Berlin–Fransız yazar Jules Verne, 1874 yılında yazdığı “Gizemli Ada” kitabında “Su geleceğin kömürüdür” diye yazmıştı. Şöyle açıkladı: “Yarının enerjisi elektrik akımıyla parçalanan sudur. Bu şekilde parçalanan su elementleri, hidrojen ve oksijen, belirsiz bir gelecek için dünyanın enerji tedarikini güvence altına alacak.” 145 yıl önce hâlâ ütopya olan şey, şimdi büyük ölçekte hayata geçirilecek. Federal hükümet geçen hafta Berlin'de düzenlenen bir konferansta yıl sonuna kadar ulusal bir hidrojen stratejisi sunacağını duyurdu. Federal Ekonomi Bakanı Peter Altmaier, hidrojenin “uzun vadeli başarılı bir enerji geçişi için önemli bir hammadde” olduğunu söyledi. Hedef, yüzyılın ortasına kadar sera gazı nötrlüğüne ulaşmaktır. İşte bazı önemli soruların yanıtları.
Sürdürülebilir enerji üretiminin iki temel unsuru: Rüzgar enerjisi ve su.Getty Images/John Lawson
Hidrojen ne ölçüde enerji sağlar?
Hidrojenin kendisi kömür, doğal gaz, petrol veya biyokütle gibi bir enerji kaynağı değildir. Ancak bir enerji kaynağı olarak hizmet ediyor ve fosil kaynakların değiştirilmesine önemli bir katkıda bulunabiliyor. Çünkü rüzgar ve güneş enerjisini depolamak ve taşımak için kullanılabilir. Bu çok önemlidir çünkü rüzgar ve güneş gibi doğal kaynaklardan elde edilen enerji arzı büyük ölçüde dalgalanmaktadır. Enerji geçişi ancak yenilenebilir enerjilerden elde edilen elektriğin kayıpsız kullanılabilmesini sağlayacak verimli depolama sistemleri geliştirildiğinde başarılı olabilir. Şu ana kadar fazla elektrik, diğer şeylerin yanı sıra, Almanya'da alanın sınırlı olduğu pompalı depolamalı enerji santrallerinde veya mağaralarda basınçlı hava kullanılarak depolandı. En modern piller de geliştirilmektedir. Hidrojen başka bir verimli seçenektir. Büyük miktarlarda depolanabilir ve taşınabilir.
Hidrojen nasıl enerji kaynağına dönüştürülür?
Bu elektroliz yoluyla gerçekleşir. Su (H2O), elektrik kullanılarak hidrojen (H2) ve oksijene (O2) parçalanır. Elektrik enerjisi kimyasal enerjiye dönüştürülür. Bu, örneğin elektrik üreten rüzgar santrallerine bağlanan elektrolizörler kullanılarak yapılır.
Hidrojen nasıl depolanır? Bu, hidrojenin 700 bar'a kadar çok yüksek basınç altında sıkıştırılması veya düşük sıcaklıklarda (eksi 252,8 santigrat derece) sıvı formda depolanmasıyla yapılır. LOHC teknolojisi adı verilen özel bir formdur. Burada hidrojen sıvı organik maddelere bağlıdır. Dizel gibi tankerlerle, ağır basınçlı tanklara ihtiyaç duymadan taşınabilir, bu da taşıma hacmini artırır. Hatta güneşli bölgelerdeki güneş enerjisi santrallerinde üretilen elektriğin büyük hidrojen tanklarıyla Almanya'ya taşınması bile düşünülüyor.
Evrendeki en yaygın element
Urstoff. Hidrojen (H), evrende en yaygın bulunan ve atom kütlesi en düşük olan elementtir. 13,8 milyar yıl önce Büyük Patlama'dan kısa bir süre sonra oluşmuştur. İlk yıldızlar hidrojenin helyuma dönüşmesiyle oluşmuştur.
Dünyevi olay. Hidrojen Dünya'da renksiz ve kokusuz bir gaz (H2) halinde bulunur. İlk kez 1766 yılında incelenmiştir. Kaşifi İngiliz kimyager Henry Cavendish, onu “yanıcı hava” olarak adlandırdı.
Bağlı form. Hidrojen genellikle yeryüzünde bağlı olarak bulunur; suyun ve neredeyse tüm organik bileşiklerin (örneğin ham petrol ve metan gibi doğal gaz) bir bileşeni olarak. Hidrojen bu nedenle neredeyse sınırsız miktarlarda mevcuttur.
Hidrojen nerede kullanılır?
Hidrojen, araçları, gemileri, küçük enerji santrallerini çalıştırmak için, ısı kaynağında gaz katkı maddesi olarak, elektrik üretiminde ve yapay yakıtların temeli olarak kullanılabilir, aynı zamanda sanayideki CO2 emisyonlarını azaltmak için de kullanılabilir. Araştırmacılar çeşitli teknolojiler üzerinde çalışıyor. Birçok federal eyalette model projeler geliştirilmektedir. Örneğin Saksonya-Anhalt'ta araştırmacılar, gazlı cihazların ısıtılmasında ve çalıştırılmasında doğal gazın yerini almak üzere gaz şebekesine ne kadar hidrojen beslenebileceğini test etmek istiyorlar. Araştırmacılar yüzde 20 hidrojen içeren bir karışım üretebilmeyi umuyorlar. Kuzey Frizya'da sözde e-çiftlik inşa ediliyor. Burada amaç rüzgar santrallerinden elde edilen elektriğin büyük oranda hidrojende depolanması ve bunun daha sonra hidrojen dolum istasyonlarına götürülerek yakıt olarak kullanılmasıdır. Hessen'de otobüsler ve trenler yakıt hücreleriyle çalışacak.
Yakıt hücresi nasıl çalışır?
Yakıt hücresinin temel prensibi 1838 civarında geliştirildi. Basitçe söylemek gerekirse: Elektroliz sürecini tersine çeviren galvanik bir hücredir. Elektrik akımı, ısı ve su buharı, hidrojen ve oksijenin adım adım reaksiyonuyla (redoks reaksiyonu) oluşturulur.
Allendorf'taki (Hesse) elektrikten gaza üretim tesisi. Metan hidrojenin yardımıyla üretilir.dpa
Gelecekte hidrojenli araba kullanacak mıyız?
Yakıt hücreli araçlar elektromobiliteye, yani araçlarda lityum iyon pillerin artan kullanımına bir alternatif oluşturmaktadır. Federal Ulaştırma Bakanı Andreas Scheuer'in özetlediği gibi şu ana kadar Almanya'da yalnızca “600 yakıt hücreli araç, 86 hidrojen otobüsü, 30 tren” yollarda. Almanya'da yıl sonuna kadar 100 hidrojen dolum istasyonunun olması bekleniyor. Buna karşılık elektrikli araçlar için yaklaşık 17.000 şarj istasyonu bulunmaktadır. Araştırmalar hidrojenli arabaların özellikle uzun yolculuklarda akülü arabalardan daha üstün olacağını gösteriyor. Yakıt ikmali süreleri elektrikli otomobillerin şarj sürelerinden önemli ölçüde daha kısadır. Toyota, Hyundai ve Mercedes gibi şirketler, kısa mesafeler için pillerle ve uzun mesafeler için hidrojenle çalışan hibrit otomobiller de dahil olmak üzere otomobiller geliştirdiler. Uzmanlar, yakıt hücrelerinin özellikle otobüs ve tren gibi büyük araçlar için uygun olduğunu söylüyor. Gemiler ayrıca çevreye zararlı gemi dizeli yerine hidrojenle de çalışabilir.
“Yeşil” ve “mavi” hidrojen nedir?
Hidrojenin sanayide kullanılması yeni değildir. Örneğin gübre üretimi için amonyak sentezinde, madeni yağ rafinasyonunda, metanol sentezinde ve çelik üretiminde başlangıç elementi olarak görev yapar. Hidrojenin büyük bir kısmı reforming prosesi adı verilen proses kullanılarak elde edilir. Hidrojen, doğal gaz ve kömür gibi fosil kaynaklardan adım adım bir süreçten çıkarılır. Yan ürünler arasında CO2 ve kükürt dioksit bulunur. Buna “mavi” hidrojen denir. Hidrojenin fosil yakıtlardan elde edilen elektrik kullanılarak üretilmesi durumunda da aynı durum geçerlidir. “Yeşil” hidrojen ise yenilenebilir enerjiler kullanılarak üretiliyor. Üretimi aynı zamanda herhangi bir sera gazı salımına da neden olmaz.
Enerjiden gaza geçiş teknolojisine ne olacak?
Burada örneğin hidrojen yapay olarak doğal gaz üretmek için kullanılıyor. İlgili sistemler zaten mevcut. Elektroliz yoluyla hidrojen üretmek için yenilenebilir enerjilerden elde edilen fazla elektriği kullanıyorlar. Bu daha sonra yer altı depolama tesisinde CO2 ve bazı mikroorganizmalarla temasa geçer. Bu metan (CH4) üretir. Örneğin arkeler mikroorganizma görevi görür. Biyometan, doğal gazın kullanıldığı her yerde kullanılabilir: elektrik ve ısı üretiminde, yakıt olarak ve kimya endüstrisinde.
Sınırlar ve sorunlar nerede?
Enerjiyi hidrojende depolamak hala oldukça pahalı ve verimsiz çünkü süreçte çok fazla enerji kayboluyor. Yakıt hücresinin arabayı çalıştırmak için sağladığı şey, tüm dönüştürme adımlarından sonra, başlangıçta kullanılan elektriğin yalnızca üçte biri kadardır. Şu ana kadar pek çok teknoloji henüz geliştirme ve model aşamasında. Büyük ölçekli üretimde kullanılabilmesi için daha kat edilmesi gereken uzun bir yol var. Ancak gerçekten bir etki yaratmak için endüstriyel ölçekte, örneğin rafinerilerde ve çelik endüstrisinde hidrojen ekonomisine ihtiyaç var.
Sürdürülebilir enerji üretiminin iki temel unsuru: Rüzgar enerjisi ve su.Getty Images/John Lawson
Hidrojen ne ölçüde enerji sağlar?
Hidrojenin kendisi kömür, doğal gaz, petrol veya biyokütle gibi bir enerji kaynağı değildir. Ancak bir enerji kaynağı olarak hizmet ediyor ve fosil kaynakların değiştirilmesine önemli bir katkıda bulunabiliyor. Çünkü rüzgar ve güneş enerjisini depolamak ve taşımak için kullanılabilir. Bu çok önemlidir çünkü rüzgar ve güneş gibi doğal kaynaklardan elde edilen enerji arzı büyük ölçüde dalgalanmaktadır. Enerji geçişi ancak yenilenebilir enerjilerden elde edilen elektriğin kayıpsız kullanılabilmesini sağlayacak verimli depolama sistemleri geliştirildiğinde başarılı olabilir. Şu ana kadar fazla elektrik, diğer şeylerin yanı sıra, Almanya'da alanın sınırlı olduğu pompalı depolamalı enerji santrallerinde veya mağaralarda basınçlı hava kullanılarak depolandı. En modern piller de geliştirilmektedir. Hidrojen başka bir verimli seçenektir. Büyük miktarlarda depolanabilir ve taşınabilir.
Hidrojen nasıl enerji kaynağına dönüştürülür?
Bu elektroliz yoluyla gerçekleşir. Su (H2O), elektrik kullanılarak hidrojen (H2) ve oksijene (O2) parçalanır. Elektrik enerjisi kimyasal enerjiye dönüştürülür. Bu, örneğin elektrik üreten rüzgar santrallerine bağlanan elektrolizörler kullanılarak yapılır.
Hidrojen nasıl depolanır? Bu, hidrojenin 700 bar'a kadar çok yüksek basınç altında sıkıştırılması veya düşük sıcaklıklarda (eksi 252,8 santigrat derece) sıvı formda depolanmasıyla yapılır. LOHC teknolojisi adı verilen özel bir formdur. Burada hidrojen sıvı organik maddelere bağlıdır. Dizel gibi tankerlerle, ağır basınçlı tanklara ihtiyaç duymadan taşınabilir, bu da taşıma hacmini artırır. Hatta güneşli bölgelerdeki güneş enerjisi santrallerinde üretilen elektriğin büyük hidrojen tanklarıyla Almanya'ya taşınması bile düşünülüyor.
Evrendeki en yaygın element
Urstoff. Hidrojen (H), evrende en yaygın bulunan ve atom kütlesi en düşük olan elementtir. 13,8 milyar yıl önce Büyük Patlama'dan kısa bir süre sonra oluşmuştur. İlk yıldızlar hidrojenin helyuma dönüşmesiyle oluşmuştur.
Dünyevi olay. Hidrojen Dünya'da renksiz ve kokusuz bir gaz (H2) halinde bulunur. İlk kez 1766 yılında incelenmiştir. Kaşifi İngiliz kimyager Henry Cavendish, onu “yanıcı hava” olarak adlandırdı.
Bağlı form. Hidrojen genellikle yeryüzünde bağlı olarak bulunur; suyun ve neredeyse tüm organik bileşiklerin (örneğin ham petrol ve metan gibi doğal gaz) bir bileşeni olarak. Hidrojen bu nedenle neredeyse sınırsız miktarlarda mevcuttur.
Hidrojen nerede kullanılır?
Hidrojen, araçları, gemileri, küçük enerji santrallerini çalıştırmak için, ısı kaynağında gaz katkı maddesi olarak, elektrik üretiminde ve yapay yakıtların temeli olarak kullanılabilir, aynı zamanda sanayideki CO2 emisyonlarını azaltmak için de kullanılabilir. Araştırmacılar çeşitli teknolojiler üzerinde çalışıyor. Birçok federal eyalette model projeler geliştirilmektedir. Örneğin Saksonya-Anhalt'ta araştırmacılar, gazlı cihazların ısıtılmasında ve çalıştırılmasında doğal gazın yerini almak üzere gaz şebekesine ne kadar hidrojen beslenebileceğini test etmek istiyorlar. Araştırmacılar yüzde 20 hidrojen içeren bir karışım üretebilmeyi umuyorlar. Kuzey Frizya'da sözde e-çiftlik inşa ediliyor. Burada amaç rüzgar santrallerinden elde edilen elektriğin büyük oranda hidrojende depolanması ve bunun daha sonra hidrojen dolum istasyonlarına götürülerek yakıt olarak kullanılmasıdır. Hessen'de otobüsler ve trenler yakıt hücreleriyle çalışacak.
Yakıt hücresi nasıl çalışır?
Yakıt hücresinin temel prensibi 1838 civarında geliştirildi. Basitçe söylemek gerekirse: Elektroliz sürecini tersine çeviren galvanik bir hücredir. Elektrik akımı, ısı ve su buharı, hidrojen ve oksijenin adım adım reaksiyonuyla (redoks reaksiyonu) oluşturulur.
Allendorf'taki (Hesse) elektrikten gaza üretim tesisi. Metan hidrojenin yardımıyla üretilir.dpa
Gelecekte hidrojenli araba kullanacak mıyız?
Yakıt hücreli araçlar elektromobiliteye, yani araçlarda lityum iyon pillerin artan kullanımına bir alternatif oluşturmaktadır. Federal Ulaştırma Bakanı Andreas Scheuer'in özetlediği gibi şu ana kadar Almanya'da yalnızca “600 yakıt hücreli araç, 86 hidrojen otobüsü, 30 tren” yollarda. Almanya'da yıl sonuna kadar 100 hidrojen dolum istasyonunun olması bekleniyor. Buna karşılık elektrikli araçlar için yaklaşık 17.000 şarj istasyonu bulunmaktadır. Araştırmalar hidrojenli arabaların özellikle uzun yolculuklarda akülü arabalardan daha üstün olacağını gösteriyor. Yakıt ikmali süreleri elektrikli otomobillerin şarj sürelerinden önemli ölçüde daha kısadır. Toyota, Hyundai ve Mercedes gibi şirketler, kısa mesafeler için pillerle ve uzun mesafeler için hidrojenle çalışan hibrit otomobiller de dahil olmak üzere otomobiller geliştirdiler. Uzmanlar, yakıt hücrelerinin özellikle otobüs ve tren gibi büyük araçlar için uygun olduğunu söylüyor. Gemiler ayrıca çevreye zararlı gemi dizeli yerine hidrojenle de çalışabilir.
“Yeşil” ve “mavi” hidrojen nedir?
Hidrojenin sanayide kullanılması yeni değildir. Örneğin gübre üretimi için amonyak sentezinde, madeni yağ rafinasyonunda, metanol sentezinde ve çelik üretiminde başlangıç elementi olarak görev yapar. Hidrojenin büyük bir kısmı reforming prosesi adı verilen proses kullanılarak elde edilir. Hidrojen, doğal gaz ve kömür gibi fosil kaynaklardan adım adım bir süreçten çıkarılır. Yan ürünler arasında CO2 ve kükürt dioksit bulunur. Buna “mavi” hidrojen denir. Hidrojenin fosil yakıtlardan elde edilen elektrik kullanılarak üretilmesi durumunda da aynı durum geçerlidir. “Yeşil” hidrojen ise yenilenebilir enerjiler kullanılarak üretiliyor. Üretimi aynı zamanda herhangi bir sera gazı salımına da neden olmaz.
Enerjiden gaza geçiş teknolojisine ne olacak?
Burada örneğin hidrojen yapay olarak doğal gaz üretmek için kullanılıyor. İlgili sistemler zaten mevcut. Elektroliz yoluyla hidrojen üretmek için yenilenebilir enerjilerden elde edilen fazla elektriği kullanıyorlar. Bu daha sonra yer altı depolama tesisinde CO2 ve bazı mikroorganizmalarla temasa geçer. Bu metan (CH4) üretir. Örneğin arkeler mikroorganizma görevi görür. Biyometan, doğal gazın kullanıldığı her yerde kullanılabilir: elektrik ve ısı üretiminde, yakıt olarak ve kimya endüstrisinde.
Sınırlar ve sorunlar nerede?
Enerjiyi hidrojende depolamak hala oldukça pahalı ve verimsiz çünkü süreçte çok fazla enerji kayboluyor. Yakıt hücresinin arabayı çalıştırmak için sağladığı şey, tüm dönüştürme adımlarından sonra, başlangıçta kullanılan elektriğin yalnızca üçte biri kadardır. Şu ana kadar pek çok teknoloji henüz geliştirme ve model aşamasında. Büyük ölçekli üretimde kullanılabilmesi için daha kat edilmesi gereken uzun bir yol var. Ancak gerçekten bir etki yaratmak için endüstriyel ölçekte, örneğin rafinerilerde ve çelik endüstrisinde hidrojen ekonomisine ihtiyaç var.