Geleceğimizde Hidrojen

Geleceğimizde Hidrojen

Hidrojen periyodik tablonun ilk elementidir. Su anlamına gelen hidro, H ile sembolize edilir ve atom numarası 1’dir. Havadan 14,4 kat daha hafiftir. Hidrojen atmosferik basınç altında -252,77°C’de sıvı hale dönüşür. Hidrojen enerjisi, hidrojen saf halinde ayrışmasının bir sonucu olarak molekülerinde salınan kimyasal bir enerjidir. Bu enerji çeşitli yöntemlerle ısı ve elektriksel biçimlere dönüştürülerek kullanılabilir. Ayrıca su buharı yaydığı için temiz enerjidir. Hidrojen tüm yakıtlar arasında birim kütle başına en fazla enerjiyi içeren bir yakıt olma özelliğine sahiptir. 1 kg hidrojen yaklaşık 2,1 kg doğalgaz, 2,8 kg petrolde bulunan enerjiyi verir. Rusya’nın Ukrayna’yı işgalinden sonra bana göre 1. global enerji krizi ile birlikte enerji fiyatlarında beklenmeyen artışlar ve dengesizlikler meydana geldi. Rusya ciddi bir petrol, doğalgaz ve kömür icraatçısıdır.

1970’lerde ki petrol krizi ile birlikte ekonomilerde resesyonlarla karşılaşıldı. 1. Global enerji krizi ve iklim krizi ile birlikte, enerjide yeni bir döneme girildiğini kabul etmek gerekmektedir. Paris iklim anlaşması ile küresel emisyonların 2030’a kadar en az %50 azaltılması hedeflenmişti. Bu hedefe ulaşmada enerjide verimlilik, yenilenebilir enerjide kapasite artışları önemli rol oynayacaktır. Hidrojenin de 2050 yılına kadar %10 – %20 arasında bu pastadan pay almasını beklemekteyiz. Hidrojenin fosil yakıtlardan ve yenilenebilir enerji kaynaklarından üretimi mümkündür. Aslında hidrojen devamlı gündemde idi. Üretim maliyeti ve özellikle taşıma maliyetinin yüksekliği tartışılıyordu ama Avrupa Birliği’nin 2050 net sıfır karbon yönelik taahhüdü ile süreç bambaşka şekle evirilmiştir.

Hidrojenin oksijenle yanması sonucu ortaya çıkan sıcaklık yaklaşık 2.600°’dir. Hidrojende farklı üretme ve üretimde karbon salınımına göre sınıflandırılması şu şekildedir:

  • Yeşil Hidrojen: Yenilenebilir kaynaklı elektrik kullanarak suyun elektrolizi ile üretilir, karbon salınımı yoktur.
  • Sarı Hidrojen: Nükleer Enerji kullanarak suyun elektroliz yoluyla üretilir.
  • Mavi Hidrojen: Buhar reformasyonu ile doğalgazdan üretilir. Karbon emisyonu düşüktür.
  • Turkuaz Hidrojen: Piroliz yöntemi ile doğalgazdan üretilir. Karbon emisyonu düşüktür.
  • Gri hidrojen: Buhar reformasyonu yöntemi ile doğalgazdan üretilir. Üretim esnasında atmosfere CO2 salınır.
  • Siyah hidrojen: Kömürden üretilir ve üretim esnasında atmosfere CO2 salınır.

Şunu söyleyebilirim ki hidrojen üretimi sonrasında depolaması ve taşınması işlemi gaz formunda sıkılaştırılarak veya basınçlı ortamda sıvı formda tankerler taşınabilir ama özellikle AB ülkelerinde doğal gaz boru hatları ile taşıması için çalışılmaktadır.

(Elektroliz Doğru Akım (DC) uygulanarak suyun H ve O ayrılması işlemlerine denir.)

Enerji santralleri ile buhar üretilebilir ve buharda elektrolize edildiğinde saf hidrojen ve oksijene ayrıştırılır. 1000 MW’lik bir Nükleer Güç Santrali yılda yaklaşık 2000 bin ton H üretilir. Dünyanın en büyük H üretimi ve kullanıcısı olan Çin’de 1000 yakıt hücreli otobüs ve 2000 yakıt hücreleri ticari kamyon faaliyet göstermektedir.

Dünyada H üretiminin %90 – %95’i fosil yakıtlardan, %5 – %10 arası ise yenilenebilir enerjiden elektrolize edilmektedir. Doğalgazdan H üretiminin maliyeti kg başına 1-3 dolar arasında, yenilenebilir enerjide ise bu rakam kg maliyeti 3-7 dolar arasındadır. 2021-2022 yıllarında 30 ülke H yol haritasını belirlemiş ve yaklaşık 228 H projesini yayınlanmıştır.

Ulusal stratejilere bakıldığında 2050 yılından sonrası için H talebinin 270 milyon ton ve yaklaşık yatırım miktarının 250 milyar dolar olması ve küresel enerji talebinin 1/5 karşılanmasını beklenmektedir. Özellikle AB ülkelerine Almanya H konusunda liderlik yapmaktadır. 9 milyar euroluk hidrojen yatırımları yaptı. Almanya, hidrojeni ulaşım alanında da yaygın kullanıyor. Dünya çapında 600’den fazla H yakıt ikmal istasyonu mevcut. Japonya 142, Almanya 102, ABD’de 73 adet bulunmaktadır. 2023 yılında 70 milyon ton H üretilirken bunun %4’ü yenilenebilir enerjiden üretilmiştir. (%48’i doğalgaz, %30’u petrol, %18’i kömür)

ALTSO enerji tarafından 2019 yılında H ile çalışan tren faaliyete geçirilmiş ve bu tren sayısının ilerleyen dönemlerde 14’e çıkarılacağı bilinmektedir.

Ulusal Enerji Ajansı (IEA) Başkanı Fatih Birol da Hidrojen enerjisinde önümüzdeki dönemlerde yükseliş yaşanacağını, özellikle yenilenebilir enerjiden üretilecek hidrojenin beş yıl içerisinde 1000 misli büyüyeceğine dikkat çekiyor.

Türkiye, Ulusal Enerji planı ve Hidrojen Teknolojileri stratejisini ve yol haritasını açıkladı.

Buna göre hidrojende elektrolizer kurulu güç kapasitesi 2030 yılında 2 GW, 2035’te 5 GW, 2053 yılında ise 70 GW’e ulaşmasını hedeflenmektedir.

2030 yılı itibari ile hidrojen karışımı doğalgazda %12, sentetik metan da ise %30 olarak belirlenmiştir. Kilogram başına hidrojen üretim maliyetinin de 2035 yılında 2,4 $ seviyesi hedeflenmektedir. Bu maliyetin 2050’li yıllarında ise yarı yarıya düşürülmesi planlanmaktadır.

Türkiye’nin Kurulu gücü 100 GW’i aşmış böylece dünyadaki 14 ülkeden biri unvanına kavuşmuştur. Türkiye’de elektrik piyasası büyüklüğü 500 milyar TL’nin üzerindedir.

Ülkemizde enerji yoğunluğuna sektör bazlı bakarsak;

  • Çimento Sektörü %55
  • Demirçelik sektörü %50 – %60
  • Cam sektörü %35
  • Kâğıt sektörü %30
  • Tekstil sektörü %25
  • Gıda sektörü %20

Bundan dolayı ki, enerji yoğun sektörlerin karbondan arındırılmasın da hidrojenin etkin olarak kullanılması beklenmektedir. Ayrıca karbon salınımının %30’dan fazlası ulaşım sektöründen kaynaklanmaktadır. Yeşil hidrojen ile birlikte hidrojen tüplerinin hafif olmasından dolayı sadece otomobillerde değil taşımacılık, tren, gemi segmentinde de kullanılabilmektedir. Yeşil hidrojen kullanan yakıt hücreli araçların özellikle çok daha uzun mesafelerde kullanılabileceği görülmektedir.

Araştırmalar sonucu Hidrojen yakıt hücredeki araçlarda, otomobillerde %20’ye, toplu taşıma araçlarında %10’a, tır, kamyon gibi ticari araçlarda %30 rakamına 2050’li yıllarda ulaşılacağı öngörülmektedir.