Hidrojen Enerjisi

'Ders notları' forumunda HazaN tarafından 7 Aralık 2009 tarihinde açılan konu


  1. Hidrojen ekonomisi
    Hidrojen Enerjisi


    Hidrojen ekonomisi, hidrojenin taşıtlar, elektrik kullanan cihazlar, konutlar, iş yerleri ve sanayide karbon temelli taşıyıcılar, (petrol, kömür, v.b.) yerine ana enerji taşıyıcı kaynak olarak kullanıldığı bir gelecek ekonomisi. Hidrojen ekonomisi, enerji ihtiyacının karşılanmasına dair sorunlar ile hidrokarbon yakıtların neden olduğu çevresel sorunların çözümü için bir alternatif olarak da görülmekte. Hidrojen ekonomisinin önemli bir unsuru olan ve hidrojeni yakıt olarak kullanan yakıt hücrelerinin, gelecekte pek çok içten yanmalı motorun yerini alabileceğini ve enerji ağının yük dengeleme sorununu çözebilecek önemli bir alternatif olabileceği değerlendirilmekte.

    Hidrojen, sentetik bir enerji taşıyıcısı. Üretim kaynakları son derece bol ve çeşitli. Bunların en başta gelenleri su, kömür ve doğal gaz. Hidrojen, bilinen tüm yakıtlar içerisinde birim ağırlık başına en yüksek enerji içeriğine sahip (120,000 kJ/kg). Sıvı haline dönüştürüldüğünde gaz halindeki hacminin sadece 1/700'ünü kaplıyor. Saf oksijenle yandığında sadece su ve ısı açığa çıkarıyor. Hava ile yandığında ise azot oksitler açığa çıksa da diğer yakıtlara göre kirliliği son derece az. Dünyada üretilen hidrojenin çok büyük bir bölümü, metanın su buharı ile katalitik olarak oksidasyonu yöntemi ile doğal gazdan elde edilmekte. Doğal gazın yanı sıra diğer hidrokarbon yakıtlardan da (metanol, LPG, Nafta, Benzin) su buharı ile katalitik olarak hidrojen üretilebilmekte. 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 üretilebilmekte.

    Önümüzdeki 30-40 yıllık dönemde Çin, Hindistan gibi yükselen ekonomilerin hızla artan talebiyle birlikte petrolün fiyatının bugünkü fiyatını düzeyini bekleniyor. Petrolün bugünkü ve gelecekte öngörülen durumu, ithalat bağımlılığı, fosil yakıtların yarattığı karbondioksit emisyonları ve Kyoto Sözleşmesinin 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 sektörünün dönüşümünün sağlanmasında özel sektör kadar destekleyici hükümet politikaları da kilit rol oynayacak.
    Dünya ekonomisinin anahtarı sayılabilecek enerji sektörü çok yavaş dönüşen bir sektör. Petrol ve doğalgazın boru hatları, tanker taşımacılığı gibi büyük ulaşım projeleri ile taşınması, elektriğin bir merkezden dağıtım yollarıyla evlere ulaşması söz konusuyken, hidrojen gibi ihtiyacın olduğu noktada enerjinin üretileceği bir sisteme geçilmesi dünyadaki ekonomik yapılanmada köklü bir değişim olacağının habercisi. ABD Enerji Bakanlığı’nın hidrojen ekonomisi vizyonu ve yol haritası bunun en önemli göstergelerinden.
    Gelişmekte olan ülkelerin artan enerji talebi ve dünyada elektriksiz yaşayan iki milyon için hidrojen teknolojileri kullanılabilir. Gelişmekte olan ülkelerin enerji ihtiyacını bu şekilde karşılaması ile ekonomik alanda önemli bir sıçrayış yakalamaları mümkün. Türkiye'nin hidrojen yol haritaları ise Prof. Dr. T. Nejat Veziroğlu'nun tarafından yandaki gibi öneriliyor.

    Hidrojen enerjisinin global olarak kullanılacağı asıl büyük pazar ise otomotiv; ulaşım sektörü. 1990’ların ortalarından itibaren benzin ve yakıt pili ile birlikte çalışan melez (hibrid) araçlar geliştirilirken, yakıt pilinin beslenmesinde yakıt kaynağı olarak hidrojen kullanılıyor. Hidrojenin üretilmesinin ucuz hale gelmesi ile birlikte yaygınlaşacak olan bu araçlar son tüketiciler için de petrol yakıtlarına oranla çok daha ucuz ve iki-üç kat daha verimli hale gelecek. Bu alanda da bugüne kadar yapılan çalışmalar, hidrojenle çalışan yakıt pilli araçların üretilmesi, bu alanda büyük bir rekabetin başlayacağını gösteriyor. Enerji ve otomotiv yavaş yol alınan sektörler olduğu için şu an hibrid (melez) otomotivlerle başlayan dönüşüm süreci araçların 5.- 6. jenerasyonlarının üretilmesi ile hidrojenle veya başka kaynaklarla çalışan yakıt pilli araçların tamamen piyasada olması ile tamamlanacak. ABD Kaliforniya Eyaleti hidrojenli araçları teşvik etmek amacıyla 2010 yılına kadar tamamında hidrojen istasyonlarının yer aldığı bir otoyol ağı kurmayı amaçlıyor. 2030 yılında karma yakıtlı araçların otomotiv sektöründe payının artacağı, 2040 yılında da büyük oranda yakıt pilli araçların sektörde yer alacağı tahmin ediliyor.
    Evlerde kullanım 2020 yılından itibaren yaygınlaşacak. Katı-oksit yakıt pilleri ve uygulamaları konusunda oldukça iddialı hedefleri olan ve iki yılda bu alana 20 milyon dolar harcayan Vestel, ürettiği enerjiyle bir evdeki dizüstü bilgisayardan radyoya, buzdolabına kadar sayısız gereci çalıştıracak güçteki hidrojen bazlı pilleri tanıttı. Yakında piyasaya çıkacak piller ilk etapta doğalgaz ile çalışacak. Bir süre sonra ilave edilecek parça sayesinde tamamen su ile enerji üretecek. Böylece maliyet yaklaşık yüzde 90 azalacak. Endüstriyel uygulamalar için enerji dağıtım sistemleri üzerine çalışan EAE Elektrik de hidrojenle beslenerek elektrik üretimi yapan 1,5 vatlık bir yakıt pili geliştirdi. Yakıt pilinin satış fiyatı 3.000 dolar.

    KOBİ’ler de hidrojenli cihazlara ilgi gösteriyor. Fırat otomotiv otomobillerde hidrojen üreten Hidrokit adlı ürünü geliştirdi. Benzinle bir arada kullanılan hidrojen sayesinde yüzde 25 oranında yakıt tasarrufu ve performansı artışı, karbondioksit emisyonunda da yüzde 70’lik bir azalma sağlanıyor. Eroğlu Mühendislik tarafından geliştirilen ve hidrojen gazının içten yanmalı motorlarda ek yakıt olarak kullanılmasını sağlayan sistem de Türkiye'de kamyondan otobüse, belediye aracından ticari taksiye kadar 250'ye yakın araçta kullanılmaya başlandı. Motorun gücünü yüzde 4-13 oranında arttıran sistem, monte edildiği araçta kullanılan fosil yakıtlarda yüzde 30 tasarruf sağlıyor. Sistem havayı kirletici emisyon gazlarını yüzde 60 azaltırken, motorun ömrünü yüzde 50 arttırıyor. Sistemin araç sahibine maliyeti 1.000-1.500 YTL arasında.
    Yanıcı bir gaz olmasa da sıkıştırılmış haldeyken patlayıcı özelliğe sahip olan hidrojen hava sızdırmayan, sağlam yapılar içinde depolanmalı. Bunu sağlayan en uygun madde ise sodyum bor hidrür. Bu da dünya bor rezervinin yüzde 70’ine sahip olan Türkiye’ye uluslararası üretici olma fırsatını beraberinde getiriyor. Bu konudaki çalışmaların merkezi Ulusal Bor Enstitüsü BOREN. Otomotiv sektöründe 2040 yılına kadar tamamen yakıt pilli araçların üretilmesi durumunda ise hidrojenin saklanacağı her araçtaki 40-50 kilogramlık sodyum bor hidrür Türkiye’de üretilebilir. Her yıl 50 milyon adet aracın piyasaya sürüldüğü düşünüldüğünde Türkiye’nin bu alandaki yatırımı hidrojene yönelmiş bir otomotiv sektörünün yan sanayinde önemli bir güç olmasını sağlayacaktır.
    1970’li yıllardan bu yana hidrojen üzerine çalışan ve dünya genelinde hidrojen enerjisi konusunda öncülerden biri sayılan Prof. Dr. T. Nejat Veziroğlu da hidrojenin Türkiye için önemli bir gelir kaynağı haline geleceğini savunuyor. Şu anda yakıt ihtiyacının yüzde 70’ini petrol, doğalgaz ve hatta kömür ithalatı ile karşılıyor. Veziroğlu’na göre, hidrojen yayıldığında Türkiye hidrojenini yenilenebilir kaynaklarla kendi üretecek. Nükleer enerjiden de hidrojen üretilebileceğini söyleyen Veziroğlu, Karadeniz’in altındaki hidrojen üretimi için sudan üç kat daha ucuz olan hidrojen sülfür gibi Türkiye’nin hidrojen kaynakları açısından zengin olduğunu dile getiriyor. Dünya hidrojene geçtiğinde Türkiye tüm yakıt ihtiyacını kendi karşılayacak ve Avrupa’ya hidrojen satacak. Birleşmiş Milletler Sınai Kalkınma Teşkilatı’nın (UNIDO) gelişmekte olan ülkeler için hidrojen enerjisinin geliştirilmesi yönünde İstanbul’da kurulan ve başkanlığını Veziroğlu’nun yürüttüğü Uluslararası Hidrojen Enerjisi Teknolojileri Araştırma Merkezi (UNIDO-IHEC) ArGe ve patentlerin yanı sıra hidrojen enerjisi sektörünün üretim, depolama, fiyat gibi konuları kapsayan iki veri bankasıyla yapılan çalışmaları takip ediyor. UNIDO-IHEC hidrojen enerjisiyle ilgili birçok ülkede pilot projeler yürütüyor. Arjantin, Azerbaycan, Çin, Hindistan, Libya, Portekiz, Güney Kore’de yenilenebilir kaynaklarla hidrojen üretimi ve ulaştırmada hidrojene geçişi öngörülen projelerin arasında İstanbul’da iki yıl içerisinde hidrojenli otobüslerin faaliyete geçmesi ve Bozcaada’nın tüm elektrik ihtiyacının rüzgar enerjisi ile üretilen hidrojen ile sağlanması var.
    Prof. Dr. T. Nejat Veziroğlu şunları söylüyor: “Enerji krizini fırsata çevirip kendi yakıtımızı üretebiliriz. Türkiye’deki yenilenebilir enerji kaynaklarını kullanarak 30 – 40 yılda bütün enerjiyi hidrojen olarak üretebilir, fazlasını Avrupa’ya ihraç edebiliriz. Hidrojen enerjisine geçmek için programımızı hazırlar ve uygularsak 2010-11’de hidrojen üretimine başlayabilir, 2040’larda bütün enerjimizi hidrojen olarak Türkiye’de üretebiliriz. Böylece Türkiye ile Avrupa arasındaki kişi başına gelir farkı azalacaktır ve neticede 2060’ta Türkiye Avrupa’ya yetişebilecektir. Planlaması bugün yapılan hidrojen tesisi ancak üç dört sene sonra üretime geçebilecektir. O zaman sudan, rüzgardan, biyokütleden ve linyitten üretilen hidrojen, benzinden, mazottan ve doğalgazdan daha ucuz olacaktır. Bu şekilde hidrojen hızla fosil yakıtların yerini alacak ve önümüzdeki 30 – 40 yıl içinde Türkiye’mizin yakıt ihtiyacını karşıladıktan başka, Avrupa’ya da hidrojen ihraç edip döviz kazanmamızı sağlayacaktır.
    Hidrojen Enerjisi’ne geçmenin Türkiye’ye faydaları şöyle sıralanabilir:

    * 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, ekonomik bağımsızlığımızı sağlayacak ve çağdaş uygarlığa erişecektir.”
     



  2. Cevap: Hidrojen Enerjisi

    tşkkrler hazancm