Hidrojen hakkında bilinmesi gereken on şey

Avrupa Birliği ve Almanya sırasıyla 2050 (AB) ve 2045 (D) yıllarına kadar iklim nötr olmak istiyorlar. İklim tarafsızlığı yükümlülüğü, yoğun emisyona neden olan uygulamalarla ürünlerin yerine emisyonsuz alternatiflerin gelmesi sonucunu doğuracaktır. Bir alternatif de iklimi koruyucu hidrojen. Ne var ki hidrojen, tüm zorlukları bir kerede çözen, her amaca uygun mucizevi bir çözüm değil. Zira bunun için fazlasıyla değerli ve pahalı. Çoğu zaman doğrudan elektrik kullanmak daha ucuz ve mantıklıdır.

Hidrojen molekülü

1. Hidrojen nedir?

Hidrojen birçok özelliği olan kimyasal bir elementtir. Dünyada neredeyse saf haliyle pek bulunmaz, başka elementlerle birlikte oluşturduğu bileşiklerden çözündürülerek çıkarılması gerekir. Bu süreç de oldukça yoğun enerji gerektiren bir süreç. Hidrojen çeşitli ikincil ürünlere dönüştürülerek işlenebilir. Bunlar arasında metanol, amonyak, sentetik metan ve sentetik yakıtlar (örn. E-Yakıtlar) gibi hidrojen bazlı enerji kaynakları ve temel kimyasallar vardır.

2. Hidrojenin iklim tarafsızlığı ile alakası nedir?   

Hidrojen, yoğun emisyon yaratan uygulamalarla ürünlerin emisyona yol açmayan ve az emisyona yol açan biçimlere dönüştürülmesinde yararlı olabilir. 2045 yılına kadar iklim nötr olması gerektiği için Almanya’da bu tür uygulamalarla ürünler artık çok revaçta. Çünkü dönüşüm yapmak için sanayinin birkaç yıla ihtiyacı var. Mesele, uzun vadeli yatırımlar. Şirketlerin de kısmen yeni sistemler kurmaları gerekiyor. Sanayi de siyasetten güvenilir çerçeve koşullarının oluşturulmasını talep ediyor. Yeni, iklimi koruyan sistemlerle iş modellerine yatırım yapmanın kendileri için yararlı olacağını bilmek istiyorlar.

Hidrojen, modern toplumda vazgeçmek istemediğimiz ve vazgeçemediğimiz bazı ürün ve uygulamaları iklimi daha koruyucu hale getirmeye yardım edebilir.

Hidrojen, iklimin korunması açısından önemli bir teknoloji. Ama hidrojen bütün iklim sorunlarını çözebilecekmiş ve nihai teknolojiymiş gibi davranmak yanıltıcı. Zira, birincisi emisyon tasarrufunda birçok alanda daha ucuz alternatifler mevcut ve ikincisi de hidrojen ekonomik ve teknik nedenlerle sadece sınırlı bir şekilde mevcuttur.

3. Hidrojen mesela nerede somut bir yardım sağlayabilir?

Kimya sektöründe yeşil hidrojenle yeşil amonyak üretilebilir. Amonyak kimya sektöründe önemli bir hammaddedir. Şimdiye kadar amonyak sentezi, CO2 varlığı açısından en yoğun petrokimya işlemidir. Yeşil amonyak ile kimya sektörünün CO2 ayak izi önemli ölçüde küçülür. Çelik üretiminde de yeşil hidrojen, fosil enerji kaynaklarına anlamlı bir alternatif oluşturur. Çelik yüksek fırında veya doğrudan redüksiyon sisteminde üretilir. Yüksek fırın rotasında yeşil hidrojen enjeksiyon kömürünün yerine geçebilir. Doğrudan redüksiyon rotasında doğal gaz yerine yeşil hidrojen kullanılabilir.

Uçaklara hidrojenin ikincil bir ürünü olan sentetik kerosen doldurulduğunda uçuşlar da biraz daha iklim koruyucu bir şekilde gerçekleşebilir. Aynı zamanda başka iklim koruyucu uçuş önlemleri (daha hafif uçakların inşa edilmesi, uçuş rotalarının optimizasyonu, vb.) ve uçmaya tam alternatifler (tren seyahati vb.) teşvik edilmelidir.

Çok değerli olduğu ve özel durumlarda kullanılmak üzere ayrılması gerektiği için hidrojen bazen “enerji dönüşümünün şampanyası” olarak adlandırılır.

4. Hidrojenin yeşil elektrik ile alakası nedir?

Birincisi: Yeşil elektrikle “yeşil” hidrojen üretilir. İkincisi: Yeşil elektrik hidrojenin içinde “depolanabilir.”

Birincisi konusunda: “Yeşil” hidrojen  elektroliz ile elde edilir. Bu işlemde su (H2O), hidrojen (H) ve oksijen (O) bileşenlerine ayrıştırılır. Bazılarınız bunu kimya dersinden hatırlayabilir, şuna benziyor:

CornyEqualGuernseycow-size_restricted.gif (500×288) (gfycat.com)

Bu ayrıştırma elektrik gerektirir. Elektroliz açısından elektriğin bir kömür santralinden mi, yoksa bir rüzgâr santralinden mi geldiği fark etmez. Oysa iklimin ve hayatımızın temellerinin korunması açısından sadece ve özellikle rüzgâr ve güneş enerjisinden elde edilen yeşil elektriğin üretilmesi gereklidir.

İkincisi konusunda: Yeşil elektrik doğrudan kullanabilir. Mesela akıllı telefon ve elektrikli araba şarj edilirken veya hatlara bağlı ray trafiğinde kullanırken. Yeşil elektrikle hidrojen de üretilebilir. Yeşil elektrik gaz halindeki hidrojende depolanabilir. Tekrar elektriğe ulaşabilmek için de gaz halindeki hidrojene tekrar elektriğe dönüştürülür. Bu depolama özelliği nedeniyle hidrojene bazen “Yenilenebilirliğin ortağı” da denilir. Çünkü bu şekilde yeşil elektrik depolanabilir.

Grafik Stromerzeugnung

5. Yeşil ve mavi - Hidrojende bu renklerin anlamı nedir?

Hidrojenin kendi rengi yoktur. Renkler, hangi işlemle ve hangi başlangıç maddeleriyle üretildiğini simgeler. Sadece, elektroliz yoluyla yeşil elektrikle üretilen “yeşil” hidrojen neredeyse emisyonsuzdur. Elbette, sistemler inşa edilirken emisyonlar oluşabilir, ama bu durum bütün diğer hidrojen sistemleri için de geçerlidir.

“Mavi” hidrojen, tıpkı “gri” hidrojen gibi doğal gaza dayanır. Mavi hidrojen üretiminde CO2 (hemen) atmosfere ulaşmayıp yeraltında “depolandığı” için bu mavi hidrojene iklim nötr de denilir. Bu isim üzerinde tartışmalar mevcut, sonuçta bu işlemde kullanılan doğal gaz daha fazla emisyona yol açıyor. Ancak mavi hidrojeni büyük ölçekte üretebilen tesisler şimdilik yok.

6. Mavi hidrojen neden tartışmalı?

Hidrojen üretiminden sonra CO2 büyük ölçüde ayrılıp yeraltında sıkıştırılarak depolansa bile doğal gazın çıkarılması ve nakli sırasında oluşan iklime zararlı emisyonlar (“ön zincir emisyonları”) mevcut. Sorun doğal gazın ana bileşeninin metan olmasıdır. Metan atmosfere ulaştığında yüz yıldan daha uzun bir süre boyunca, CO2’ye göre 28 kat daha fazla iklime zarar verir. Hatta 20 yıl boyunca CO2’ye nazaran 84 kat daha güçlü bir etki gösterir. Bu yüzden özellikle birçok çevre örgütü mavi hidrojene eleştirel bir tutumla yaklaşıyor.

Başka uzmanlar ve sektörün geniş bir grubu, yeterince yeşil hidrojen elde edilinceye kadar geçiş çözümü olarak mavi hidrojene ihtiyaç duyulduğunu öne sürüyorlar. Yatırım için uygun zaman aralıklarından yararlanılması ve yeni inşa edilen tesislerde hidrojen içeren uygulamaların sınanması gerektiği iddiası mevcut. Denemeler ve piyasaya sunum için mavi hidrojenin pragmatik bir çözüm olduğu öne sürülüyor. Sonra yeterince yeşil hidrojen bulunduğunda mavi hidrojenden yeşil hidrojene geçilebilir.

7. Hidrojenli arabalara ne demeli?      

Yüksek toplam işletme maliyetleri ve kötü enerji verimliliği göz önünde bulundurulduğunda hidrojenli arabalar trafik emisyonlarını azaltmak açısından uygun bir seçenek değil. Arabalar olacaksa da elektrikli arabalar daha iyi bir seçenek. Çoğu araba üreticisi elektrikli aküsü bulunan tahriklere yöneliyor. Piyasada yakıt hücreli arabalar pek yok. Ayrıca hidrojen için depo altyapısı da mevcut değil. Bunların yüksek maliyetlerle geliştirilip üretilmesi gerek; bu da nihayetinde tüketici fiyatlarını etkiler.

8. Peki, ya sentetik yakıtlar?

E-yakıt üretiminde önce elektroliz yapılır, yani su hidrojen ve oksijene ayrıştırılır. CO2 eklenmesiyle hidrojenden metan oluşur. Başka kimyasal süreçlerle istenen yakıtlar elde edilir. Bunlar da kimyasal olarak sıradan benzin, dizel veya kerosenle özdeştir. Bu yüzden içten yanmalı motordan vazgeçmek istemeyenler bu yakıtları destekliyor. Ama bu konuda da bir sorun var: “Yeşil” E-yakıt üretimi için çok fazla yeşil elektrik gerekiyor. Bu yeşil elektriği doğrudan, elektrikli akü tahrikinde kullanmak çok daha verimli. Pahalı üretim süreci ve az bulunması E-yakıtları çok pahalı kılıyor. Şu anda bir litre E-yakıtın fiyatı 4,50 Euro olurdu.

“Electrification first” (Öncelik elektrikte) şu anda trafiğin sloganı.

9.  Gelecekte Almanya'nın hidrojen ihtiyacı ne kadar olacak?     

Şu anda ulusal tüketim yılda 55 ile 60 teravat saat arasında. Bu da neredeyse sadece gaz ve petrolden üretilen gri hidrojen olup iklim açısından oldukça zararlıdır. Aşağıdaki şekil hedefin 2045 iklim tarafsızlığı olduğu, üretim ve tüketime dair bir senaryoyu gösteriyor. Buna göre 2030’da 63 teravat saat hidrojene ihtiyaç var; yani bugüne göre sadece biraz daha fazla. 2045’e kadar talep yılda 265 teravat saate yükselecektir. Senaryo 2030 için yeşil ve mavi hidrojen karışımını öngörüyor. Ancak 2045’e kadar mavi hidrojen tamamen yeşil hidrojenle ikame edilecektir.

(Yeşil) Hidrojen ihtiyacı, Almanya’da bizzat üretilebilen miktardan daha yüksek olacaktır. Almanya’nın görece olarak yoğun bir nüfusu var ve güneş de yıl boyu parlamıyor. Bu durum da ülkenin rüzgâr ve güneş enerjisi kapasitelerini sınırlıyor. Bu yüzden daha 2030’dan itibaren ihtiyaç duyulan hidrojenin üçte ikisinin ithal edilmesi gerekecektir.

10. Hidrojen ithalatı konusunda nelere dikkat edilmeli?   

Büyük alanı, bol güneşi ve rüzgârı olan ülkelerde coğrafi ve fiziksel olarak yeşil hidrojen üretimi için çok iyi koşullar mevcut. Bunlar da görece Global Güneyde bulunan ülkelerdir. Ne var ki ihracat yapacak ülkelerde, (yeşil) hidrojen ihracatına yönelik büyük ölçekte üretim yapıldığında insan ve doğanın üzerinde olumsuz etkilerin oluşması riski vardır. Örneğin elektroliz için bol temiz su gerekli. Global Güneyin bol güneşli ülkelerindeyse temiz su oldukça kıt bir kaynak. Bu yüzden – hidrojen üretimine rağmen - yerinde güvenli bir içme suyu tedarikinin garantilenmesi gerekir. Aynı durum yeşil elektrik tedariki için de geçerli. Yeşil hidrojen ve sürdürülebilir elektrik tedariki için yerinde yeşil elektrik tesisleri sağlanmalı. Sonuçta, insanlar da ekonomi de hidrojenden sürdürülebilir biçimde yararlanmalı.

Şu anda hidrojen ithalatı için bağlayıcı düzenlemeler yok. Bu yüzden Almanya ve Avrupa, bu konuda öncülük ederek piyasalarının gücüyle katı ve kontrol edilebilir standartlar geliştirme fırsatına sahip. Böyle düzenlemeler, sağlam yaptırımlarla ilişkilendirildiğinde, hidrojenden gerçekten de sürdürülebilir, global bir girişimin, sosyal açıdan adil, ekolojik olarak zararsız ve ekonomik olarak başarılı bir girişimin yaratılması sağlanabilir.