Sürdürülebilir Enerji Sistemlerinde Hidrojen

Enerji sistemlerinin sürdürülebilirliğini arttırmak ve fosil yakıtlara olan bağımlılğı azaltmak amacıyla şuan birçok ülke, kurum ve özel sektörde çalışmalar mevcut. Hidrojen depolama teknikleri de bunlardan biri. Özellikle ihtiyaç fazlası üretilen enerjinin hidrojen olarak temiz bir şekilde depolanabiliyor oluşu bu çalışmalara bir yol vermiş oluyor.

Neden Hidrojen 

Hidrojenin elektrik üretmek amacıyla yakıt hücrelerinde kullanımı esnasında bir kirlilik oluşmaz ve yan ürün olarak sadece ısı ve su açığa çıkarır.

Hidrojenden Nasıl Enerji Üretebiliriz

Bunun için yaygın iki yöntemi ele alalım;

Yakıt Hücreleri: Yakıt hücreleri, hidrojenin elektriğe dönüştürülmesini sağlar. Bir yakıt hücresinde, hidrojen molekülleri protonlar ve elektronlara ayrılır. Elektronlar bir elektrik akımı oluştururken, protonlar bir elektrolit üzerinden geçer ve oksijenle birleşir. Bu süreçte su buharı ve enerji (elektrik) üretilir.

İçten Yanmalı Motorlar: Hidrojen, içten yanmalı motorlarda da kullanılabilir. Bu motorlarda, hidrojen yakıtı doğrudan yakılır ve enerji sağlanır. Bu tür motorlarda egzoz emisyonları genellikle sadece su buharıdır.

Neden İhtiyaç Fazlası Enerjiyi Depolamak İsteriz

İhtiyaç fazlası enerjiyi hidrojen olarak depolamak, enerji sistemlerinde denge sağlamak ve sürdürülebilir enerji kullanımını artırmak için etkili bir yöntemdir. Güneş, rüzgar veya hidroelektrik gibi yenilenebilir enerji kaynakları, enerji talebinden fazla enerji üretebilirler. Bu fazla enerji, depolama çözümleri kullanılarak değerlendirilir. Artan enerjinin hidrojen formunda depolanması, enerji talebi arttığında kullanılabilmesini sağlar.

Nasıl Depolayabiliriz

İhtiyaç fazlası enerjiyi hidrojen olarak depolamak için genellikle kullanılan teknoloji “elektroliz”dir. Elektroliz teknolojisi, fazla enerjinin hidrojen formunda saklanmasını sağlar ve bu enerji daha sonra elektrik veya diğer enerji formlarına dönüştürülebilir.  Elektroliz, suyu elektrik enerjisi kullanarak hidrojen ve oksijene ayıran bir kimyasal süreçtir. Bu işlemde, su (H₂O) elektrik akımı ile ayrıştırılarak hidrojen gazı (H₂) ve oksijen gazı (O₂) elde edilir.

Enerji Depolama ve Taşınımı

Depolama ve taşınma aşamasında ise genel olarak kullanılan 3 yöntem vardır.
1. Sıkıştırılmış hidrojen: Hidrojen gazı yüksek basınç altında depolanması gerekir. Genellikle 350-700 bar arasında bir basınç uygulanır. Ayrıca hidrojenin düşük yoğunluğu sebebiyle depolama tanklarının ağırlığını arttırır.
2. Sıvı Hidrojen:Hidrojen, -253°C’de sıvı hale getirilir. Bu yöntem daha yoğun bir enerji depolama sağlar ama düşük sıcaklık gerektirir. Hidrojenin sıvı hale getirilmesi yüksek miktarda enerji gerektirir. Bu enerji maliyetleri, hidrojenin ekonomik olarak rekabetçi olmasını etkileyebilir. Ayrıca, hidrojenin düşük sıcaklık ve yüksek basınç  koşulları altında, yüksek patlayıcılığı nedeniyle dikkatli bir yönetim ve taşıma prosedürü gerektirir.

3. Metal Hidritler veya Kimyasal Bağlar:  Hidrojen, metal hidritler veya amonyak gibi kimyasal bileşiklerde depolanabilir. Bunların üretimi ve işlenmesi maliyetli olabilir. Metal hidritler genellikle özel metal alaşımları ve işlemleri gerektirir, bu da üretim maliyetlerini artırabilir. Bunlar kimyasal olarak reaksiyona girme eğilimindedir ve zamanla malzemenin bozulmasına neden olabilir. Bu, uzun süreli depolama ve kullanımda sorunlar yaratabilir. Fakat metal hidritler genellikle katı formda olduklarından, taşıması ve depolanması daha kolaydır, hidrojen gazı metal matrisinde bağlandığı için serbest kalma riski düşer, bu da daha güvenilebilir taşıma sağlar.
Bu izlenimler doğrultusunda en uygun maliyet ve en güvenilir depolanma şekli hidrojenin metal hidrat olarak depolanması görülmektedir.  Bu yöntem büyük miktarlarda hidrojeni absorblayıp tutabilen alaşımların kullanılması esasına, metal hidratların belirli koşullar altında hidrojen absorbe edebilme ve geri verebilme yeteneği üzerinedir. Çeşitli proseslerden geçerek sentezi gerçekleştirilen metal hidratın hidrojen tutma kapasitesi oldukça yüksek olur. Bu yöntem üzerine olan çalışmalar devam etmektedir ve hala aktif bir araştırma alanıdır.

Türkiye’deki Çalışmalar

Türkiye’deki çalışmalar arasında da aktif olarak kimyasal depolama yöntemi üzerine çalışılıyor. Özellikle petrol ve benzeri hidrokarbonların içerisinde hidrojen depolanması gibi yöntemler üzerine çalışmalar devam ediyor. Bu yaklaşımın temelinde de hidrojenin hidrokarbonlarla kimyasal olarak bağlanarak depolanması ve  gerektiğinde bu bağların koparak hidrojenin tekrar serbest hale gelmesi vardır.
Türkiye’nin “Hidrojen Depolama Teknolojileri” için olan çalışmalarından biri şu şekildedir:
15 Ocak 2020 tarihinde ETKB‘nin düzenlediği “Hidrojen Arama Konferansı” nda, yenilenebilir enerji kaynaklarından elektrik üretiminin dengelenmesi için depolama teknolojilerinin kullanılması gerekliliğine değinilmiş ve doğal gaz dağıtım hatlarına %2-6 oranında hidrojen karıştırılmasının yöntemlerden biri olduğuna değinilmiştir.
2053 net sıfır emisyon hedeflerine ulaşma yolunda Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı tarafından “Türkiye Ulusal Enerji Planı” yayınlanmış ve emisyon azaltımını sağlamak amacıyla doğal gazın hidrojen ve sentetik metan ile karıştırılması çalışmalarının yapılacağı ve gaz karışımı içindeki hidrojen payının %3.5 olacağı belirtilmiştir.

GELECEK GÖRÜŞÜ OLARAK

Hidrojen depolama teknolojilerinin geleceği, teknolojik ilerlemeler, politika destekleri ve maliyet düşüşleri ile şekillenecektir. Hidrojen, enerji geçişinde önemli bir rol oynayabilir ve sürdürülebilir enerji sistemlerinin bir parçası olarak geniş çapta kullanılabilir. Bu nedenle, hidrojen depolama çözümlerinin araştırılması ve geliştirilmesi, enerji güvenliği ve çevresel sürdürülebilirlik açısından kritik öneme sahiptir. Yeni malzeme ve teknolojilerin araştırılması, hidrojen depolama çözümlerinin performansını artıracaktır. Yüksek kapasiteli ve düşük maliyetli malzemeler üzerine yapılan çalışmalar devam etmektedir.

Sonuç 

Sonuç olarak, hidrojenin depolanabilmesi, enerji olarak kullnılabilmesi, yenilenebilir enerji devamlılığı sağlaması, karbon salınımını azaltmasının yanında uzun vadeli bir depolama sağlaması, ihtiyaç fazlası enerjinin depolanabilmesi, taşınabilir oluşu ayrıca, diğer yakıtlardan daha uygun maliyetli olması ve  yaygın kullanımının maliyet düşürmesi nedeniyle çalışmalar uzun bir müddet devam edecek gibi görünüyor.

Diğer yazılarıma ulaşmak için tıklayınız.