Kategoriler: Dergi,
Alt Kategoriler: Nisan,

Hayatın devamı için olmazsa olmaz en temel gereksinimlerden biridir enerji. İnsanoğlu enerjiyi ilk çağlardan beri ısıtmada, pişirmede, aydınlatmada bir araç olarak kullanırken gelişen teknolojiyle birlikte hayatımızın vazgeçilmez unsurları olan elektrikli makinelerin çalıştırılması, taşımacılık, sanayi gibi birçok alanda kullanmaktadır. (1)

Enerji, kalkınmanın en önemli bileşeni olup üretimin vazgeçilmez bir girdisidir. Ülkeler için sürdürülebilir bir büyüme ve kalkınma, bugünün ihtiyaçlarının karşılanmasının yanında gelecek kuşaklarında ihtiyaçlarını öngörmek, planlamak ve imkanlarını şimdiden artırmak olarak açıklanmaktadır. Bu da ancak sürdürülebilir enerji arzıyla gerçekleştirilebilir.

Enerji arzının güvenli, sürdürülebilir ve maliyet etkin şekilde sağlanması, ülkelerin ekonomik, sosyolojik, politik vb. durumlarını doğrudan etkilemektedir.  Bu amaçla her ülke enerji ihtiyacını sağlamak amacıyla öncelikle kendi doğal kaynaklarını verimli şekilde kullanmayı amaçlamaktadır. Zira enerjide dışa bağımlı olmak ülkelerin uluslararası politikalarında alacakları kararları önemli ölçüde şekillendirmektedir.

Türkiye enerji üretiminde Milli Enerji Hamlesini başlatarak enerjide dışa olan bağımlılığı azaltmada önemli bir irade ortaya koymuştur. Başta Karadeniz ve Akdeniz’de milli arama ve sondaj gemileriyle devam eden doğalgaz/hidrokarbon arama ve üretim faaliyetleri bu hamlenin en önemli adımıdır. Yerli ve yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımının teşvik edilmesi ve bu alanda projelerin hızla hayata geçmesi de bu konuda atılmış bir diğer önemli adımdır. Bu çalışmalara ek olarak Mersin’de kurulum faaliyetleri devam eden Akkuyu Nükleer Enerji Santrali de Türkiye’nin Milli Enerji Hamlesi konusunda iddiasını ortaya koyan vizyon projeleri arasında yer almaktadır.

“Türkiye, içinde bulunduğu koşullar ve jeopolitik konumu gereği arz çeşitliliğini sağlamak zorundadır.”

Zira kısa zaman önce İran’ın enerji iletim hatlarındaki bakım-onarım faaliyetlerini bahane göstererek Türkiye’ye sevk ettiği doğalgazda 10 günlük kesintiye gitmesi Türkiye’yi ağır kış şartlarında zor durumda bırakmıştır. Mevcut doğalgaz depolama tesislerinden ve diğer tedarikçilerden alınan gaz ile konut ve meskenlerde herhangi bir kesintiye gidilmezken bu durum sanayide ve üretimde mecburi kesintilere yol açmıştır. Pek çok organize sanayi bölgesinde kısıtlamaya gidilirken, enerji kullanımı üreticiler arasında sırayla gerçekleştirilmiştir. Üretimin en önemli girdisi olan enerjide yaşanan bu kesinti ülkemize ve sanayicimize oldukça ağır bir faturaya sebep olmuştur. Benzer şekilde 2015 yılında Rusya ile yaşanan düşürülen uçak krizinde de Türkiye’ye sevk edilen doğalgaz konusunda endişeler oluşmuştu. Üstelik Rusya’dan tedarik edilen doğalgaz İran’dan tedarik edilen doğalgazın 3 katından fazla hacme sahiptir. (2) Bu nedenle Rusya ile olan ilişkiler ve dış ticarette enerji hususu belirleyici durumdadır. Her ne kadar Türkiye enerjide Rusya’ya bağımlı olsa da Rusya için de Türkiye kolay vazgeçilmeyecek önemli bir pazardır.

Enerjinin dış politikada ya da stratejik karar almada belirleyici bir fonksiyon olduğu gerçeğinden yola çıkarak, Türkiye’nin mevcut kaynaklarını en iyi şekilde kullanması ve zamanla dışa olan bağımlılığı minimize etmesi, büyük önem arz etmektedir. Bu amaçla Avrupa birliği tarafından geleceğin enerjisi olarak lanse edilse de Türkiye’de kullanımı henüz çok kısıtlı olan, fakat yüksek bir üretim potansiyeline sahip, temiz enerji kaynağı hidrojen enerjisine dikkat çekmek istemekteyiz.

 

Hidrojen Enerjisi

Hidrojen Yunan dilinde su anlamına gelen “hydro” ve oluşturan anlamına gelen "genes" sözcüklerinden türetilmiştir. Hidrojen suda oksijenle ve birçok kimyasal bileşikte karbonla bağ oluşturması nedeniyle yer yüzeyinde en bol bulunan elementlerden birisi olmasına karşın, saf olarak bulunmamaktadır. (3) Atmosferde gaz olarak, moleküler hidrojen çok az miktarda bulunur. Hidrojen yerkürenin yapı taşını oluşturan en temel elementlerden biridir. Renksiz, kokusuz ve zehirli olmayan bir gazdır. Hidrojen, negatif yüklü bir elektron ve pozitif yüklü bir protondan meydana gelmektedir.

Hidrojen doğada tek başına bulunmaz fakat bileşen olarak en fazla suyun yapısında bulunur. Sudan hidrojen enerjisinin elde edilebilir olması bu elementin kullanımını kolay ve ulaşılabilir hale getirmektedir. Aynı zamanda hidrojen, fosil yakıtlarda bulunurken hidrokarbonla ve birçok elementle bileşik halinde bulunmaktadır. Suyun elektrolizi veya ısıl işlemle parçalanması yahut kömür ve petrol gibi fosil ürünlerin parçalanması gibi yöntemlerle hidrojen üretilebilmektedir.

“Havadan 14,4 kez daha hafif bir gaz olan hidrojen Dünya’da en çok bulunan elementlerden birisidir. Sınırsız kaynağa sahip olan ve havayı kirletmeyen hidrojenin içten yanmalı motorlar için kullanılan diğer alternatif yakıtlara kıyasla çevresel açıdan avantajları söz konusudur.”

Hidrojenin doğada çevriminin dört aşamalı olduğu görülmektedir. Bu durum geleceğin hidrojen ekonomisinin hayata geçmesinde rol oynayacak adımlar olarak göze çarpmaktadır.

  • Hidrojen üretimi,
  • Hidrojenin depolanması,
  • Hidrojenin iletimi ve dağıtımı,
  • Hidrojenin kullanımı

 

 

Hidrojen Üretimi

Hidrojen doğal bir enerji kaynağı olmadığı için üretilmesinde enerji gereklidir. Hidrojen üretiminde fosil (kömür, petrol, doğalgaz vb.), nükleer, yenilenebilir (güneş, rüzgar, jeotermal, biyokütle, hidrolik, gelgit, dalga vb.) enerji kaynakları kullanılmaktadır.

Hidrojen dört ana formda üretilebilir ve bu üretim neticesinde açığa çıkan emisyona göre beş farklı renk olarak sınıflandırılır.

  • Yenilenebilir ve nükleer enerji kullanılarak suyun elektroliziyle (yeşil ve sarı hidrojen)
  • Karbon yakalama ve depolama ile buhar metan reformasyonu yoluyla (mavi hidrojen)
  • Piroliz yoluyla (turkuaz hidrojen)
  • Kömür, doğalgaz, benzin vb. gibi fosil yakıtlardan termokimyasal yöntemlerle (gri hidrojen)

Hidrojen ekonomisinde yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanıldığı düşük maliyetli hidrojenin üretilmesi önemli rol oynamaktadır. Ancak, bugün için hidrojenin üretim maliyetlerinin yüksek olması nedeniyle, tam anlamıyla fosil yakıtların yerini alabilecek olgunlaşmış teknolojik seviyeye ulaşmadığı söylenebilir. Ayrıca, fosil yakıtlardan sıfır salınımlı yeşil hidrojen üretmek için CO2 gazının tutulması ve depolanması, diğer atıkların işlenmesi gerekmektedir. (3)

 

Hidrojenin Depolanması ve İletimi

 

Hidrojenin üretimi sonrasında depolanması ve taşınması (veya iletimi) için de çeşitli yöntemler bulunmaktadır. Taşınma işlemi, hidrojenin gaz formunda sıkıştırılması veya basınçlı ortamda sıvı forma dönüştürülmesi ve sonrasında tankerlere yüklenmesiyle yapılmaktadır. Ancak, ilerleyen yıllarda artacak hidrojen ihtiyacından ötürü, hidrojenin mevcut doğal gaz boru hatları vasıtasıyla da taşınması mümkündür. Zira, özellikle ülkeler arası boru hatlarının kapasiteleri hidrojenin taşınmasına yetecek durumdadır. Depolama için ise öncelik, taşımaya olanak tanıyan yöntemlerde yoğunlaşmaktadır. Hidrojenin depolanması için taşımayı önceliklendiren yöntemler; sıvı hidrojen, gaz hidrojen, metal hidrit ve kimyasal depolamadır (4).

Hidrojenle ilişkili güvenlik konuları hidrojen teknolojilerinin kurulmasında kritik öneme sahiptir. Hidrojenin küçük molekül boyutu nedeniyle, tank sızdırma riskinin azaltılması gereklidir. Hidrojenin depolandığı, taşındığı tüm ortamlarda, patlama riski açısından, hidrojen sızıntısının tespiti için sensörler ve alarm sistemlerinin kullanılması önemlidir.

 

 

Hidrojenin Kullanımı

Günümüzde hidrojen sayesinde enerjiyi farklı şekillerde üretebilecek, depolayabilecek, taşıyabilecek ve kullanabilecek teknolojiler bulunmaktadır. Yenilenebilir ve nükleer enerji kaynakları ile doğal gaz, kömür ve petrol gibi yakıtlarla hidrojen üretebilmektedir. Hidrojen, boru hatlarıyla ve gemilerle sıvı halde taşınabilir. Elektriğe ve metana dönüştürülerek evler veya sanayi sektörü için enerji üretebilir veya ulaşım ve taşıma araçlarında yakıt olarak kullanılabilir. (5)

“Hidrojen, benzin ve doğal gaz gibi yakılabilir. Petrol türevleri yakıtlara göre üstünlüğü karbon emisyonunun daha az olmasıdır. Askeri ve endüstriyel amaçlar için hidrojen türbinleri ve araçlar için içten yanmalı motorlar geliştirilmektedir. Benzinli bir otomobil ortalama olarak 65 litre (47kg) benzin almakta olup, bu da enerji olarak 17 kg hidrojene karşılık gelmektedir.” (6)

Hidrojenin daha temiz bir enerji kaynağı olarak kullanılabileceği bir diğer alan ise yakıt pilleridir. Yakıt pili elektrolizin tersidir. Hidrojen ve havadaki oksijen birleştirilerek elektrik akımı elde edilir. Özellikle otomobiller olmak üzere bütün uygulamalarda tercih edilen yöntemdir. Hidrojeni yakmaya oranla daha verimli bir yoldur. Çevreye zararlı hiç emisyonu yoktur. Çeşitli yakıt pili tipleri vardır. Bunlar anot ve katot arasındaki elektrolit malzemeye göre farklılık gösterir. (7)

Hidrojen, laboratuvar koşullarında test amaçlı olarak ortalama %5 ila 20 oranında hidrojen ile %95 ila 80 oranında doğal gaz karıştırılırken elde edilen karışım test amaçlı olarak yakılmıştır. Türkiye’de yürütülen ‘doğal gaz sistemlerine hidrojen enjeksiyonu projesinin’ ilk sonuçlarına göre, doğal gaz iç tesisatlarında ve tüketici cihazlarında önemli bir değişikliğe gerek kalmaksızın hidrojenin, dağıtım ağlarında doğal gazla birlikte en fazla %20 oranında karıştırılabileceği sonucuna varılmıştır.

Hidrojen Kullanımının Avantajları

Hidrojen alevli yanma özelliği ile içten yanmalı motorlarda, gaz türbinlerinde ve ocaklarda yakıt olarak kullanılabilmektedir. Hidrojenin direkt buhara dönüşme özelliği, buhar türbinlerinde uygulanmasında da kolaylık sağlamaktadır. Hidrojenin katalitik yanma özelliğinden mutfak ocakları, su ısıtıcıları ve soba uygulamalarında yararlanılabilmektedir. Hibritleşme özelliği sayesinde ise hidrojen emniyetli bir şekilde depolanabilmektedir.

Hidrojen, diğer yanma türlerine göre daha verimli yanma özelliğine sahiptir. Bünyesinde karbon, azot ve kükürt içermediği için yandığında CO, CO2, HC, SOx gibi maddeler açığa çıkarmaz, çok az miktarda NOx çıkarır. Hidrojen yandığı zaman sadece su ve ısı açığa çıkmaktadır. Yanması için 0,15-4,35 değerleri ile diğer yakıt türlerine göre daha düşük hava fazlalık katsayısına ihtiyaç duyar. Bu da daha az yakıt/hava karşımı ile tepkimenin gerçekleştirilebilmesini sağlamaktadır.

Hidrojen sudan elde edilebildiği gibi fosil yakıtlardan da elde edilerek yüksek verimli bir yakıt olarak karşımıza çıkmaktadır. Örneğin, ulaştırmada bir otobüsün gideceği mesafe üzerinden analizinde şu sonuçlar elde edilmiştir: 1 ton kömürün benzine dönüştürülüp kullanıldığında otobüsün gideceği mesafe 708 km, 1 ton kömürün elektriğe dönüştürülüp kullanıldığında otobüsün gideceği mesafe 722 km iken 1 ton kömürün hidrojene dönüştürülüp kullanıldığında otobüsün gideceği mesafe 1030 km’dir. (6).

“Hidrojen, bilinen tüm yakıtlar içinde birim başına 120,7 kJ/kg değeri ile en yüksek enerji içeriğine sahip olan kaynaktır.”

 Hidrojen -252,77°C’da sıvı hale getirilebilir ve sıvı hidrojenin hacmi gaz halindeki hacminin 1/700’ü kadardır. Sıvı hidrojenin birim kütlesinin ısıl değeri 141,9 MJ/kg iken bu değer petrolden 3,2 kat daha fazladır. Sıvı hidrojenin birim hacminin ısıl değeri 10,2 MJ/m3’tür ve petrolün %28’i kadardır. Gaz hidrojenin birim kütlesinin ısıl değeri sıvı hidrojenle aynı olup doğal gazın 2,8 katı kadardır. Gaz hidrojenin birim hacminin ısıl değeri ise 0,013 MJ/m3’tür ve doğal gazın %32,5’i kadardır. (6)

Hidrojen, yüksek alev hızı ve tutuşma yeteneğine sahip olması, diğer fosil kaynaklara göre düşük ateşleme enerjisi gerektirmesi, havadan oldukça hafif olması ve kolay yayılabilmesi sayesinde geniş tutuşma ve yanma sınırları oluşturması, benzin ve dizel ile birlikte çeşitli karışım oranlarında çift yakıtlı motor olarak çalışabilme olanağına sahip olması, yüksek ısıl değerlere ve termik verime sahip olması ve tüm bu tepkimeler neticesinde çok az NOx dışında herhangi bir emisyon üretmemesi hidrojenin diğer enerji kaynaklarına göre önemli avantajlarındandır.

Sonuç ve Değerlendirme

Hidrojen yeşil ve yenilenebilir bir enerji kaynağıdır. Yani yanması sonucu doğaya zararlı gazlar ve emisyon oluşturmaz. Bu nedenle fosil yakıtlara göre çevreye oldukça duyarlıdır. AB tarafından geleceğin enerjisi olarak nitelendirilmektedir. Türkiye’nin 2021 yılında Paris Anlaşması’na taraf olduğu hususu dikkate alındığında bu konuda yükümlülüklerin yerine getirilmesinde önemli avantajlar sağlayacak bir enerji kaynağıdır.

Halihazırda hidrojenin üretim maliyetlerinin diğer enerji kaynaklarına göre daha yüksek olduğu göze çarpmaktadır. Ancak enerji yatırımları hibrit olarak düşünüldüğünde ve hidrojenin yatırımın bir yan ürünü ya da enerji depolama kaynağı olarak dikkate alındığında maliyetlerin düşebileceği hesaplanmaktadır. Bununla birlikte devlet teşviklerinin ve Ar-Ge yatırımlarının bu konuya yönlendirilmesi, yarınların teknolojisinin kaçırılmaması adına önem arz etmektedir.

“Türkiye jeopolitik konumu dikkate alındığında, Ortadoğu, Hazar ve Doğu Akdeniz doğal kaynaklarının Avrupa’ya taşınmasında köprü konumunda bulunmakta olup geniş ve güvenli bir doğalgaz ve petrol iletim hattına sahiptir.”

Türkiye aynı zamanda yurt içinde de çok geniş bir iletim ağına ve başarılı bir doğalgaz enterkonnekte sistemine sahiptir. Yine Türkiye’nin oldukça yüksek hacimde doğalgaz depolama tesisleri vardır. Tuz Gölü Doğalgaz Depolama Projesinin tamamlanıp tam kapasite çalışmaya başlamasıyla birlikte bu hususta önemli bir imkan daha oluşturulacaktır. Hidrojenin Türkiye’nin sahip olduğu bu enerji depolama ve iletim hatları üzerinden taşınacak özellikte olması, üretilen kaynağın depolanması ve taşınması konusunda büyük bir avantaj sağlayacaktır.

Bölgesel bir güç konumunda bulunan Türkiye’nin küresel güç olma hedeflerine ulaşmada ihtiyaç duyduğu en önemli hususlardan birisi de enerjide tam bağımsızlıktır. Son yaşanan İran doğalgaz krizi Türkiye’ye enerji arz güvenliğinin önemini bir kez daha hatırlatmıştır. Bu amaçla enerjide bağımsızlığa hizmet eden ve enerji arz güvenliğini sağlamaya katkı sunan her husus özenle incelenmeli ve sisteme bir değer olarak katılmalıdır. Halihazırda Japonya, ABD, Çin gibi ülkeler tarafından önemli miktarda Ar-Ge bütçesi ayrılan hidrojen enerjisine, Türkiye de gerekli önemi göstermeli ve bu alanda öncü ülke konumuna gelmek için gerekli yatırım ve alt yapı desteği için fırsat oluşturulmalıdır.

 

KAYNAKÇA

 

  1. Ömer Faruk Tunçbilek, Ankara Üniversitesi, Doktora tezi, 2021
  2. EPDK, Doğalgaz Sektör Raporu, 2021
  3. Prof. Dr. Ayten ONURBAŞ AVCIOĞLU, Ankara Üniversitesi, Yenilenebilir Enerji Kaynakları ve Teknolojileri Ders Notları
  4. Türkiye Sınai Kalkınma Bankası, Hidrojen Enerjisi Bilgilendirme Notu, 2021
  5. Dünya Enerji Konseyi Türkiye, Hidrojen Enerjisinin Geleceği, 2020
  6. Enerji Portalı, https://www.enerjiportali.com/hidrojen-enerjisi-nedir/
  7. Elektrik Mühendisleri Odası, https://www.emo.org.tr/ekler/3f010d6bc392b90_ek.pdf

 


ARZ GÜVENLİĞİNE ALTERNATİF ÖNERİ: HİDROJEN ENERJİSİ