blank

blank

Yeşil hidrojen çılgınlığı

Birkaç yıldır birçok ülkede temiz (düşük veya sıfır karbonlu) hidrojen enerjisi çözümlerini hayata geçirebilmek için ulusal hidrojen stratejileri benimsendi. Dünyanın önde gelen şirketleri temiz hidrojene ve ilgili teknolojilere yatırım yapıyor.

Gözlemlediğiniz üzere geçen yıldan beri hidrojen konusu tekrar popülerleşmeye başladı. Hele bu yıl, hangi taşın altına baksanız altından hidrojen çıkıyor. Ben doğmadan önce olduğu bugün de enerjiden tutun iklim konusuna kadar bir çok soruna ilaç olarak gösteriliyor.

Bir enerji kaynağı olmamasına rağmen nasıl olur da Hidrojen bu kadar popüler hale geldi diye bir soru geliyor insanın aklına. En önemli nedeni, evrende en çok bulunan bir element olmasıdır diyeceksiniz. Ancak diğer birincil enerji kaynakları (kömür, petrol, doğal gaz, biyokütle, vs gibi) gibi serbest halde bulunmaması nedeniyle hidrojeni bu birincil kaynakları kullanarak üretmeniz gerekir.

Fosil yakıtlar olan kömür, petrol ve doğal gazı girdi olarak kullandığınızda, buharda reformlama (steam reforming), kısmi oksidasyon ve ototermal reformlama gibi gazlaştırma teknolojilerinden biriyle Hidrojen edilebilir.

Su, rüzgar, güneş, jeotermal ve nükleeri girdi olarak kullandığınızda, elektroliz ya da termokimyasal süreçlerle suyu bileşenlerine ayrıştıran teknolojiler kullanılır. Girdi olarak biyokütle kullanıldığınızda ise termokimyasal dönüşüm ve gazlaştırma teknolojileri kullanılır.

Bunların yanında birde hidrojenin biyolojik üretimi söz konusu. Yani fotosentetik organizmalar, fotosentetik olmayan bakteriler, ve nihayet microalgae.

Bu teknolojilerin detaylarına ve deney aşamasındaki teknolojilere girmeyeceğim. Başlangıç için Prof. Dr. Sayın Filiz Karaosmanoglu hocamızın Gas and Power’da 21 Eylül 2020 tarihli ‘Rengârenk Hidrojen’ başlıklı yazısını ve hidrojen konusundaki diğer yazılarına bakmanızı öneririm.

Çeşitli teknolojilerle elde edilen Hidrojen karşımıza renklerden oluşan bir sınıflandırma çıkartıyor.

Hidrojenin renkleri

Siyah-Gri Hidrojen: Kısaca kömürün gazlaştırılması ile hidrojen üretimidir. Su ve ısı kullanılarak kömür “gazlaşmaya” uğrayabilir. Gazlaştırma, 19. yüzyılda ısıtma ve aydınlatma amacıyla hava gazı veya sentez gazı oluşturmak için kullanılan bir süreçtir. Bu süreçte, kömür içindeki kimyasallar şehir gazı ya da havagazı olarak bilinen şeyi yapmak için reaksiyona girerler. Şimdi sentez gazı olarak bilinen bu sentez gazı, az miktarda diğer gazların yanı sıra bir CO₂, karbon monoksit, hidrojen, metan ve etilen karışımı içerir. Bu karışımdan hidrojen nispeten basit bir şekilde damıtılyor ancak proses çok kirli. Bahsettiğimiz gazlaştırma işlemine tabi tutulan kömür taş kömürüyse elde edilen hidrojene siyah hidojen, linyit ise gri hidrojen deniyor.

Kahverengi Hidrojen (bazı kaynaklarda gri hidrojen olarak geçer): Doğal gaz yani metan molekülünün ısı altında hidrojen ve CO2 gazına ayrıştırılmasından (buhar reformasyonu) elde edilen hidrojen.

Mavi Hidrojen: Her yönden siyah, gri veya kahverengi hidrojenle aynı ancak hidrojen üretim sürecinden kaynaklanan karbon emisyonları, kısaca CCS olarak adlandırılan karbon yakalama ve depolama kullanılarak büyük ölçüde azaltılıyor. ‘Power-to-gas’ denen teknoloji de genelde bu kategoride ele alınır.

Yeşil Hidrojen: Yenilenebilir kaynaklı elektrikle suyun elektrolizi. Sıfır CO2 salınımı söz konusu. Orijinal olarak yenilenebilir kaynaklar tarafından üretilen elektriğin kullanılması, bu hidrojeni karbonsuz ve dolayısıyla “yeşil” renkli hale getirir.

Artık yaygın kullanım haline gelen bu renklere yenileri de zamanla ilave edilecek.

Mesela Turkuaz Hidrojen: Metan proliz yöntemiyle elde edilir. Katı karbon artığı oluşur. Eğer bu karbon atığına daimi bir çare bulunursa CO2 nötr deriz.

Günümüzde üretilen hidrojenin nerdeyse tamamı fosil temellidir

Bugün, dünyada üretilen hidrojenin yüzde 95’inden fazlası, buhar reformu kullanılarak doğal gaz, petrol ve kömürün işlenmesinden gelmektedir. Bu süreçte kullanılan fosil yakıt (ki yarısı doğal gaz), 700-1100° C buhar kullanılarak parçalanır.

Elektroliz, suyu hidrojen ve oksijene ayırmak için elektrik kullanılmasıdır. En basit elektroliz düzenlemesi, iki elektrot arasında sudan bir doğru akımın geçirilmesinden oluşur. Akım aktığında katotta (-) hidrojen gazı kabarcıkları ve anotta (+) oksijen kabarcıkları belirir. Saf su çok zayıf bir elektrik iletkeni olduğundan, akımın akışını ve dolayısıyla hidrojen üretimini artırmak için suya genellikle elektrolitler eklenir.

Elektroliz yöntemi buharla dönüştürme kadar verimli değildir, ancak sera gazı üretmez.

Buraya kadar bahsettiklerimden kafanız karıştıysa boş verin. Sadece iki şeyi bilin. Mavi ve Yeşil Hidrojen. Çünkü tüm politikalar bunlar üzerinde dönüyor.

Hidrojen üretmenin maliyet ve karbon açısından en verimli yolu nedir?

Şu anda pahalı olmasına rağmen yeşil hidrojenin 2030 yılına kadar mavi hidrojen ile rekabet edebileceğine inanılıyor. Bu arada, elektrolizörler için sermaye maliyetlerinin önemli ölçüde azaltılmasına ve elektrik fiyatlarının düşük olacağı varsayımına dayanılıyor. Bunu yapılan çalışmalar öyle diyor manasında kullanıyorum. İnandığımdan değil.

Diğer yandan mavi hidrojen, karbon yakalama ve depolama (CCS) ile fosil yakıtlardan elde edilir demiştik. Ancak mavi hidrojenin yaygınlaşması da büyük ölçekli CCS altyapısının paralel olarak geliştirilmesini gerektirir.

Hem mavi hem de yeşil hidrojen, bir çok belirsizliği ve rekabeti de beraberinde getiriyor. Mavi hidrojen cenahını ön plana çıkaranlar, CCS teknolojinde radikal değişimler olacağına ve maliyetlerin ciddi oranda düşeceğine inanıyor. Ancak şimdiye kadar endüstriyel bir düzeye ölçeklenmede başarısız olunduğu göz ardı edilmemelidir. Oysa yeşil hidrojenin başarısı, elektrolizörlerin ucuzlamasına ve yenilenebilir enerjinin çoğalmasına bağlıdır. Her ikisi de mümkün görünse de doğru hükümet politikaları en önemli ihtiyaç olarak gösteriliyor. Yuvarlak konuştuğumun farkındasınız. Kelimeleri seçmeye çalışıyorum.

Bir kaç yıldır bir çok ülkede temiz (düşük veya sıfır karbonlu) hidrojen enerjisi çözümlerini hayata geçirebilmek için ulusal hidrojen stratejileri benimsendi. Dünyanın önde gelen şirketleri temiz hidrojene ve ilgili teknolojilere yatırım yapıyor.

Hidrojene ilgi neden birdenbire ayyuka çıktı?

En önemli nedenlerden biri hidrojenin, iklim değişikliği tartışmalarında kilit role sahip olması gerektiği konusunun ön plana çıkarılmasıdır. Hidrojene, oksijenle yandığında yalnızca su buharı ürettiği için “sıfır emisyonlu yakıt” deniyor. Yakıt olarak trenlerden uçaklara ve hatta forkliftlere kadar çeşitli araçlara güç sağlamak için kullanılmasından tutun, elektrik üretimine, depolanmasına ve sanayi sektöründe kullanılmasına kadar bir çok alana yayılmasıyla hidrojen ekonomisine geçişin planları yapılıyor.

Hidrojen ve hidrojen ekonomisi denince benim aklıma hep Prof. Dr. Sayın Nejat Veziroğlu gelir. Yirmi yıl önce tanıştığımızda küresel olarak 2070’li yıllarda hidrojen ekonomisine geçip geçemeyeceğimizi tartışmıştık. Ben ikna olmamış ve tam bir beyfendi olan sevgili Nejat hocamı iyimser bulmuştum. Halbuki şimdilerde yapılan açıklamalara bakarsanız ki hedef 2050 olarak veriliyor, Nejat hocam bile kötümser kalıyor.

Hidrojen ekonomisine geçiş kendi kendine olmayacak ve ticari rekabetten kaynaklanmayacak şüphesiz. Oluk gibi para akıtılacak. Hatırlarsanız Temmuz ayı başlarında AB Komisyonu, hidrojeni 2030 yılına kadar Avrupa’nın entegre enerji sisteminin ayrılmaz bir parçası haline getirme hedefini açıklamştı. Bunun için milyarlarca euro sübvansiyon ve destek öngörülüyor pek tabiki.

Hidrojen ekonomisine geçişin gerekliliği konusunda bir çok sav var. Bu savlar arasında iklim değişikliği ile mücadele ön saflarda yer alıyor. Karbondan arındırılmış net sıfır emisyon denilen bir enerji geleceğinden bahsediliyor.

Yenilenebilir enerjiden elektrik üreteceksin, bu üretimin fazlasını depolayacaksın, ihtiyaç duyulduğu yere taşıyacaksın ve tekrar kullanacaksın. Bir enerji taşıyıcısı olan hidrojen bunun için biçilmiş bir kaftan.

Bildiğiniz üzere elektriğin önemli miktarlarda depolanması her zaman teknolojik ve ticari açıdan bir problem olagelmiştir. Hidrojen, bu depolama sorununa nihai olmasa da önemli bir çözüm oluşturacak deniyor. Hidrojeni çeşitli şekilde depolayabilirsiniz. Fiziksel (sıkıştırılmış ve sıvı hidrojen gibi) veya kimyasal (nitrojen ekleyerek amonyaka dönüştürme gibi).

Düşünsenize bir kere: yenilebilir kaynaklardan elektrolizle hidrojen elde ettiniz. Bu hidrojeni depoladınız. Mesela nitrojen katarak amonyak olarak. Sonra bu amonyağı ihtiyaç duyulan başka bir yere taşıdınız. Tekrar kimyasal bir reaksiyona sokarak metan gazına dönüştürdünüz ve bu metan gazını elektrik üretmek için kullanacaksınız. Harika değil mi? Tüm bu prosesin verim kaybını falan bir kenara bırakın. Zaten politikacılar verimle ve maliyetlerlepek ilgilenmez. Varsa yoksa filozofi. Büyük resim.

Bu büyük resim bana nedense balıkçı ile zengin iş adamının hikayesini hatırlatır.

Balıkçı ve Zengin İş Adamı

Amerikalı bir zengin, is seyahati sırasında Meksika’nın küçük bir kıyı kasabasına uğramış…

Limanda gezerken, bakmış ağzına kadar balık dolu bir tekne ve içinde keyifli bir balıkçı…

“Merhaba balıkçı” diye seslenmiş. “Bu balıkları kaç zamanda tuttun?” “Bir iki saatimi aldı” demiş balıkçı… İştahlanmış bizim işadamı;

“E, niye biraz daha kalıp daha fazla tutmadın?” diye sormuş. “Bu kadarı bize yetiyor da ondan” diye omuz silkmiş balıkçı. Şaşmış balıkçının bu kanaatkarlığına işadamı;

“Kalan zamanını nasıl geçiriyorsun peki” diye üstelemiş. Balıkçı, özetlemiş bir gününü: “Sabahları açılır, biraz balık tutarım. Sonra çocuklarımla oynarım. Öğleyin karımla biraz siesta yaparım. Aksamları amigolarla beraber gitar çalıp, geç vakte kadar eğleniriz. Oldukça meşgul sayılırım senyör.”

Gerinmiş Amerikalı: “Bak” demiş. “Ben sana yardımcı olabilirim. Bu ise daha çok zaman ayırmalısın. Daha büyük bir tekne bulup daha çok balık tutmalısın. Oradan elde edeceğin gelirle daha büyük tekneler alırsın. Kısa surede tuttuğun balıkları doğrudan isletme tesislerine satarsın. Hatta zamanla kendi balık fabrikanı bile kurabilirsin. Kısa zamanda balıkçılık sektöründe bir numara olursun.”

Balıkçı merakla “Bunları yapmak kaç sene alır senyör” demiş: “15-20 yılda halledersin” demiş Amerikalı, “Ama sonrası daha parlak: Zamanı gelince şirketini halka acarsın, hisselerini iyi paraya satarsın, kısa zamanda zengin olup milyonlar kazanırsın.”

“Milyonlar ha…” diye tekrarlamış balıkçı… “Eeee… sonra?” “Sonra emekli olursun. Küçük bir balıkçı kasabasına yerleşirsin. İstersen zevk için balık tutarsın. Çocuklarınla oynar, karınla keyfince siesta yaparsın. Aksamları da arkadaşlarınla muhabbet edip gece yarısına kadar gitar çalarsın.

Nasıl? Mükemmel değil mi?”

Balıkçı cevap vermiş, “Ben zaten şu anda o işi yapıyorum, bu kadar telaşa ne gerek var…”

Bu hikaye haklı olarak sublimal bir mesaj gibi algılanabilir. Sadece büyük resmi ve nedenlerini sorgulayarak bir beyin jimnastiği yapmanızı istedim. Mesela, Avrupada milyonlarca rüzgar ve güneş enerjisi üreten tesis var. Özellikle, güneşli ve havadar günlerde gerekenden daha fazla elektrik ürettiğini düşünün. Talepte pek artış yok. Fazla elektriği ne yapacaksınız? Bir şekilde depolamanız gerekir. Sonra, ihtiyaç duyulduğu yere taşır ve gerektiği zamanda tekrar elektrik enerjisi olarak kullanırsınız. Fosil yakıtlarla da bu işi yaparsınız ama karbondan arındırmanız zorunlu. Nihayetinde, katma değerler ve yeni iş olanakları yaratırsınız. Pekiyi, ek maliyetleri kim üstlenecek ve finanse edecek? Ben, sen, o, biz, siz. Ya onlar? Kafanız karıştıysa ne güzel. İyi olur inşallah diyerek keseyim. Sürç-i lisan ettiysek affola.

Türkiye olarak bu hidrojen modasına arkamızı dönemeyiz elbette. Ancak kendi yolumuzu bulmamız gerekir. Linyit, bor ve yenilenebilir enerji gibi kendi kaynaklarımızla, kendi teknolojimizi geliştirerek, kendi insanımızla, kendi üretimimiz ve katma değerimizle. Kimsenin çizdiği planın parçası olmadan, ulusal çıkarlarımızdan taviz vermeden, kimsenin boyunduruğuna girmeden. Yani çok çalışmamız gerekir.

Kalın sağlıcakla.