bu verilerin ışığında karşılaştırılmıştır Karşılaştırma sonucları Tablo 122'de yer almaktadır Guneşhidrojen uretim sisteminde cevresel zarar 046 ABD $GJ gibi yok denecek duzeye duşmekte ve cevresel uygunluk faktoru ust sınıra cıkarak 1 olmaktadır
Kullanımındaki tehlikeler
Hidrojen, basında nispeten tehlikeli bir gaz olarak tanıtılmıştır ve gercekte de hidrojen hava karşımı diğer gazlardan daha patlayıcıyanıcı ozelliğe sahiptir Hidrojen gazı depolandığı tanktan sızabilir ve bir catlak olması durumunda cok hızlı boşalır Hidrojen alevi zor gorulur ve hidrojen yangınıyla mucadele etmek de oldukca zordur En cok bilinen hidrojen yangını LZ 129 Hindenburg felaketidir Yolcuların 23 ile murettebat kurtulmuş, olenlerin buyuk coğunluğu atlayanlar olmuştur
Ornekler ve Pilot Uygulamalar
Hidrojenin taşımacılık amacıyla dağıtımı İzlanda, Almanya, Kaliforniya, Japonya ve Kanada ’da test edilmektedir
Yakıt pilli elektrik santralları yuksek enerji verimlerinin yanı sıra, cok az yer kaplamaktadırlar Orneğin 2 MW'lık yakıt pilli santralın kapsadığı alan 20 m2 den az olmaktadır Buyuk yer kapsayan konvansiyonel santralların yerleşim birimlerinden belli uzaklıkta kurulması ve elektrik iletimi sorunu, geleceğin yakıt pilli elektrik santralları ile cozume kavuşacak gorunmektedir Gelecekte tuketicilerin bulundukları yerin yakınına kurulacak yakıt pilli santrallarla iletim ve dağıtım kayıpları olmaksızın gereksinimler karşılanabilecektir
Hidrojenin alevsiz yanması icin katalitik yakma duzenleri geliştirilmiştir Hidrojenin katalitik yanması mutfak ocaklarına, fırınlara, su ısıtıcılara ve ozel sobalara uygulanmıştır Yine gosterim amacıyla bu tur beyaz eşya ureten firmalar vardır Boylece, konutlarda yakıt olarak hidrojen kullanımının onu acılmış bulunmaktadır Hidrojenin boru hatları ile evlere kadar ulaştırılması olanaklı olup, bu konuda projeler geliştirilmekte ve doğal gaz hatlarından yararlanılması tasarlanmaktadır Hidrojen enerjisi alanında ceşitli ulkelerin işbirliği sonucu uluslararası programlar başlatılmıştır Avrupa Topluluğu ile Kanada'nın EUROQUEBEC (hidrohidrojen) projesi, Norvec ve Almanya'nın NHEG projesi, Almanya ve Suudi Arabistan'ın HYSOLAR (guneşhidrojen) Projesi, İskandinav ulkeleri ile Yunanistan'ın işbirliği, Uluslararası Enerji Ajansı (IEA) hidrojen enerjisi projeleri, Birleşmiş Milletler UNIDOICHET hidrojen calışmaları bunlara ornek gosterilebilir Henuz uygulanmasına girişilememiş olan UNIDOICHET projesi kapsamında, İstanbul'da Hidrojen Enstitusu kurulması gundemdedir
Bu calışmalardan EuroQuébec HidroHidrojen Pilot Projesi (EQHHPP) 100 MW'lık bir kapasitededir Bu proje ile Kanada'da hidrolik kaynaktan elde olunacak elektrik enerjisi suyun elektrolizinde kullanılacak, uretilecek gaz hidrojen, yine Kanada'da sıvı hidrojen (LH2), amonyak (NH3) ve metilsiklohekzan (MCH) biciminde bağlanarak, Atlantikten gemilerle Avrupa'ya taşınacaktır Avrupa'da enerji uygulaması ile gaz veveya sıvı hidrojene donuşturulerek konutlarda, termik santrallarda, kent otobuslerinde ve araclarda, ucaklarda yakıt olarak kullanılacak, ayrıca kimya endustrisi icin toluen uretilecektir Enerji ekonomisi analizlerine gore Kanada'daki 100 MW'lık hidrolik guc, Almanya Hamburg'da 74 MW'lık hidrojen gucune donuşmuş olacaktır Bu gucle yılda 614 GWh enerji sağlanacaktır Proje tesis maliyeti 415 milyon ECU (~5144 milyon ABD $'ı) dır
Bir teknoloji standartsız kokleşemeyeceği ve tanımlanamayacağı icin, hidrojen enerjisi konusunda uluslararası standart calışmaları yapılmaktadır Uluslararası Standartlar Organizasyonu (ISO) tarafından ISOTC197 Komitesi oluşturularak, hidrojen enerjisi icin uluslararası standartlar calışmalarına girişilmiştir Standart calışmaları tanımlar, olcumler, taşıma, emniyet, araclar, ucaklar, elektrokimyasal donanımlar, hidridler, cevre ve uygulama alanlarını kapsamaktadır
Değişik senaryolara gore 2025 yılında dunya genel enerji tuketiminin ulaşacağı duzey 12 00016 000 Mtep olarak kestirilmektedir Aynı yılda dunyada 1 5002 600 Mtep hidrojen enerjisinin kullanılması planlanmaktadır Boylece, bu raporda goz onune alınan etut periyodu (20002025 donemi) sonunda, dunya birincil enerjisinin % 921 acıklığı arasındaki bir bolumu hidrojene donuşturulerek kullanılabilecek demektir Bu oran daha cok % 10 olarak ongorulmektedir
Kuzey Atlantik ada ulkesi İzlanda, 2050 yılında hidrojen ekonomisine gecmiş olma kararını alan tek ulkedir Bugun icin tum taşıtlar ve balıkcı filoları icin ihtiyac duyduğu petrolun tamamını ithal eden İzlanda, sahip olduğu jeotermal ve hidroelektrik kaynakları ile hidrokarbon enerji kaynaklarından daha duşuk maliyetle elektrik uretebilmektedir
İzlanda hali hazırda sahip olduğu enerji fazlasını, ihrac edilebilir urunlere ve hidrokarbonlara donuşturmektedir 2002 yılında, amonyum (NH3) uretiminde kullanılmak uzere, elektroliz yontemi ile 2000 ton hidrojen gazı uretmiştirAmonyum tum dunyada uretilir ve dağıtılır Amonyum maliyetinin %90 ’ını enerji oluşturur Ayrıca İzlanda, maliyeti buyuk olcude enerjiye dayanan, aluminyum ergitme tesisi kurmaktadır Reykjavík ’te sıkıştırılmış hidrojenle calışan kucuk bir şehir ici otobus filosu deneme amaclı faaliyetini surdurmektedir 3 Balıkcı filolarının hidrojenle enerjilendirilmesine dair araştırmalar surmektedir
Norvec ’in bir adası Utsira ’da hidrojen ekonomisinin denendiği bir pilot proje surdurulmektedir Ruzgar jeneratorleri ile uretilen enerjinin fazlası, elektroliz yontemi ile hidrojene donuşturulur ve ruzgarın yetersiz olduğu zamanlarda tekrar elektrik elde etmek uzere hidrojen gazı olarak depolanır
İngiltere 2004 yılının ocak ayında, Londra ’da iki otobusle başladığı yakıt hucresi deneme programını 2005 yılının Aralık ayında tamamlamıştır 4
The Hydrogen Expedition, tum dunyanın cevresinde dolaşacak ve hidrojen yakıt hucrelerinin yapabileceklerini gosterecek, hidrojen yakıt hucresi ile calışan bir geminin inşasını surdurmektedir
Batı Avustralya Planlama ve Altyapı Departmanı Perth şehrinde, Surdurulebilir taşıma enerjisi programı icin uc adet Daimler Chrysler Citaro yakıt hucreli otobusleri ile denemelerini surdurmektedirDeneme 2004 yılının Eylul ayında başlamış olup, 2006 yılının Eylul ayında sona erecektir Otobusler proton donuşumlu membran sistem yakıt hucresi ile calışmakta olup, Perth ’in guneyindeki Kwinana ’da kurulu BP ’nin bir yan urunu olarak uretilen ham hidrojen ile denenmektedirler
Hidrojen enerjisi ve Turkiye
Turkiye'nin 7 Beş Yıllık Kalkınma Planı Genel Enerji Ozel İhtisas Komisyonu Yeni ve Yenilenebilir Enerji Kaynakları Raporu'nda, hidrojen teknolojisine değinilmekle birlikte, resmileşen kalkınma planında hidrojen enerjisinin adı gecmemektedir Hidrojen konusu universitelerimiz ve araştırma kuruluşlarımızda cok sınırlı bicimde ele alınmaktadır
TUBİTAK Marmara Araştırma Merkezi'nde hidrojen alanında Uluslararası Enerji Ajansı programları kapsamında calışma başlatılmak istenmişse de, soz konusu işbirliği 1996 yılında kesilmiştir Birleşmiş Milletler (UNIDO) desteği ile ICHET projesi kapsamında, İstanbul'da Hidrojen Enstitusu kurulması konusu gundemdir 2022 Kasım 1996 tarihlerinde Viyana'da yapılan 16 UNIDO Endustriyel Kalkınma Kurulu Toplantısı'nda, UNIDO işbirliği ile ulkemizde Uluslararası Hidrojen Enerjisi Teknolojileri Merkezi (ICHET) kurulması kararı alınmıştır Buna gore, UNIDO hukuksal cercevesinde ozerk bir kurum olarak calışacak ICHET, İstanbul'da kurulacaktır
ICHET'in tasarlanan amacı, gelişmiş ve gelişmekte olan ulkeler arasında hidrojen teknolojileri koprusunu oluşturmak, hidrojen teknolojilerinin geliştirilmesini sağlamak ve uygulamalı ArGe calışmalarını yurutmektir
ICHET'in işlevi; kısa ve uzun donemli eğitim vermek, bilimsel toplantılar duzenlemek, danışmanlık hizmetleri sunmak ve benzeri kuruluşlarla işbirliği oluşturmak biciminde belirlenmiştir Merkezin calışma konuları; hidrojen enerjisi politikaları, hidrojen ekonomisi, enerji ve cevre, hidrojen uretim teknolojileri, hidrojen depolama teknikleri, hidrojen uygulamaları ve demonstrasyonlar olacaktır
Turkiye, ilk beş yıllık donem icin arazi, tesis, ilk yatırım ekipmanı ve işletme faaliyetlerini finanse etmek uzere, 40 milyon ABD $'ı verecektir ICHET projesi Turkiye'nin hidrojen cağına tutarlı bicimde adım atmasını sağlayacak, Turkiye'ye avantaj kazandıracak onemli bir girişimdir
TUBİTAKTTGV Bilim TeknolojiSanayi Tartışmaları Platformu tarafından yapılan calışma ile 1998 yılında tamamlanan, Enerji Teknolojileri Politikası Calışma Grubu Raporu'nda, hidrojen enerjisinin onemi ve yapılması gerekenler sıralanmıştır Hidrojen enerjisi ile ilgili calışmaların ArGe alanları arasında yer alması gerektiği belirtilmiştir Hidrojen programlarının esas itibari ile uzun doneme yonelik olduğu vurgulanmakla birlikte, mevcut enerji alt yapısıyla kısa donemli uygulamalar uzerinde durulması, ICHET'in kurulması icin başlatılmış olan calışmaların hızla olumlu sonuca goturulmesi istenmiştir Rapor, Bilim ve Teknoloji Yuksek Kurulu tarafından uygun bulunarak, Başbakanlık kanalıyla Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı'na sunulmuştur
Turkiye'de hidrojen yakıtı uretiminde kullanılabilecek olası kaynaklar; hidrolik enerji, guneş enerjisi, ruzgar enerjisi, denizdalga enerjisi, jeotermal enerji ve adım atılması gereken nukleer enerjidir Turkiye gibi gelişme surecinde ve teknolojik geciş aşamasındaki ulkeler acısından, uzun donemde fotovoltaik guneşhidrojen sistemi uygun gorulmektedir Fotovoltaik panellerden elde olunacak elektrik enerjisi ile suyun elektrolizinden hidrojen ureten bu yontemde, 1 m3 sudan 1087 kg hidrojen elde olunabilir ki, bu 422 litre benzine eşdeğerdir
Turkiye'nin hidrojen uretimi acısından bir şansı, uzun bir kıyı şeridi olan Karadeniz'in tabanında kimyasal bicimde depolanmış hidrojen bulunmasıdır Karadeniz'in suyunun % 90'ı anaerobiktir ve hidrojensulfid (H2S) icermektedir 1000 m derinlikte 8 mllt1 olan H2S konsantrasyonu, tabanda 135 mllt1 duzeyine ulaşmaktadır Elektroliz reaktoru ve oksidasyon reaktoru gibi iki reaktor kullanılarak, H2S den hidrojen uretimi konusunda yapılmış teknolojik calışmalar vardır Bu konuda yapılmış bir diğer teknoloji geliştirme calışması, semikonduktor partikulleri kullanarak fotokatalitik yontemle hidrojen uretimidir Guneş ve ruzgar enerjisinden yararlanarak, Karadeniz'in H2S iceren suyundan hidrojen uretimi icin literature gecmiş bilimsel araştırma olup, Bulgaristan proje geliştirmeye calışmaktadır
Teknolojik verilere ve Turkiye'nin enerjiekonomi verilerine gore, 19952095 arasında guneşhidrojen sistemi ile yapılabilecek yakıt uretimi ve bunun fosil yakıtlarla rekabet olanağı, ozel bir simulasyon modeli kapsamında bilgisayar cozumleri ile araştırılmıştır Bu ulusal modelde, hidrojen uretiminin artışı icin yavaş ve hızlı olmak uzere iki ayrı secenek alınmıştır Her iki secenekte de 20192019 doneminde hidrojen enerjisi maliyetinin fosil enerji maliyetinin altına duşebileceği, ancak yapılabilecek yerli hidrojen uretiminin 23 Mtep'in altında kalacağı gorulmuştur
Hidrojen Ekonomisi Hakkında Hidrojen Ekonomisi Hakkında Bilgi Hidrojen Ekonomi
Hidrojen ekonomisi, taşıtların ve elektrik dağıtım şebekesinin dengelenmesi icin ihtiyac duyulan enerjinin, hidrojen (H2) olarak depolandığı, varsayılan bir gelecek ekonomisidir
Mevcut HIDROJEN Pazarı
Hidrojen uretimi oldukca geniş ve buyuyen bir endustridir Tum dunyada, 2004 yılında uretilen toplam hidrojen 50 milyon tondur ve bu uretilen hidrojenin petrol cinsinden karşılığı 170 milyon ton yapar Yıllık buyume miktarı yaklaşık %10 civarındadır Amerika Birleşik Devletlerinde, 2004 yılında yaklaşık 11 milyon ton uretim gercekleştirilmiştir ve bu değerin enerji cinsinden karşılığı 48 gigawatt ’tır (karşılaştırılacak olursa, 2003 yılındaki ortalama elektrik uretimi 442 gigawatt ’tır) Hidrojenin depolanması ve nakledilmesi oldukca pahalı olduğu icin, uretimin buyuk coğunluğu bolgesel olarak gercekleşmiş ve genellikle uretici firma tarafından hemen tuketilmiştir 2005 itibarıyla, tum dunyada, bir yıl icerisinde uretilen hidrojenin ekonomik değeri 135 milyar ABD doları ’dır
Hidrojen, sentetik bir enerji taşıyıcısı Uretim kaynakları son derece bol ve ceşitli Bunların en başta gelenleri su, komur ve doğalgaz Hidrojen, bilinen tum yakıtlar icerisinde birim ağırlık başına en yuksek enerji iceriğine sahip (120,000 kJkg) Sıvı haline donuşturulduğunde gaz halindeki hacminin sadece 1700'unu kaplıyor Saf oksijenle yandığında sadece su ve ısı acığa cıkarıyor Hava ile yandığında ise azot oksitler acığa cıksa da diğer yakıtlara gore kirliliği son derece az Dunyada uretilen hidrojenin cok buyuk bir bolumu, metanın su buharı ile katalitik olarak oksidasyonu yontemi ile doğal gazdan elde edilmekte Doğal gazın yanı sıra diğer hidrokarbon yakıtlardan da (metanol, LPG, Nafta, Benzin) su buharı ile katalitik olarak hidrojen uretilebilmekte 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 uretilebilmekte
Bugun hidrojenin kullanımının iki temel nedeni vardır Tum tuketimin yaklaşık yarısı haber prosesi yardımı ile amonyum (NH3) uretmek icin yapılır Dunya nufusu arttıkca, onu desteklemek icin artmak zorunda olan tarım, amonyuma duyulan talebi surekli buyutmektedir Hidrojen tuketiminin diğer yarısı ise, ağır petrol kaynaklarını, yakıt olarak kullanılabilecek daha hafif turevlere donuşturmek icin gercekleştirilir Artan petrol fiyatları petrol şirketlerini katran gibi fakir maddelerden yakıt elde etmek icin daha da cesaretlendirerek, hidrojen tuketiminde ilk uygulamaya gore daha da yuksek bir buyumeye neden olmuştur
Eğer hidrojen uretimi icin ihtiyac duyulan enerji, ruzgar, guneş ya da nukleer santrallerden kolay ve ekonomik bir şekilde elde edilebilseydi, hidrojenin hidrokarbon yakıt elde etmek uzere kullanılması, toplam hidrojen tuketimini orneğin ABD icin 5 ila 10 kat kadar artırabilirdi Bugun ABD ’de bu amacla hidrojen tuketimi yaklaşık yılda 4 milyon tondur ABD icin yıllık 377 milyon ton hidrojenin, petrolde dışa bağımlılığı kaldıracak miktarda, komurden donuşturulmuş sıvı yakıt elde etmek icin yeterli olacağı sanılmaktadır 1 Ancak komurun sıvı yakıta donuşturulmesi dışa bağımlılığı azaltmakla birlikte sera gazı etkisi sorununa cozum uretmemektedir
Gunumuzde hidrojen uretiminin %48 ’i doğal gazdan, %30 ’u ham petrolden, %18 ’i komurden ve %4 ’u suyun elektroliz yolu ile ayrıştırılmasıyla uretilmektedir
Buyuyen pazar ve hızla artan fiyatlar hidrojenin daha ekonomik yontemlerle uretilmesi konusunda ilgi yaratmıştır Buyuyen hidrojen pazarının analizine dair bakınız
Ongorulen merkezi HIDROJEN Kaynakları
Onumuzdeki 3040 yıllık donemde Cin, Hindistan gibi yukselen ekonomilerin hızla artan talebiyle birlikte petrolun fiyatının bugunku fiyatını duzeyini bekleniyor Petrolun bugunku ve gelecekte ongorulen durumu, ithalat bağımlılığı, fosil yakıtların yarattığı karbondioksit emisyonları ve Kyoto Sozleşmesinin emisyonlara getirdiği sınırlamalar hidrojenin hazır ve sınırsız bir alternatif olarak nitelendirilmesine neden oluyor Şu anki problem fiyat ve altyapı maliyetleri Bu nedenle de petrole bağlı enerji sektorunun donuşumunun sağlanmasında ozel sektor kadar destekleyici hukumet politikaları da kilit rol oynayacak
Hidrojen ekonomisinde, hidrojen gazı uretmek icin, temel enerji kaynakları ile biyokutleler kullanılır Petrol, komur, doğal gaz gibi fosil yakıtların dışında kalan enerji kaynakları, fosil yakıtlara gore cok daha duşuk sera gazı emisyonlarına sahiptirler Yuksek verimlilikli hidrojen jeneratorlerinin urettiği gazın, doğal gaz dağıtım şebekesine benzer bir sistemle dağıtılması beklenir Ancak doğal gaza gore aşılması gereken zorluklar vardır Orneğin hidrojenin contalardan daha kolay sızabilmesi ya da dağıtım borularında catlaklara neden olur Hali hazırda geniş doğal gaz dağıtım şebekesi uzerinde kurulu kojenerasyon tesisleri sağladıkları elektrik donuşumu ile yukarıda bahsedilen sisteme benzerlik gosterirler
Tam bir hidrojen ekonomisinde, ruzgar ya da hidroelektrik tesislerinin urettiği enerjinin tamamı elektrik şebekesine verilmeyerek, bir kısmı ile hidrojen uretilir Nukleer enerji tesislerinin bir cıktısı olan ısı enerjisi, elektroliz sıcaklığını arttırmak şeklinde verimliliğe katkısı bulunacaktır
Yakıt hucreleri
Hidrojen ekonomisinin ozunde, kimyasal enerjiyi harekete ya da elektrik enerjisine donuşturmek icin, icten yanmalı motorların ve turbinlerin yerine yakıt hucrelerinin kullanımı vardır Bu değişimin altında yatan beklenti, yakıt hucrelerinin elektrokimyasal oluşu ve yanmalı motorlara gore cok yuksek verimliliğe sahip olmasıdır Tum yakıt hucreleri saf hidrojeni kullanabilirken, bazı yakıt hucreleri hidrokarbon yakıtları da kullanabiliriler
Hali hazırda yakıt hucreleri oldukca pahalıdır, ancak yapılan araştırma ve geliştirmeler, yakıt hucrelerinin maliyetlerini duşurmeyi surdurmektedir Yakıt hucrelerinin maliyeti icten yanmalı motorlar ve turbinlerle yaklaştığı zaman, verimlilikten sağlanacak her bir kuruşun cok onemli olduğu elektrik enerji santralleri başta olmak uzere kullanımları pek cok alanda hızla yaygınlaşacaktır
Hidrojene duyulan ilginin buyuk bir kısmı, yakıt hucrelerinin otomobillerde kullanılması fikrinden kaynaklanmaktadır Yakıt hucreleri, icten yanmalı motorlara gore daha sessiz calışırlar, daha iyi gucağırlık oranına, cok daha yuksek verimliliğe ve teorik olarak sıfır emisyona (hidrojen uretimi sırasında kullanılan yontemler emisyona neden olabilirler) sahiptirler Hidrojenin depolanmasındaki zorluklara ve yakıt hucrelerinin yuksek maliyetlerine karşı cozumler uretildikce, gelişmiş hibrid (yakıt hucresi ve aku kombinasyonlu) otomobillerin de kullanımı yaygınlaşacaktır
Hidrojen enerjisinin global olarak kullanılacağı asıl buyuk pazar ise otomotiv; ulaşım sektoru 1990 ’ların ortalarından itibaren benzin ve yakıt pili ile birlikte calışan melez (hibrid) araclar geliştirilirken, yakıt pilinin beslenmesinde yakıt kaynağı olarak hidrojen kullanılıyor Hidrojenin uretilmesinin ucuz hale gelmesi ile birlikte yaygınlaşacak olan bu araclar son tuketiciler icin de petrol yakıtlarına oranla cok daha ucuz ve ikiuc kat daha verimli hale gelecek Bu alanda da bugune kadar yapılan calışmalar, hidrojenle calışan yakıt pilli aracların uretilmesi, bu alanda buyuk bir rekabetin başlayacağını gosteriyor Enerji ve otomotiv yavaş yol alınan sektorler olduğu icin şu an hibrid (melez) otomotivlerle başlayan donuşum sureci aracların 5 6 jenerasyonlarının uretilmesi ile hidrojenle veya başka kaynaklarla calışan yakıt pilli aracların tamamen piyasada olması ile tamamlanacak ABD Kaliforniya Eyaleti hidrojenli aracları teşvik etmek amacıyla 2019 yılına kadar tamamında hidrojen istasyonlarının yer aldığı bir otoyol ağı kurmayı amaclıyor 2030 yılında karma yakıtlı aracların otomotiv sektorunde payının artacağı, 2040 yılında da buyuk oranda yakıt pilli aracların sektorde yer alacağı tahmin ediliyor
HAYATA GECIRILMESI
Uretim
Dunyadaki hidrojenin buyuk bir kısmı denizlerde hapsolmuş durumdadır
Hidrojen, doğal gazın buhar ile yeniden yapılandırılması ya da kısmi oksidasyonu gibi yontemlerle fosil yakıtlardan da uretilebilirler Wang ’ın 2002 ’de ve Kreith ’in 2004 ’te yaptığı calışmalar, uretim ve dağıtım sırasında acığa cıkan emisyonlar goz onune alınsa dahi, hidrojenin neden olduğu CO2 cıktısının, icten yanmalı motorların neden olduğu CO2 ’ten cok daha az olacağını gostermiştir
Yakıt hidrojenin temelde, sudan yenilenebilir enerjilerle uretilmesi ana ilkedir Hidrojen uretim yontemlerinin başında suyun direkt elektrolizi gelir Elektroliz icin elektrik gereksinimi fosil yakıtlardan, hidroelektrik kaynaktan, nukleer gucten, jeotermal enerjiden, guneş, ruzgar ve deniz dalga enerjilerinden elde olunabilir Gelecek icin uzerinde encok durulan yontem fotovoltaik guneş ureteclerinin kullanılmasıdır Hidrojen suyun ısıl parcalanması (termal krakingi) ile de uretilebilmektedir Bir diğer hidrojen uretim yontemi doğal gazın ve gaz hidrokarbonların buhar reformasyonudur
Hidrojen uretimi icin ayrıca komur gazifikasyon yontemi vardır Gazifikasyon işlemi kolaylıkla kukurtun elimine edilmesine olanak tanıdığından cekici bulunmaktadır Ortalama olarak 6 kg komurden 3785 lt benzine eşdeğer 1 kg hidrojen elde olunur Komur dunyanın en zengin fosil yakıtıdır Bilinen komur yataklarına bicilen guvenilir omur 200 yıl kadarsa da, bunun 400 yıla uzanabileceği soylenmektedir Katı atıklar ve kanalizasyon materyalleri de hidrojen uretimi icin hammadde olup, gazifikasyon işlemine bağlı olarak, sentez gazının hava veya oksijenle reformasyonu hidrojen vermektedir Termokimyasal cevrimlerle sudan, fotokimyasal işlemle organometalik bileşikler veya enzim su karışımından hidrojen uretilebilir
Hidrojen uretimi sırasında tuketilen enerji miktarı hakkında bazı endişeler vardır Hidrojen uretimi icerisinde hidrojen barındıran su ya da fosil yakıt gibi kaynaklara ihtiyac duyar Fosil yakıtların kullanılması doğal kaynakların tukenmesine ve buna karşın CO2 uretilmesine neden olurken, suyun elektroliz edilmesi icin ihtiyac duyulan enerjinin onemli bir kısmı, yine fosil yakıtların elektrik enerjisine donuşturulmesi yontemiyle sağlanmaktadır Bu acıdan, hidrojen yakıtının, bugun icin fosil yakıtlardan tamamen bağımsız ya da hicbir emisyona neden olmayan bir yontem olduğunu iddia etmek oldukca guctur
Eğer elektrik enerjisi uretimi, kimyasal yontemlere dayanıyor ise, hidrojeni uretmek icin de doğrudan kimyasal yontemlere başvurulması daha uygundur Fakat elektrik enerjisi uretimi, hidroelektrik ya da ruzgar jeneratorleri gibi mekanik yontemlere dayanıyor ise, hidrojenin suyun elektroliz edilmesi yontemi ile uretilmesi uygun olabilir Coğunlukla tuketilen elektriğin maliyeti, uretilen hidrojenin fiyatından daha yuksek olduğu icin, elektroliz yontemi hidrojen uretiminde cok kucuk bir paya sahiptir
Eğer elektrik enerjisi uretimi, ısı (nukleer ya da guneş) enerjisi yontemine dayanıyor ise, hidrojen uretmek icin en uygun yontem yuksek sıcaklıklı elektrolizdir Duşuk sıcaklıklı elektrolizden farklı olarak suyun yuksek sıcaklıklı elektrolizi (YSE) başlangıctaki ısı enerjisinin onemli bir kısmını kimyasal enerjiye (hidrojen) donuşturme kabiliyetine sahiptir Potansiyel olarak prosesin enerji verimi %50 daha fazladır İhtiyac duyulan enerjinin bir kısmı ısı ile sağlandığı icin kimyasal donuşume konu elektrik enerjisi daha az tuketilir YSE ’nin laboratuar uygulamaları yapılmış olmasına karşın henuz endustriyel bir uygulaması yoktur
Depolama ve taşıma
Uretilen hidrojen depolanabilmekte, boru hatları veveya tankerlerle taşınabilmektedir Doğal gaz boru hatlarının gelecekte hidrojen taşınması icin kullanılabileceği belirtilmektedir Hidrojenin depolama yontemleri; tuplenmiş alcak basınclı gaz (12 bar) ve yuksek basınclı gaz (150 bar) dışında sıvılaştırılmış bicimde, kriyojenik (dondurulmuş) tanklarda (220 kPa) ve metalik hidrid biciminde olabilmektedir Hidrojen gaz biciminde boru hatlarıyla taşınabildiği gibi, yuksek basınclı gaz ve sıvılaştırılmış bicimde tankerlerle taşınabilmektedir Gaz hidrojenin zeolit ortamlarda depolanması calışmaları vardır Ancak, enerji iceriğinin yuksekliği acısından gaz yerine sıvı hidrojen depolama teknikleri uzerinde durulmaktadır
Hidrojenin hidridlerle depolanması ve taşınması da onemle ele alınmaktadır Geliştirilen hidridler; titanyum alaşımları (ozellikle demirtitanyum), palladyum alaşımları, zirkonyum alaşımları, titanyumzirkonyumvanadyumnikel alaşımları, titanyumzirkonyumvanadyumdemirkrommangan alaşımları, mağnezyumnikel alaşımları vs gibi materyallerle oluşturulmaktadır Duşuk sıcaklık ve yuksek sıcaklık hidridleri vardır Demirtitanyum alaşımı duşuk sıcaklık hidridi iken, mağnezyumnikel alaşımı yuksek sıcaklık hidrididir Duşuk ve yuksek sıcaklık hidridlerinin kombinasyonu da kullanılmaktadır Metal hidridler paket olarak taşınmaya uygundur
Maliyet
Yakıtların ekonomik kıyaslaması efektif maliyete gore yapılır Efektif maliyet ise cıplak maliyet ve cevre zararlarını iceren maliyet ile kullanım veriminin fonksiyonudur İc maliyet de denilen cıplak maliyet, alışılagelmiş gorunur maliyettir Cevre zararlarını iceren dış maliyet ise yeni bir kavramdır Burada yakıtın birim miktarının cevrede oluşturduğu maddi zarar anlaşılmaktadır 1990 ABD verileri ile fosil yakıt, komursentetik ve guneş hidrojen sistemlerinin efektif maliyetleri Tablo 124'de gosterilmiştir Efektif maliyete gore hesaplanan ekonomiklik faktoru hidrojende 1 iken doğal gaz dışındaki fosil yakıtlarda 037061 arasında değişmekte olup, hidrojenden daha az ekonomiktirler Ancak, doğal gazın ekonomiklik faktoru bugun icin hidrojenden yuksektir
Yukarıda acıklandığı gibi, temelde efektif maliyet onemli olmakla birlikte, gunumuzde maliyet karşılaştırmaları, daha cok ic ya da cıplak maliyetle yapılmaktadır Bu nedenle, yalnız ic maliyet acısından bakıldığında, en ucuz hidrojen uretimi komurden sağlanmakta, onu hidrohidrojen izlemektedir En duşuk hidrojen maliyeti, ulaştırma sektoru icin benzinden ucuz olabilmektedir Dış maliyet, yani cevre maliyeti gozonune alınmaksızın hidrojen endustri, konut ve elektrik sektorlerinde doğal gazdan 1537, petrol urunlerinden 1335 ve komurden 4758 kat daha pahalı gorunmektedir Ancak, yakıt hidrojenin kutlesel uretimi yapılmadığından bu karşılaştırmalar goreceli kalmaktadır
* Yeşil yakıtlar Bitkilerden elde edilen, etanol, biyodizel gibi biyoyakıtların kullanımı ekonomideki kucuk değişikliklerle gercekleştirilebilir Bunla birlikte, kayda değer miktarda petrol tuketiminin yerini alabilmesi icin, cok geniş tarım alanlarına ihtiyac duyulduğundan, butun ulkeler icin uygun bir cozum olmayabilir
* Sera gazınotr alkol Hidrojen ekonomisinde hidrojen, tamamıyla elektrikli olmayan araclarda kullanılmak uzere, yenilenebilir bir enerji kaynağı olarak elde edilir Hidrojene diğer bir teorik alternatif ise, hidrojen ve karbondioksitin birlikte kullanılarak, etanol ya da metanol gibi sıvı bir yakıta donuşturulmesidir Hidrojeni, uretildiği tesisten taşımak yerine, aynı tesiste diğer sıvı yakıtlara donuşturerek, mevcut dağıtım ağında taşınması ve kullanılması sağlanabilir Boylece hidrojen gazının taşınması ve depolanması ile ilgili zorluklar aşılırken, karbondioksit gazının tuketilmesi ile ilgili endustriyel bir alternatif yaratarak, sera gazlarının azaltılması ile ilgili onemli bir adım atılabilir
Cevresel kaygılar
Yakıtın zehirliliği, yanma urunlerinin zehirliliği, diffuzyon katsayısı, ateşleme enerjisi, patlama enerjisi, alev emissivitesi gibi faktorlere gore yapılan emniyet değerlendirmesi acısından, hidrojen en emniyetli yakıttır Hidrojenin emniyet faktoru 1 iken, benzinde 053 ve metanda 080 olmaktadır Kısacası benzin ve doğal gaz hidrojene gore tehlikeli yakıtlardır Hidrojenin benzin ve metana gore yanma tehlikesi daha azdır
Yakıtlar icin onemli olan bir ozellik de cevresel uygunluktur Fosil yakıt kullanımının hava kalitesi, insanlar, hayvanlar, plantasyonlar ve ormanlar, akuatik ekosistemler, insan yapısı yapılar, acık madencilik, iklim değişikliği, deniz seviyesi yukselmesi uzerindeki olumsuz etkilerinden kaynaklanan cevre zararları dunya genelinde, 1990 verileriyle; komur icin 98 ABD $GJ, petrol icin 85 ABD $GJ ve doğal gaz icin 56 ABD$GJ olarak saptanmıştır
Cevresel zarar ve cevresel uygunluk faktoru icin fosil yakıt sistemi, komursentetik yakıt sistemi ve guneşhidrojen sistemi (guneş PV panellerinden sağlanacak enerji ie hidrojen uretim sistemi), bu verilerin ışığında karşılaştırılmıştır Karşılaştırma sonucları Tablo 122'de yer almaktadır Guneşhidrojen uretim sisteminde cevresel zarar 046 ABD $GJ gibi yok denecek duzeye duşmekte ve cevresel uygunluk faktoru ust sınıra cıkarak 1 olmaktadır
Kullanımındaki tehlikeler
Hidrojen, basında nispeten tehlikeli bir gaz olarak tanıtılmıştır ve gercekte de hidrojen hava karşımı diğer gazlardan daha patlayıcıyanıcı ozelliğe sahiptir Hidrojen gazı depolandığı tanktan sızabilir ve bir catlak olması durumunda cok hızlı boşalır Hidrojen alevi zor gorulur ve hidrojen yangınıyla mucadele etmek de oldukca zordur En cok bilinen hidrojen yangını LZ 129 Hindenburg felaketidir Yolcuların 23 ile murettebat kurtulmuş, olenlerin buyuk coğunluğu atlayanlar olmuştur
Ornekler ve Pilot Uygulamalar
Hidrojenin taşımacılık amacıyla dağıtımı İzlanda, Almanya, Kaliforniya, Japonya ve Kanada ’da test edilmektedir
Yakıt pilli elektrik santralları yuksek enerji verimlerinin yanı sıra, cok az yer kaplamaktadırlar Orneğin 2 MW'lık yakıt pilli santralın kapsadığı alan 20 m2 den az olmaktadır Buyuk yer kapsayan konvansiyonel santralların yerleşim birimlerinden belli uzaklıkta kurulması ve elektrik iletimi sorunu, geleceğin yakıt pilli elektrik santralları ile cozume kavuşacak gorunmektedir Gelecekte tuketicilerin bulundukları yerin yakınına kurulacak yakıt pilli santrallarla iletim ve dağıtım kayıpları olmaksızın gereksinimler karşılanabilecektir
Hidrojenin alevsiz yanması icin katalitik yakma duzenleri geliştirilmiştir Hidrojenin katalitik yanması mutfak ocaklarına, fırınlara, su ısıtıcılara ve ozel sobalara uygulanmıştır Yine gosterim amacıyla bu tur beyaz eşya ureten firmalar vardır Boylece, konutlarda yakıt olarak hidrojen kullanımının onu acılmış bulunmaktadır Hidrojenin boru hatları ile evlere kadar ulaştırılması olanaklı olup, bu konuda projeler geliştirilmekte ve doğal gaz hatlarından yararlanılması tasarlanmaktadır Hidrojen enerjisi alanında ceşitli ulkelerin işbirliği sonucu uluslararası programlar başlatılmıştır Avrupa Topluluğu ile Kanada'nın EUROQUEBEC (hidrohidrojen) projesi, Norvec ve Almanya'nın NHEG projesi, Almanya ve Suudi Arabistan'ın HYSOLAR (guneşhidrojen) Projesi, İskandinav ulkeleri ile Yunanistan'ın işbirliği, Uluslararası Enerji Ajansı (IEA) hidrojen enerjisi projeleri, Birleşmiş Milletler UNIDOICHET hidrojen calışmaları bunlara ornek gosterilebilir Henuz uygulanmasına girişilememiş olan UNIDOICHET projesi kapsamında, İstanbul'da Hidrojen Enstitusu kurulması gundemdedir
Bu calışmalardan EuroQuébec HidroHidrojen Pilot Projesi (EQHHPP) 100 MW'lık bir kapasitededir Bu proje ile Kanada'da hidrolik kaynaktan elde olunacak elektrik enerjisi suyun elektrolizinde kullanılacak, uretilecek gaz hidrojen, yine Kanada'da sıvı hidrojen (LH2), amonyak (NH3) ve metilsiklohekzan (MCH) biciminde bağlanarak, Atlantikten gemilerle Avrupa'ya taşınacaktır Avrupa'da enerji uygulaması ile gaz veveya sıvı hidrojene donuşturulerek konutlarda, termik santrallarda, kent otobuslerinde ve araclarda, ucaklarda yakıt olarak kullanılacak, ayrıca kimya endustrisi icin toluen uretilecektir Enerji ekonomisi analizlerine gore Kanada'daki 100 MW'lık hidrolik guc, Almanya Hamburg'da 74 MW'lık hidrojen gucune donuşmuş olacaktır Bu gucle yılda 614 GWh enerji sağlanacaktır Proje tesis maliyeti 415 milyon ECU (~5144 milyon ABD $'ı) dır
Bir teknoloji standartsız kokleşemeyeceği ve tanımlanamayacağı icin, hidrojen enerjisi konusunda uluslararası standart calışmaları yapılmaktadır Uluslararası Standartlar Organizasyonu (ISO) tarafından ISOTC197 Komitesi oluşturularak, hidrojen enerjisi icin uluslararası standartlar calışmalarına girişilmiştir Standart calışmaları tanımlar, olcumler, taşıma, emniyet, araclar, ucaklar, elektrokimyasal donanımlar, hidridler, cevre ve uygulama alanlarını kapsamaktadır
Değişik senaryolara gore 2025 yılında dunya genel enerji tuketiminin ulaşacağı duzey 12 00016 000 Mtep olarak kestirilmektedir Aynı yılda dunyada 1 5002 600 Mtep hidrojen enerjisinin kullanılması planlanmaktadır Boylece, bu raporda goz onune alınan etut periyodu (20002025 donemi) sonunda, dunya birincil enerjisinin % 921 acıklığı arasındaki bir bolumu hidrojene donuşturulerek kullanılabilecek demektir Bu oran daha cok % 10 olarak ongorulmektedir
Kuzey Atlantik ada ulkesi İzlanda, 2050 yılında hidrojen ekonomisine gecmiş olma kararını alan tek ulkedir Bugun icin tum taşıtlar ve balıkcı filoları icin ihtiyac duyduğu petrolun tamamını ithal eden İzlanda, sahip olduğu jeotermal ve hidroelektrik kaynakları ile hidrokarbon enerji kaynaklarından daha duşuk maliyetle elektrik uretebilmektedir
İzlanda hali hazırda sahip olduğu enerji fazlasını, ihrac edilebilir urunlere ve hidrokarbonlara donuşturmektedir 2002 yılında, amonyum (NH3) uretiminde kullanılmak uzere, elektroliz yontemi ile 2000 ton hidrojen gazı uretmiştirAmonyum tum dunyada uretilir ve dağıtılır Amonyum maliyetinin %90 ’ını enerji oluşturur Ayrıca İzlanda, maliyeti buyuk olcude enerjiye dayanan, aluminyum ergitme tesisi kurmaktadır Reykjavík ’te sıkıştırılmış hidrojenle calışan kucuk bir şehir ici otobus filosu deneme amaclı faaliyetini surdurmektedir 3 Balıkcı filolarının hidrojenle enerjilendirilmesine dair araştırmalar surmektedir
Norvec ’in bir adası Utsira ’da hidrojen ekonomisinin denendiği bir pilot proje surdurulmektedir Ruzgar jeneratorleri ile uretilen enerjinin fazlası, elektroliz yontemi ile hidrojene donuşturulur ve ruzgarın yetersiz olduğu zamanlarda tekrar elektrik elde etmek uzere hidrojen gazı olarak depolanır
İngiltere 2004 yılının ocak ayında, Londra ’da iki otobusle başladığı yakıt hucresi deneme programını 2005 yılının Aralık ayında tamamlamıştır 4
The Hydrogen Expedition, tum dunyanın cevresinde dolaşacak ve hidrojen yakıt hucrelerinin yapabileceklerini gosterecek, hidrojen yakıt hucresi ile calışan bir geminin inşasını surdurmektedir
Batı Avustralya Planlama ve Altyapı Departmanı Perth şehrinde, Surdurulebilir taşıma enerjisi programı icin uc adet Daimler Chrysler Citaro yakıt hucreli otobusleri ile denemelerini surdurmektedirDeneme 2004 yılının Eylul ayında başlamış olup, 2006 yılının Eylul ayında sona erecektir Otobusler proton donuşumlu membran sistem yakıt hucresi ile calışmakta olup, Perth ’in guneyindeki Kwinana ’da kurulu BP ’nin bir yan urunu olarak uretilen ham hidrojen ile denenmektedirler
Hidrojen enerjisi ve Turkiye
Turkiye'nin 7 Beş Yıllık Kalkınma Planı Genel Enerji Ozel İhtisas Komisyonu Yeni ve Yenilenebilir Enerji Kaynakları Raporu'nda, hidrojen teknolojisine değinilmekle birlikte, resmileşen kalkınma planında hidrojen enerjisinin adı gecmemektedir Hidrojen konusu universitelerimiz ve araştırma kuruluşlarımızda cok sınırlı bicimde ele alınmaktadır
TUBİTAK Marmara Araştırma Merkezi'nde hidrojen alanında Uluslararası Enerji Ajansı programları kapsamında calışma başlatılmak istenmişse de, soz konusu işbirliği 1996 yılında kesilmiştir Birleşmiş Milletler (UNIDO) desteği ile ICHET projesi kapsamında, İstanbul'da Hidrojen Enstitusu kurulması konusu gundemdir 2022 Kasım 1996 tarihlerinde Viyana'da yapılan 16 UNIDO Endustriyel Kalkınma Kurulu Toplantısı'nda, UNIDO işbirliği ile ulkemizde Uluslararası Hidrojen Enerjisi Teknolojileri Merkezi (ICHET) kurulması kararı alınmıştır Buna gore, UNIDO hukuksal cercevesinde ozerk bir kurum olarak calışacak ICHET, İstanbul'da kurulacaktır
ICHET'in tasarlanan amacı, gelişmiş ve gelişmekte olan ulkeler arasında hidrojen teknolojileri koprusunu oluşturmak, hidrojen teknolojilerinin geliştirilmesini sağlamak ve uygulamalı ArGe calışmalarını yurutmektir
ICHET'in işlevi; kısa ve uzun donemli eğitim vermek, bilimsel toplantılar duzenlemek, danışmanlık hizmetleri sunmak ve benzeri kuruluşlarla işbirliği oluşturmak biciminde belirlenmiştir Merkezin calışma konuları; hidrojen enerjisi politikaları, hidrojen ekonomisi, enerji ve cevre, hidrojen uretim teknolojileri, hidrojen depolama teknikleri, hidrojen uygulamaları ve demonstrasyonlar olacaktır
Turkiye, ilk beş yıllık donem icin arazi, tesis, ilk yatırım ekipmanı ve işletme faaliyetlerini finanse etmek uzere, 40 milyon ABD $'ı verecektir ICHET projesi Turkiye'nin hidrojen cağına tutarlı bicimde adım atmasını sağlayacak, Turkiye'ye avantaj kazandıracak onemli bir girişimdir
TUBİTAKTTGV Bilim TeknolojiSanayi Tartışmaları Platformu tarafından yapılan calışma ile 1998 yılında tamamlanan, Enerji Teknolojileri Politikası Calışma Grubu Raporu'nda, hidrojen enerjisinin onemi ve yapılması gerekenler sıralanmıştır Hidrojen enerjisi ile ilgili calışmaların ArGe alanları arasında yer alması gerektiği belirtilmiştir Hidrojen programlarının esas itibari ile uzun doneme yonelik olduğu vurgulanmakla birlikte, mevcut enerji alt yapısıyla kısa donemli uygulamalar uzerinde durulması, ICHET'in kurulması icin başlatılmış olan calışmaların hızla olumlu sonuca goturulmesi istenmiştir Rapor, Bilim ve Teknoloji Yuksek Kurulu tarafından uygun bulunarak, Başbakanlık kanalıyla Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı'na sunulmuştur
Turkiye'de hidrojen yakıtı uretiminde kullanılabilecek olası kaynaklar; hidrolik enerji, guneş enerjisi, ruzgar enerjisi, denizdalga enerjisi, jeotermal enerji ve adım atılması gereken nukleer enerjidir Turkiye gibi gelişme surecinde ve teknolojik geciş aşamasındaki ulkeler acısından, uzun donemde fotovoltaik guneşhidrojen sistemi uygun gorulmektedir Fotovoltaik panellerden elde olunacak elektrik enerjisi ile suyun elektrolizinden hidrojen ureten bu yontemde, 1 m3 sudan 1087 kg hidrojen elde olunabilir ki, bu 422 litre benzine eşdeğerdir
Turkiye'nin hidrojen uretimi acısından bir şansı, uzun bir kıyı şeridi olan Karadeniz'in tabanında kimyasal bicimde depolanmış hidrojen bulunmasıdır Karadeniz'in suyunun % 90'ı anaerobiktir ve hidrojensulfid (H2S) icermektedir 1000 m derinlikte 8 mllt1 olan H2S konsantrasyonu, tabanda 135 mllt1 duzeyine ulaşmaktadır Elektroliz reaktoru ve oksidasyon reaktoru gibi iki reaktor kullanılarak, H2S den hidrojen uretimi konusunda yapılmış teknolojik calışmalar vardır Bu konuda yapılmış bir diğer teknoloji geliştirme calışması, semikonduktor partikulleri kullanarak fotokatalitik yontemle hidrojen uretimidir Guneş ve ruzgar enerjisinden yararlanarak, Karadeniz'in H2S iceren suyundan hidrojen uretimi icin literature gecmiş bilimsel araştırma olup, Bulgaristan proje geliştirmeye calışmaktadır
Teknolojik verilere ve Turkiye'nin enerjiekonomi verilerine gore, 19952095 arasında guneşhidrojen sistemi ile yapılabilecek yakıt uretimi ve bunun fosil yakıtlarla rekabet olanağı, ozel bir simulasyon modeli kapsamında bilgisayar cozumleri ile araştırılmıştır Bu ulusal modelde, hidrojen uretiminin artışı icin yavaş ve hızlı olmak uzere iki ayrı secenek alınmıştır Her iki secenekte de 20192019 doneminde hidrojen enerjisi maliyetinin fosil enerji maliyetinin altına duşebileceği, ancak yapılabilecek yerli hidrojen uretiminin 23 Mtep'in altında kalacağı gorulmuştur