1500’lü yıllarda keşfedilip, yaklaşık 200 yıl sonra yanabilme özelliği fark edilen ve yandığı zaman su üreten gaza ‘hidrojen’ adı, 1783’te Antoine Lavoiser tarafından verilmiş. 1800 yılında hidrojenin ve oksijenin elektroliz yöntemi ile ilk üretimi yapılmış. Hidrojenin yakıt olarak kullanılması fikri üzerinde 1974 yılında ABD’de düzenlenen ‘‘Hidrojen Ekonomisi Miami Enerji Konferansı’’ (THEME) ile bilimsel mutabakata varılmış. Sonrasında “Uluslararası Hidrojen Birliği“ (İHEA) kurulmuş, ardından ülkelerde Ulusal Hidrojen Örgütleri oluşturulmaya başlanmış. Türkiye ise, Ekim 2003 tarihinde İstanbul’da Uluslararası Hidrojen Enerjisi Teknolojileri Merkezi‘nin (ICHET) kurulmasına dair anlaşmayı Birleşmiş Milletler Sanayi Kalkınma Örgütü (UNIDO) ile imzalamıştır. Uluslararası Standartlar Organizasyonu (ISO) tarafından ISO/TC-197 Komitesi oluşturularak, hidrojen enerjisi için uluslararası standartlar çalışmalarına girişilmiştir. Standart çalışmaları tanımlar, ölçümler, taşıma, emniyet, araçlar, uçaklar, elektro-kimyasal donanımlar, hibrit’ler, çevre ve uygulama alanlarını kapsamaktadır.
Hidrojen, evrenin en basit, en çok bulunan elementi olup; renksiz, kokusuz, havadan 14,4 kez daha hafif ve tamamen zehirsiz bir gaz. Hidrojen gazı, doğada serbest halde bulunmaz; su içinde olduğu gibi bileşik halde bulunmakta. Hidrojende tüm organik bileşenler mevcut. Hidrojen elementinin en değerli özelliği, çok güçlü bir yanıcı gaz olmasıdır. Yanma sonrası tek atık ürünü, su. Hidrojen gazı, belli bir sıcaklığa getirilerek sıvı hal almakta; bu sayede depolanması, kullanımı ve sevkiyatı kolaylaşmaktadır. Metal hibrit haliyle, küçük ölçekli araçlarda da depolanabilmektedir. Boru hatları veya tankerlerle uzun mesafelerde taşınabilmektedir.
Fosil yakıtlar yardımıyla olabildiği gibi, güneş, rüzgâr, dalga enerjileri, jeotermal enerji ve biokütle gibi birincil enerji kaynaklarından herhangi biri ile üretilebilen alternatif enerji kaynaklarından hidrojen, yüzyılımızın en önemli enerji kaynaklarındandır. Fosil yakıt sistemi yerine hidrojen enerji sisteminin kullanılması, birçok avantajı da beraberinde getirecektir. Hidrojen enerjisi; fosil yakıtlardan %39 daha verimli, yaşam kalitesini yükselten ve sürdürülebilir bir kaynak özelliği taşımaktadır. Sera, kirlilik ve asit yağmurları problemleri açısından etkili bir çözümdür. Enerjide dışa bağımlılık, petrol ithalatı, istihdam sorunu, ticaret açığı gibi sosyo-ekonomik problemlerin de azalmasına katkıda bulunacaktır. Sürdürülebilir enerji üretimi, dağıtımı ve kullanımında verimliliğin dikkate alınması, yeni sektörlerin, yeni ürünlerin, üretim yöntemleri ve süreçlerin geliştirilmesini de beraberinde getirecektir.
Günümüzde hidrojen üretiminin %48’i doğal gazdan, %30’u ham petrolden, %18’i kömürden ve %4’ü suyun elektroliz yolu ile ayrıştırılmasıyla gerçekleştirilmekte. Eğer hidrojen üretimi için ihtiyaç duyulan enerji, rüzgâr, güneş ya da nükleer santrallerden kolay ve ekonomik bir şekilde elde edilebilseydi, hidrojenin hidrokarbon yakıt elde etmek üzere kullanımı, toplam hidrojen tüketimini örneğin ABD için 5 ila 10 kat kadar artırabilirdi.
Hidrojenin, enerji olarak kullanılabilmesi için öncelikle elde edilmesi, üretilmesi gerekmekte. Hidrojen üretiminde bilinen en eski yöntem, bileşiği H2O olan suyun içindeki hidrojenin elektroliz yoluyla ayrıştırılması olmuştur. Zaman içinde ise, buhar iyileştirme, atık gazların saflaştırılması, foto süreçler, termo-kimyasal süreçler, radyoliz, solar hidrojen, hidrokarbonların kısmî oksitlenmesi gibi üretim yöntemleri geliştirilmiştir.
Hidrojenin nasıl bir iş modeliyle verimli bir enerji kaynağı olarak kullanılabileceği konusunda yanıt bekleyen sorular söz konusudur: hidrojenin hangi kaynaktan ne şekilde elde edileceği, nasıl depolanacağı ve taşınacağı, ticarî olarak uygulanabilirliği ve değer zinciri boyunca ne kadar yatırım gerektirdiği,… gibi. Bossel, Eliasson ve Taylor tarafından hidrojenin ilk halinden tüketiciye kadar olan çeviriminin ekonomik analizi yapılmıştır. Yapılan araştırmaya göre, suyu ayrıştırarak elde edilen hidrojenin depolanarak, piyasaya sunulmasının ve son kullanıcı tarafından yakıt hücrelerinde yakılarak tekrar elektrik elde edilmesindeki verimliliğin sadece % 25 mertebesinde olduğu tespit edilmiş. Başka ifade ile, enerjinin %75’i, işlem esnasında kaybolmakta, yani sürecin girişinden verilen enerjinin ancak %25’i tüketiciye ulaşabilmektedir. Yüksek kayıplar maliyetlerin yükselmesine yol açmakta. Bir başka risk ise, hidrojen gazının depolandığı tanktan sızabilmesi ve ufak bir çatlakta bile çok hızlı boşalabilmesidir. Üstelik, hidrojen alevi zor görülmekte ve hidrojen yangınıyla mücadele etmek de oldukça zordur. Hidrojen enerjisini yaşama daha fazla katabilmek için hem maliyet, hem de kolay yanma özelliklerine yenilikçi çözümler getirilmesi gerekmektedir. 1993 yılından beri Kanada, Montreal’de %15-20 hidrojen ve %80- 85 doğal gaz karışımından oluşan hytane adlı yakıt ile çalışan yeni bir otobüs denenmektedir. Hidrojenin taşımacılık amacıyla dağıtımı İzlanda, Almanya, Kaliforniya, Japonya ve Kanada’da test edilmektedir. Almanya’da Neurenburg yakınlarında Solar-Wasserstoff-Bayern, mini bir solar hidrojen tesisi, depolama sistemi ve hidrojen kullanma sistemleri kurmuştur.
Hidrojen enerjisi alanında çeşitli ülkelerin işbirliği sonucu uluslararası programlar başlatılmıştır. Avrupa ve Kanada arasındaki Euro-Quebec Programı, nispeten ucuz olan hidro güçten üretilerek Kanada’dan Avrupa’ya ithal edilecek sıvı hidrojenin deniz aşırı taşınması, depolanması ve kullanım alanlarının araştırılmasına odaklanmaktadır. Japonya’da WE-NET (World Energy Network) projesi ile Tokyo metropolitan bölgesinde hidrojen kullanımı ile oluşacak azot oksit emisyonundaki azalma potansiyeli araştırılmaktadır. Japonya, projeye 2020 yılına kadar 4 milyar$ harcamayı planlamaktadır. Norveç ve Almanya’nın NHEG projesi, Almanya ve Suudi Arabistan’ın HY-SOLAR (güneş-hidrojen) Projesi, İskandinav ülkeleri ile Yunanistan’ın iş birliği, Uluslararası Enerji Ajansı (IEA) hidrojen enerjisi projeleri, Birleşmiş Milletler UNIDO-ICHET hidrojen çalışmaları diğer örnekler olarak gösterilebilir.
Kuzey Atlantik ada ülkesi İzlanda, 2050 yılında hidrojen ekonomisine geçmiş olma kararını alan tek ülkedir. Bugün için tüm taşıtlar ve balıkçı filoları için ihtiyaç duyduğu petrolün tamamını ithal eden İzlanda, sahip olduğu jeotermal ve hidroelektrik kaynakları ile hidrokarbon enerji kaynaklarından daha düşük maliyetle elektrik üretebilmektedir. Brezilya ve Güney Amerika’da en büyük hidro güç tesisi Haipu’dur. Burada elektrolitik hidrojen üretilir. Üretilen hidrojen, gazdır. Sadece Tokyo’da şehrin elektrik ihtiyacının 40.000 kW’lık bölümü hidrojen enerji sistemlerinden sağlanmaktadır.
Hidrojenden, yakıt pili teknolojisi ile elektrik elde edilmektedir.
NASA, bugüne kadar, yakıt pillerini çeşitli yönleriyle inceleyen 200’den fazla araştırmayı desteklemiştir. Apollo ve Space Shuttle görevlerinde güvenli olarak yakıt pilleri kullanılmıştır. Honda araştırma ve geliştirme bölümü doğal gazdan yakıt pilli araçlar için hidrojen üreten, elde edilen elektriğin ve sıcak suyun yine üretildiği evde kullanımını sağlayan ‘Hidrojen Ev Enerji İstasyonu’ (HES) adlı proje başlatmıştır. Hidrojenin ticarî uçaklarda yaygın kullanımı konusunda Avrupa Airbus konsorsiyumu ile Almanya-Rusya ortak çalışmaları sürmektedir. Sıvı hidrojen doğrudan veya dolaylı olarak motorları ve dış yüzeyi soğutmak için de kullanılabileceği için, yüksek hızlı süpersonik uçaklar için ideal bir yakıt olarak görülmektedir.
Yayın: ICT Media Enerji, Ağustos 2016