Taş Devri, Taşlar Bittiği İçin Bitmedi |
Engin Ayçiçek

Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanı Sayın Hilmi Güler, bir açıklamasında hidrojen teknolojisindeki yatırımların son yıllarda arttığını belirterek, 'Hidrojen dönemini başlatmak, ancak stratejik planlama ile mümkün olabilir' demişti ve şöyle devam etmişti, 'Taş devri, taşlar bittiği için bitmedi. Petrol dönemi de petrol bittiği için bitmeyecek. Olsa dahi hidrojen dönemi başlayacak. Sodyum, bor, hidrorir de çok hidrojen taşıyor'

Gerçektende hidrojen Dünya ve Ülkemiz için bu kadar önemli midir?

Hidrojen 1500'lü yıllarda keşfedilmiş, 1700'lü yıllarda yanabilme özelliğinin farkına varılmış, evrenin en basit ve en çok bulunan elementi olup, renksiz, kokusuz, havadan 14.4 kez daha hafif ve tamamen zehirsiz bir gazdır. Güneş ve diğer yıldızların termonükleer tepkimeye vermiş olduğu ısının yakıtı hidrojen olup, evrenin temel enerji kaynağıdır. Hidrojen doğada serbest halde bulunmaz, bileşikler halinde bulunur. En çok bilinen bileşiği ise sudur. Isı ve patlama enerjisi gerektiren her alanda kullanımı temiz ve kolay olan hidrojenin yakıt olarak kullanıldığı enerji sistemlerinde, atmosfere atılan ürün sadece su ve/veya su buharı olmaktadır. Hidrojen petrol yakıtlarına göre ortalama 1.33 kat 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 gazı farklı yöntemlerle elde edildiği gibi su, güneş enerjisi veya onun türevleri olarak kabul edilen rüzgar, dalga, ve biokütle ile de üretilebilmektedir.

Hidrojen Enerjisi

Dünyanın giderek artan enerji gereksinimini çevreyi kirletmeden ve sürdürülebilir olarak sağlayabilecek en ileri teknolojinin hidrojen enerji sistemi olduğu bugün bütün bilim adamlarınca kabul edilmektedir. Hidrojen enerjisinin insan ve çevre sağlığını tehdit edecek bir etkisi yoktur. Kömür, doğalgaz gibi fosil kaynakların yanı sıra sudan ve biokütleden de elde edilen hidrojen, enerji kaynağından çok bir enerji taşıyıcısı olarak düşünülmektedir. Elektriğe 20. yüzyılın enerji taşıyıcısı, hidrojene 21. yüzyılın enerji taşıyıcısı diyen çevreler vardır. Hidrojen yerel olarak üretimi mümkün, kolayca ve güvenli olarak her yere taşınabilen, taşınması sırasında az enerji kaybı olan, ulaşım araçlarından ısınmaya, sanayiden mutfaklarımıza kadar her alanda yararlanacağımız bir enerji sistemidir. Hidrojen içten yanmalı motorlarda doğrudan kullanımının yanı sıra katalitik yüzeylerde alevsiz yanmaya da uygun bir yakıttır. Ancak dünyadaki gelişim hidrojeninin yakıt olarak kullanıldığı yakıt pili teknolojisi doğrultusundadır. 1950'lerin sonlarında, NASA tarafından uzay çalışmalarında kullanılmaya başlayan yakıt pilleri, son yıllarda özellikle ulaştırma sektörü başta olmak üzere sanayi ve hizmet sektörlerinde başarı ile kullanıma sunulmuştur. Yakıt pilleri, taşınabilir bilgisayarlar, cep telefonları gibi mobil uygulamalar için kullanılabildiği gibi elektrik santralleri için de uygun güç sağlayıcılardır. Yüksek verimlilikleri ve düşük emisyonları nedeniyle, ulaşım sektöründe de geniş kullanım alanı bulmuşlardır.

Yakıt Pilleri

Her ne kadar çalışma prensipleri benzer olsa da, çalışma koşulları ve uygulama alanları farklılık göstermektedir. Tablo 1'de yakıt pili çeşitlerinin temel özellikleri verilmiştir. Atık olarak su ve ısı elde edilmesi ve özellikle minimum seviyedeki emisyonları yakıt pillerini avantajlı kılar. İçten yanmalı motorlarda, toplam kontrol edilemeyen emisyonlar 2370 ppm, gaz türbinli sistemlerde 120 ppm olduğu halde, yakıt hücreli sistemlerde sadece 5 ppm'dir. Yakıt pilleri, boyutlarının küçük olması, yüksek verimle çalışmaları ve atık ısılarının kullanılabilir olmasının yanı sıra aşağıdaki özellikleri nedeniyle de diğer güç sistemlerine göre daha üstündürler. (www.eie.gov.tr)

Modüler olmaları


Kullanıcıya yakın inşaa edilebilmeleri


Yakıt olarak saf hidrojenin yanısıra doğal gaz, metanol veya kömür gazlarının kullanılabilmesi


Sessiz çalışmaları


İnşa edilecek alanda çok az çevre kısıtlamaları gerektirmeleri ve kısa sürede inşaa edilebilmeleri.


Katı atık problemlerinin olmaması.


Hidrojen AR-GE Programları

Hidrojen sisteminin gelişimi ile ilgili olarak gelişmiş ülkelerde kamu kuruluşlarının ve otomotiv şirketlerinin yoğun faaliyetleri vardır. Bu çalışmalar gittikçe daha çok kaynak ayrılarak artmaktadır. ABD, AB ülkeleri ve Japonya'da üretim yapan otomobil ve otobüs firmalarının hemen hemen tümü yakıt pilli prototip modellerini geliştirmektedirler. Ayrıca hidrojen yakıtlı içten yanmalı motorlu modeller de geliştirilmektedir. Bu prototipler araştırma amaçlı olup, oluşabilecek problemleri görmek ve gidermek içindir. Ayrıca Airbus ve NASA da hidrojen ile çalışacak gaz türbinli ve yakıt pilli yolcu uçağı geliştirmek için yoğun çalışmalar yapmaktadırlar. Almanya, Rusya ve ABD yeni denizaltılar için hidrojen yakıt pilli uygulamalarına geçmişlerdir. Ford, Opel, Honda, Mazda, Nissan, Toyota ve Daimler-Crysler yakıt pilli ilk modellerini çıkarmışlardır. Yakıt pilli arabalardaki önemli bir sorun hidrojen deposudur. Hidrojen deposu hem büyük hem ağır olmaktadır. Ayrıca yüksek basınçlı olduğundan kaza sırasında tehlike arz etmektedir. (Honda 2003 ve Ford 2004 hidrojen depolu, Daimler-Crysler 2004 sıvı hidrojen depolu, Ford 2004 ve Toyota 2003 basınçlı hidrojen depolu olarak yapılmaktadır.) Bir alternatif, depo yerine hidrojeni bir sünger gibi emen metal hidritler kullanılmasıdır (Toyota 2004). Hidrojen, yakıt pilinden çıkan artık ısı kullanılarak metal hidritin ısıtılması ile metal hidritten ayrılır. Ancak bunlar da ağırdır ve kapasiteleri az olmaktadır. Bir diğer seçenek hidrojenin arabanın üzerinde elde edilmesidir. Bunun için benzin ve metanol gibi yakıtlardan buharla reaksiyon yöntemi ile hidrojen elde eden sistemler geliştirilmiştir (Honda 2003, Nissan 2003, Mazda 2005, Toyota 2004, Opel 2004). Ancak bu sistemler çok yer kaplamaktadır. Hidrojenin arabanın üzerinde elde edilmesi için geliştirilen en uygun yöntemlerden biri ise sodyum borohidritin yakıt olarak kullanıldığı yöntemdir ve Daimler-Crysler'ın bir modelinde geliştirilmektedir. Bor türevini yakıt olarak kullanan bu model özellikle ülkemiz açısından önemlidir. Çünkü dünyadaki en zengin bor kaynakları ülkemizdedir.

Hidrojen sisteminin dengeli bir şekilde gelişimi için batılı ülkeler çok büyük AR-GE kaynakları ayırmaktadırlar. ABD uzun zamandan beri yakıt pili gelişimini ve uygulamalarını teşvik etmektedir. 2000 yılında başlatılan SECA programı, Enerji Bakanlığı, ulusal laboratuarlar ve endüstri arasında yerleşik yakıt pili uygulamaları için oluşturulan bir ortak araştırma programıdır. 2002 yılında Enerji Bakanlığı tarafından, ABD'deki otomotiv firmalarının da işbirliği ile, ulaşım sektöründeki hidrojen kullanımına yönelik 'Freedom Car' programı başlatılmıştır. Bu programda AR-GE faaliyetleri, ulusal laboratuarlar, otomotiv firmaları, üniversiteler ve diğer araştırma kuruluşlarında yapılmaktadır. 1.7 milyar $'lık 'Freedom Car' programının çoğu hidrojenle ilgili konuları (hidrojen depolama, yakıt pili ve yakıt pilli araba tahrik sistemleri) kapsamakta, ancak bunların yanında elektrikli ve hibrid arabalarla ve arabalar için hafif yapı malzemeleri geliştirilmesi gibi konuları da içermektedir. Japonya da çeşitli tiplerde yakıt pilleri geliştirilmesi konularında 1981 yılından beri 1 milyar $'dan fazla AR-GE kaynağı ayırmıştır. Japonya'nın 2002 hidrojen AR-GE bütçesi 220 milyon $, 2003 hidrojen AR-GE bütçesi ise 288 milyon $'dır. AB ülkeleri de hem kendi içlerinde hem de çerçeve programları olarak hidrojen konusundaki araştırmaları düzenli olarak desteklemektedirler. Bu destek son yıllarda daha da yoğunlaşmıştır. Hidrojen ve yakıt pili ile ilgili araştırmalar için ayrılan kaynaklar, 1999-2002 dönemini kapsayan beşinci çerçeve programında 127 milyon Euro, 2003-2006 dönemini kapsayan altıncı çerçeve programında ise 2.12 milyar Euro'dur. (Prof Dr. S. Kemal İder)

Türkiye'nin Yapması Gerekenler

Ülkemiz hidrojen enerjisinden hangi zamanlarda ne şekilde faydalanacağını planlamalıdır. Eğer Türkiye hidrojen enerjisi konusundaki gelişmeleri uzaktan izlerse gelecekte büyük bedeller ödemek zorunda kalır. Yakıt pilleri ile ilgili olarak ve özellikle yenilenebilir enerji kaynaklarını değerlendirmek üzere bu konulardaki teknolojik yenilikleri uygulamak ve geliştirmek için AR-GE çalışmaları yapmalıdır. Bilindiği gibi AB Çerçeve programlarının amaçlardan biride AR-GE çalışmalarının Avrupa üzerinde yaygın bir şekilde yapılmasıdır. Her bir proje için çok sayıda ülkenin üniversite ve şirketlerinin katılımı aranmakta ve bilgi iletişimi ile ortak AR-GE çalışmaları özendirilmektedir. Ülkemizdeki enerji ile ilgili AR-GE kurumlarının ve otomobil üretici firmalarının bu projelere aktif olarak katılmaları sağlanmalıdır. Dikkat edilmesi gereken bir diğer nokta olarak, oluşan bilgi birikimin AR-GE çalışmalarının sürekliliğini sağlamak üzere kişilerde değil kurumlarda kalması sağlanmalıdır. Hidrojen için gereken elektrik üretiminde birincil enerji kaynakları olarak özellikle ülkemizde bulunan ve yenilenebilir kaynaklara rağbet edilmelidir. Bunların başında, çok düşük maliyetle elektrik elde edilebildiği için hidroelektik enerjisi gelmektedir. Ayrıca rüzgar enerjisi de önemli bir potansiyele sahiptir. Ancak rüzgardan elektrik üretimi düzensiz olduğu için belli bir miktardan sonra şebeke kullanımına uygun değildir. Hidrojen, saklanabilir bir enerji taşıyıcısı olduğu için rüzgarın bu potansiyelinin uygun olarak değerlendirilmesine fırsat vermektedir. Yine düzensiz elektik enerjisi kaynaklarından olan güneş enerjisinden hidrojen elde edilmesi ise en önemli potansiyellerden birisini oluşturmaktadır.

Sonuç olarak hidrojen diğer yakıtlara göre pahalı olmasına rağmen uzun dönemde teknolojik ilerlemelerle enerji kullanımında önemli rol oynayacaktır. Bekleyip görmek yerine araştırıp görelim.


Gelecek yazımızda görüşmek üzere'

engin.aycicek@elektrikport.com