Hidrojen Enerjisi-Geçme Çabaları:

 

1--Hidrojen atom ağırlığı 1, oksijeninki ise 16 olduğuna göre, 1 kg su içindeki hidrojen miktarı 2/18 ya da 0,1111 kg. Doğal gazda (CH4) oran olarak biraz daha fazla (4/16 ya da 0,25 kg).

 

2--Yenilenebilir kaynaklardan üretilen hidrojene yeşil hidrojen deniyor ve yine Economist dergisinde geçen sene yayınlanan bir makaleye göre üretim maliyeti 4-5 USD/kg. Ancak yakın gelecekte, yenilenebilir enerji kaynaklarının bol olduğu yerlerde (örneğin Batı Avustralya) 1-2 USD/kg’a kadar inmesi bekleniyor.

 

3--Yakıt hücresinden elde ettiğimiz elektrik (üretilen elektrik, Wg) her zaman elektroliz için harcanandan (tüketilen elektrik, We) az oluyor.Mevcut teknolojiyi kullandığımızda, giren enerji ile çıkan enerji arasındaki farkı hesaplayalım.

 

3.1--Rolls-Royce’un kullanacağı Hoeller elektrolizörlerinin,web sitelerinde yapılan tanımlaması En sağdakini (L) alırsak,

 

--Harcanan elektrik, We = 1.4 MW = 1400 kW

 

--Bu elektrik harcaması ile üretilen hidrojen, Q = 295 Nm3/h

 

--Üretilen hidrojenin ısı değeri, H = Q x LHV = 295 x 2.78kW = 820 kW

 

LHV (“Lower Heating Value”) = 2.78 kWh/Nm3 — 1 Nm3

hidrojeni yakınca elde edilen ısı (su buharıyla kaçan ısı hariç).

Nm3 = Normal metreküp; yani 1 atmosfer basınç, 0oC,kuru gaz metre küpü.

 

3.2--Elektroliz verimliliği (hidrojen ısı değerinin harcanan elektriğe oranı) = 820/1400=58% Yani daha hidrojeni üretirken, koyduğumuz enerjinin %42’sini kaybediyoruz. Hidrojeni tekrar elektriğe çevirirken kullanılan hidrojen türbini (ya da yakıt hücresi) verimlilikleri de taş çatlasa %65’i geçmeyecektir.

 

3.2.1--O zaman H = 820 kW’lık hidrojeni tekrar elektriğe dönüştürdüğümüzde elimize ancak Wg = 820 x 0,65 = 533 kW geçer.İkisini birleştirirsek, hidrojenden ürettiğimiz elektrik ile elektroliz sırasında harcanan elektrik oranına round-trip (girdi-çıktı) verimliliği diyoruz.

 

nrt=Wg/We

η =nexng

 

3.2.2--Yukarıdaki hesaba göre bu oran 533/1400 = 0,38 yani %38 oluyor.38 bana çok düşük geldi. Bu rakamın elektroliz ve jenerasyon verimliliklerinin çarpımı olarak da ifade edebiliriz:

 

3.2.3--Jeneratör verimliliğini arttırmak bence zor. Yukarıda kabul ettiğim %65 oranı bile, iyimser bir oran bence.

 

3.4--Sonuç olarak, hidrojenin sabit elektrik depolamasının,diğer depolama yöntemlerinin önüne geçmesi için elektroliz verimliliğinin artması lazım. Bu yönde çok araştırma yapılıyor ve şu anki sonuçlar umut veriyor. Örneğin, Nature Communications dergisinin Mart 2022 sayısında yayınlanan bir makalede, Avustralya Wollongong Üniversitesinden bir ekip, kılcal kanallar kullanarak tasarlanan bir elektrolizörde verimliliğin %98 olacağını iddia ediyor.

 

4--Ulaşım Sektöründe Hidrojen

 

4.1--Ulaşım sektöründe durum biraz farklı. Atıksız ulaşım yakıtı

olarak hidrojen dışında iki seçenek daha var.

İkisinin de değişik sorunları var. 

Bunlar:

1--biyoyakıt

2--elektrik (Lityum iyon pili ya da benzeri yolu ile)

4.1 Biyoyakıtlar

 4.2--Bu birinci seçeneği ikiye ayırabiliriz:

(a) mısır ve şeker kamışından üretilen etanol;

(b) yosundan üretilen yakıtlar.

 

4.3--Mısır, şeker kamışı ya da onun gibi nişastalı ya da şekerli ürünlerden çıkarılan etanol kökenli biyoyakıtlar bence sürdürülebilir değil. Dünyada zaten bir açlık sorunu varken tarıma elverişli sınırlı alanlarda yetiştirdiklerimizi araba motorlarında yakmak etik değil; ayrıca, devlet teşvikleri olmazsa ticari de değil (ABD ve bazı başka ülkelerde,tarımsal sektörden oy almak için mısırdan etanol üretimi için çiftçilere devlet yardımı yapılıyor).Yosundan yakıt üretimiyse şu anda henüz gelişmiş bir teknoloji değil ve maliyeti hakkında ciddi bir kestirimde bulunmak olanaksız.

 

4.4--Elektrikli Taşıtlar

 

4.4.1--İkinci seçenek, yani elektrikli arabalara karşı hidrojenin bir avantajı var mı bilmiyorum. Binek arabalarında, Toyota dışındaki otomobil üreticileri kartlarını elektrikten yana oynuyor gibi. Çoğunluğun elektrik motoru tercihinin sebebi bence maliyetten çok kullanım kolaylığı ve güvenlik kaygıları.

 

5--Economist dergisinin Morgan Stanley kuruluşuna atıfla yakın gelecek için tahmin ettiği yeşil hidrojen maliyeti 1 USD/kg. Buna göre, bir kilo hidrojenin enerji değeri yaklaşık olarak 1 Amerikan galonu (3,78 litre) benzinle eş değerli olduğuna göre, bu pahalı değil aslında. Bu nedenle Toyota dışındaki otomobil sektörünün elektrikli

 

5.1--motor tercihini maliyet dışı kaygılara bağlıyorum. Geçen hafta izlediğim bir videoda, hidrojenle çalışan bir Toyota otomobilinin yakıt depolama basıncının 70 MPa olduğunu öğrendikten sonra, bu kaygıları ben de temelsiz göremiyorum.

 

5.2--Ben, yüksek tonajlı kamyon, gemi ve uçaklarda hidrojenin geleceğini daha parlak görüyorum. Örneğin, Queensland Airlines’ın bir reklamında, benim yaşadığım Queensland eyaletinde, her ne kadar hâlâ çözüm bekleyen bazı sorunlar olsa da, hidrojenle çalışan bir uçağın 2026 senesinde seferlere başlama planları yaptıklarını öğrendim.

 

5.3--Sonuç olarak, hidrojenle çalışan otomobillerin yakın gelecekte yaygınlaşacağını sanmıyorum ama kamyon, gemi ve uçaklarda daha bugünden başlayan uygulamalar var.ve artacağa benziyorlar.

 

5.4--Ulaşım sektörünün diğer elemanı trenler için, elektrik herhalde fosil yakıtların rakipsiz tek alternatifi olmaya devam edecek. Hidrojenle çalışan tren göreceğimizi sanmıyorum.

 

6--Enerji Taşıyıcısı Olarak Hidrojen:

 

6.1--Enerji taşıyıcısı derken, bir ülkeden bir başka ülkeye enerji naklini kastediyorum. Tıpkı, gaz ve petrolün, borularla ve gemilerle taşınması gibi. Güneş taşınamaz ama güneşten elde edilen enerji taşınabilir. Bu taşıyıcı, hidrojen olabilir mi?

 

6.2--Batı Avustralya’da AREH isimli bir firma, güneş enerjisi ile hidrojen üretip satmayı amaçlıyor. Yılda yaklaşık 1,6 milyon ton yeşil hidrojen veya 9 milyon ton yeşil amonyak üretme kapasitesi hedefleniyormuş. Geçen ay BP (“British Petroleum”), AREH’in %40 hissesini satın aldı. Henüz ciddi bir yatırım olmadı, hepsi planlama aşamasında.

 

6.2.1--Buna benzer bir senaryo Çin için de geçerli. Çin’in batısında güneş enerjisi bol ama nüfus ve enerji talebi Doğu Çin’de. Batıdan doğuya enerjiyi hidrojen boru hatları ile taşımaktan bahsediliyor ama şu anda kesin başlamış bir proje yok.Bana sorarsanız, sanki elektriği doğrudan HVDC (“High Voltage Direct Current”) hatları ile taşımak daha akıllıca gibi geliyor. HVDC hat fiyatları ucuz değil (1 milyon USD/km gibi), ama kayıp, hidrojendeki% 62’nin çok altında.

 

6.3--Hidrojeni taşımak da ayrıca doğal gaz taşımak kadar kolay değil. Paslanma ve kaçak sorunları var. Belki deniz ötesi enerji taşımada hidrojen elektrik hattı döşemeye göre daha cazip geliyordur. Bu konular araştırılmaya devam ediyor. HVDC hat maliyetlerine göre, taşıyıcı olarak elektrik yerine hidrojen kullanmak bazı şartlarda daha ehven olabilir belki.

 

7--Hidrojenin Doğrudan Kullanımı

 

7.1--Bir de hidrojenin bir yakıt değil de kimyasal bir eleman olarak kullanıldığı ve kullanılabileceği yerler var. Bunlardan,CO2 atıklarını azaltma potansiyeli en fazla olan sektör,çelik üretimi. Kok kömürü yerine hidrojen kullanacak çelik üretim teknolojileri artık pilot üretim aşamasına geldiler. Bunların içinde sonuca en yakın olanı, üç İsveç firmasının üzerinde çalıştığı HİBRİT teknolojisi.

 

7.2--Forbes dergisinde 19 Ağustos 2021 de yayınlanan bir makalede, İsveç Sanayi ve İnovasyon Bakanı İbrahim Baylan’ın bu teknolojiye verdiği öneme değinilirken, hidrojenle üretilen çeliğin 2026’dan itibaren piyasaya sürüleceği söyleniyordu.Önümüzdeki on yılda, çelik üretiminde bir teknoloji devrimi yaşanacağını bekliyorum.

 

8--Türkiye İçin Hidrojen Enerjisi:

 

8.1--Çeşitli sektörlerde, hidrojenin rekabet şansını yukarıda irdelemeye çalıştım. Türkiye için aklıma gelenleri ve bu konudaki görüşlerimi günümüzde kanıtlanmış teknolojilerle sınırlayarak, yazacağım şimdi.

 

8.2--Türkiye’de büyük barajlar var ve bu barajlar debi azlığından nadiren tam dolulukta çalışıyor diye biliyorum. O yüzden, sabit elektrik depolamaya gereksinim duyulursa,suyu barajlardan yukarı pompalayarak hidroelektrik potansiyel enerjiye çevirmek en uygun seçenek bence.

 

8.3—Kömür ve gaz yakarak üretilen elektriği, % 62 kaybı göze alarak, hidrojene çevirmek akıl karı bir iş değil.En uygun çözüm güneş gibi gözüküyor. Hidrojen üretmek için Türkiye coğrafyasında güneşi bol olan bölgeler var. Örneğin Şekil 5’teki haritada, Güney ve Güneydoğu Anadolu, Avrupa’da güneş enerjisi arzında başı çeken Güney İspanya’ya eşdeğer gibi gözüküyor.Bu haritaya bakınca, kendime ‘bu harita doğru mu’ diye sormadan edemedim.

 

8.3.1--Bu haritanın, hepsi değilse bile en azından Türkiye ve Suriye taraflarının doğruluğu konusunda emin değilim. Enlem ve boylama göre atmosferin üstüne düşen güneş enerjisinin, uydu fotoğrafları ile takriben saptanan bulutluluk ve diğer hava faktörlerini de işin içine katarak düzeltilmesi, yani son aşamada modelleme ile üretilmiş bir harita gibi geldi bana.

 

8.3.2--Bir başka kaynak olarak, 2011 senesinde yayınlanan bir makaleyi okudum. Devlet Meteoroloji Ofisi uzmanı Bülent Aksoy imzalı bu makalede, Türkiye genelinde yapılan doğrudan güneş enerji ölçümlerinin bir güneş

kaynak haritası yaratacak yeterlilikte olmadığını belirtiyor.

 

8.3.3--Aksoy’un NASA/SSE (“The National Aeronautics and Space Administration” - Ulusal Havacılık ve Uzay Dairesi / “Surface Meteorology and Solar Energy” - Yüzey Meteorolojisi ve Güneş Enerjisi) verilerini kullanarak hesapla Şekil 5. Avrupa’nın Küresel Yatay Işın Alma Haritası dığı sayılara göre Türkiye güneş potansiyeli Şekil 6’daki gibi imiş.

 

8.3.4--Şekil 5 ve Şekil 6 haritaları arasında büyük bir fark yok.ama Aksoy’un haritası bence daha güvenilir bir harita.Muğla civarı, Karaman’ın güneyi ve Hatay’dan başlayarak tüm Güneydoğu Anadolu’da hatırı sayılır güneş parlaklığı (“irradiance”) olduğu çok olası. Ancak, bir bölgenin güneş enerji potansiyelini değerlendirebilmek için,güneş parlaklığı dışında başka faktörleri de irdelemek

lazım.

 

8.3.4.1--Örneğin Muğla yöresi, Şekil 6’da kıpkırmızı gözüküyor.ama yerleşim yoğunluğu, bitki örtüsü ve engebeli arazi göz önüne alındığında, Muğla civarında büyük güneş santralleri kurmaya elverişli saha sayısı kısıtlı olabilir.

Tarım ve başka amaçlarla kullanılmayan, topoğrafyası uygun alanlar olarak bakıldığında, Türkiye’deki güneş enerji potansiyelinin yukarıdaki haritalarda gözüktüğü kadar olmadığı üzerine bir Avrupa Birliği araştırma raporu okumuştum ama o raporu şimdi bulamadım.

 

9—Kaynak Yazardan Sonuç-Türkiye eğer iç ve dış pazarlar için hidrojen üretmek istiyorsa, bunun Suriye ile birlikte yapılması en uygunu olur. Teknolojinin bir kısmı ve proje mühendisliği Türkiye’den, saha Suriye’den. Bazı siyasi engeller aşılabildiği takdirde bu,her iki ülke için muazzam bir proje olur.

 

10—Yorum:

 

10.1--AB-hidrojen--Japonya-Amonyak vs da ciddi yatırım yaparak daha şimdiden Hidrojenli taşıtlarda tren ve gemilerde-ağır yük taşıtları-tır vs hidrojen ön plana çıkacak gibi görünüyor.

 

10.2--Bazı ülklere şimdiden yeşil hidrojene yatırım yapmaya başladı. Otomobillerde elektrikli otolar ön planda. Otomobillerde Hidrojen depolamada sorunlar çözülürse hidrojen kitleri ile normal benzinli otolardan hidrojenli otolara dönüşüm geçirecek oto sayısı ciddi olabilir.

 

10.3—Yenilenebilir enerjiler ile hidrojen üretiminde verim düşük olsa bile bu konu ön plana çıkacak gibi. Örneğin kuzey afrikada kısmi olarak  güneş enerjisinden üretilecek  yeşil hidrojen AB nin ağır vasıtalarının enerji kaynağı olabilir.

 

10.4—Türkiyede güneş enerjisi üretimi için Bülent aksoyun haritası referans alınarak güneş çiftlikleri kurulabilir.Özellikle Suriye ile işbirliği oldukça önemli.

 

10.5—Öte yandan çelik üretiminde kömürün yerini ciddi anlamda hidrojen alacağa benziyor.

 

10.6—Türkiye yenilenebiir kaynaklardan elde ettiği enerjiyle enerji fazlasını pompaj depolamalı barjalarda depolayabilir mi.Egede güneş-rüzgar-jeotermal kaynaklı üretim oldukça önemli.

 

10.7—Biyo yakıt kaynaklı enerji üretimi berezilya vs bazı ülkeler için doğru bir tercih olsabile dünyanın bütünü için gıda nedeniyle çözüm olmayacağa benziyor.

 

Kaynak: Mühendis Ve Makina Güncel-Temmuz 2022-Hidrojen Enerjisine Geçme Zamanı Geldi Mi-Halim Gürgenci1