Hidrojen

21. yüzyılda enerji, sürdürülebilir kalkınma hedefine ulaşmada oldukça önemli bir yere sahiptir. Özellikle fosil temelli yakıtların toplumların enerji ihtiyacını karşılamada kullanılması önemli ekonomik, çevresel ve sosyal sorunlara yol açmaktadır. Bu açıdan bakıldığında hidrojen enerjisi bu problemlerin çözümünde en önemli alternatif olarak karşımıza çıkmaktadır.

Peki temiz ve yüksek bir enerji kaynağı olan Hidrojen, enerji senaryolarında hakkettiği yeri neden alamadı?

Hidrojen Dünyada en bol bulunan madde olmasına rağmen enerjisinden gerektiği gibi faydalanamıyoruz;

Günümüze gelene kadar Hidrojen üretim teknolojilerinde yapılan çalışmalar beklenen verimin çok altında kalmış, yüksek enerji maaliyetleri, bakım giderleri ile birlikte arzu edilen kalitede, miktarda,  güvenli, bol, ucuz HİDROJEN ve Hidrojenden Enerji üretilmesi gerçekleştirilememiştir.

Enerji kaynaklarına bakıldığında, neredeyse Hidrojene alternatif olabilecek tek bir enerji kaynağı olmamasına rağmen HİDROJEN enerjisi literatüre dahi girebilmiş değildir.

HİDROJEN KAYNAKLARI VE KLASİK ÜRETİM METODLARINA KISACA GÖZ ATARSAK;

Hidrojen üretimi çeşitli kaynaklarla yapılabilir ve bu üretim yöntemleri kullanılan kaynaklara göre değişiklik gösterir.

Temel olarak dört ana üretim yolu vardır:

1. Fosil Yakıtlardan Hidrojen Üretimi (Doğal Gaz, Kömür)

Doğal Gaz Reformasyonu (Buhar Metan Reformasyonu - SMR) : Dünya üzerindeki en yaygın üretim yöntemidir. Doğal gazdan yüksek hızda buharla reaksiyona girerek Hidrojen elde edilir. Bu işlemin sonucunda yan ürün olarak karbonhidratlar (CO₂) da ortaya çıkar.

Kömür Gazlaştırma : Kömür, yüksek oranda ve basınçta buharla reaksiyona sokularak hidrojen ve karbon monoksit üretir. Karbon monoksit daha sonra hidrojen üretimi için su buharı ile reaksiyona girer (su-gaz kayma reaksiyonu).

2. Biyokütleden Hidrojen Üretimi

Biyokütle Gazlaştırma : Biyokütlenin (bitkisel ve hayvansal atıklar gibi organik ürünler) hızlı buharla reaksiyona sokulmasıyla hidrojen ve diğer gazlar elde edilir.

Biyolojik Prosesler : Bazı mikroorganizmalar ( Bakteriler ) biyolojik /organik  parçalarla hidrojen üretilebilir. Bu işlemler genellikle biyokimyasal maddelerle organik atıkların parçalanmasıyla yapılır. 

3. Su ve Elektrik Kaynaklarından Hidrojen Üretimi

Elektroliz : Suya elektrik akımı uygulanarak hidrojen ve oksijen moleküllerinin ayrıştırılması işlemidir. Bu işlem için kullanılan elektrik enerjisi genellikle alternatif enerji kaynaklarından (güneş, rüzgar, hidroelektrik) sağlanır. Bu tarz elde edilen Hidrojen enerjisine  "Yeşil Hidrojen" denilmektedir.

Alkalin Elektroliz : Geleneksel elektroliz yöntemlerinden biridir.

PEM Elektroliz : Proton değişim membranı (PEM) sayesinde daha verimli elektroliz yapılır.

Termal Su Ayırma : Yüksek sıcaklıklarla suyun doğrudan hidrojen ve oksijen ayrımı. Bunun için genellikle Nükleer enerji kullanılır.

4. Diğer Kaynaklar ve Yöntemler

Fotoliz : Güneş ışığını kullanarak suyu  doğrudan Hidrojen ve Oksijene ayırma.

Termokimyasal Su Ayırma : Farklı kimyasal maddeler ve yüksek sıcaklıklar kullanarak suyu ayrıştırma prosesleri

Hidrojen değişiminin etkisi, üretim kaynağına bağlı olarak değişmektedir. Fosil yakıtlardan üretilen enerji, karbon emisyonu yaratırken, elektroliz gibi enerji kaynaklarından üretilen enerji, çevre dostu ve karbon emisyonsuzdur.

4 ana madde de özetlemeye çalıştığımız Hidrojen Gazı üretim proseslerinin genel dezavantajları ;

• Büyük ve  geniş alanlara ihtiyaç duymaları
• Çok yüksek kurulum ve işletme maliyetleri
• Ürettiğinden çok daha fazla enerji tüketmeleri
• Hidrojen gazı üretim hızlarının ve kapasitelerinin düşük olması
• Üretmiş oldukları Hidrojen Gazının saklama, depolama, nakliye, kullanım sorunları vb gibi

Ekonomik ve fiziksel bir çok sorun içermesinin yanında HİDROJEN GAZI;

İleri düzeyde teknolojik ve yüksek maliyetli güvenlik tedbiri alınmadığında Depolanması, kullanılması çok tehlikeli bir gazdır.

• Yanıcılığı / Patlayıcılığı  dünyada en yüksek seviyedeki gazdır.
• Alevi görülmez
• Yüksek difüzyona sahiptir ; Dünyadaki en küçük hacime sahip molekül olduğundan , kaçak tespiti ve depolanması oldukça zordur
• Boğulma riski ; Renksiz, kokusuz bir gazdır, yeterli oksijen olmayan yerlerde gizli boğulmaya sebep verebilir.
• Statik elektrik oluşumunda patlayabilir.
• Depolama basıncı çok yüksektir , kolay kolay sıvılaşmaz. Basınç altında depolandığında boşaltılırken çok düşük eksi sıcaklıklara ulaşabilir.
• Oksitleyici her türlü madde ile çok hızla reaksiyona girer

Hidrojen gazının kullanımı, özellikle enerji ve yakıt sistemi alanında önemli olanaklar sunmasına rağmen, güvenli bir şekilde kullanılabilmesi için depolama, taşıma ve kullanımda yüksek dikkat gerektirir. Bu tehlikelerin göz önünde bulundurularak saklanması, etkili güvenlik önlemleri ve teknolojik çözümler gerektirir.

Bütün bunlara ilave olarak HİDROJENİN kullanım zorlukları

• Kalorisi çok yüksektir , piyasada bulunan Otomobil / Araç motorlarında , Jeneratörlerde , Elektrik Santrallerinde , Kombi , Kazan , Brolür vs gibi ısı sistemlerinde kullanılabilmesi için bir çok teknik revizyon ve güvenlik önlemi gerektirir
• Otomobil , Uçak, Tren Gemi vs gibi taşıtlarda enerji kaynağı olarak kullanımı, depolanması çok yüksek maliyetli teknolojiler gerektirir.
• Fullcell gibi yakıt hücrelerinde Oksijen ile reaksiyona sokularak elektrik enerjisi üretebilir ancak bu teknolojide kullanılan materyaller ve hammaddeler pahalı ve genellikle doğada az bulunan cevherlerden üretilir.

Örneğin Otomotiv teknolojisinde Hidrojen kullanabilmek için Pahalı üretim teknikleri ile üretilen Hidrojen Gazı , Sıvı Hidrojen tanklarına depolanıp , üretimi çok daha pahalı ve zor olan FullCell hücrelerinde elektriğe dönüştürüldükten sonra , elektrikli araç dizaynına sahip otomobillerde kullanılabilmektedir. Bu da klasik bir otomobil üretim maliyetine karşı çok daha yüksek üretim maliyetlerine , üretim esnasında kullanılan teknikler ve hammaddeler yüzünden kesinlikle çevreci olmayan bir tekniğe , Nadir toprak elementlerinin yoğun bir şekilde kullanılmasına ve elektriğin depolandığı Batarya ve Akülerin zaman içerisinde Dünyayı batarya çöplüğü haline getirmesine sebep olmaktadır.

Kısaca ;

Üretim zorlukları , yüksek üretim maliyetleri , depolama ve taşıma sorunları , piyasada bulunan mevcut kombiler , araç motorları vs için uygun olmaması , teknik alt yapı yetersizlikleri , teknolojilerin yeterli düzeyde olmaması , güvenlik riskleri , birbirinin benzeri kopyalanmış verimsiz  prosesler , yetersiz çözümler  vs gibi sebeplerden  dolayı HİDROJEN ENERJİSİ hak ettiği yeri alamamıştır.

HOWTEK OLARAK HİDROJENİ HAK ETTİĞİ SEVİYEYE GETİREBİLMEK AMACI İLE

Sırasıyla ;

1. Emsallerine göre , daha küçük boyutlarda , atık bırakmayan , temiz , ekonomik , işletme ve bakım maliyetleri düşük , su kaynaklarından yüksek kapasitelerde gaz üretebilen , yatırım maliyetlerini 1 yıldan az bir sürede amorti edebilen Hidrojen Proseslerinin üretimi
2. Hidrojen gazının yüksek riskler taşıyan mevcut halinin Karbon fermantasyonu ile  kalorize edilerek depolama, uygulama, kullanım , güvenlik risklerinin ortadan kaldırılması
3. Hidrojenden , DOĞALGAZ / LPG / LNG / KEROSEN / BÜTAN / METAN / ETAN / PROPAN gibi yanıcılık , parlayıcılık , depolama , güvenlik  kriterlerine haiz, verimi yüksek , karbon salınımı düşük değişik yanma özelliklerine sahip Hidrokarbon gazlarının üretimleri
4. Hidrojenin , Thermal Craking proseslerinde Karbon , Kömür , Plastik atıklar , Bitki atıkları ile işlenerek Zift / Fuel Oil / Mazot / Benzin / Gaz yağı / Kerosen vb gibi sıvı yakıtların, Plastik türevi ana hammaddelerin  elde edilmesi
5. 1000-2000 Kcal gibi Düşük  kalorili kömürlerin Hidrojen ile fermante edilerek 5000-6000 kalorilere çıkarılması
6. Verimi düşük BioGas / Biyokütle santrallerinin Gaz üretim miktar ve kapasitelerinin arttırılması
7. Isı üretiminde Kombi , Brolür, Kazan, Buhar Jeneratörleri , Çevrim santralleri , Türbinler vs gibi ünitelerde basit revizyonlar yapılarak Hidrokarbon gazları ile çalışabilir seviyeye getirilmeleri
8. Yüksek ısıl güç gerektiren Maden İzabe tesisleri, hadde haneler, döküm ocakları , Cevher zenginleştirme için Yüksek Santigrat derece ısı gerektiren Oksitlerin alınarak Elementel Mineral saflaştırma ( Bor oksitten Bor karbür , elementel bor , SİO2 Silisyum Oksitten Saf Silisyum eldesi , Bakır oksitten veya Bakır hurdalarından Anot / Katot Bakır vs gibi ) proseslerin Hidrokarbon ve Hidrojen gazları ile çalışarak düşük maliyetler , yüksek üretim kapasitelerine çıkarılmaları
9. Kara, deniz , hava araçlarında basit revizyonlar ile Hidrokarbon gazlarının , Sentetik sıvı Hidrokarbon yakıtlarının kullanılması
10. Elektrik santrallerinde , yakıt olarak Hidrokarbon gazlarının kullanılarak Elektrik Enerjisi üretimi
11. Doğalgaz hatlarına , Hidrokarbon gazları basılarak konut ve sanayi tesislerinin ısıl enerji ihtiyacının karşılanması Hedeflenmektedir.

HİDROJEN PROSESLERİMİZDE  ;

HİDROJEN PROSESLERİNİN KLASİK SİSTEMLERE GÖRE ;

• Depolamaya gerek kalmadan, ihtiyaca göre anlık olarak düşük gaz hacim seviyesinden , çok daha yüksek gaz hacim seviyelerinde ürün çıkışı sağlaması
• Hidrojen üretimi için saf suya ihtiyaç duymadan, kullanım veya içme suyu kalitesinde üretim yapabilmesi
• Anot / Katot kullanım ömrünün emsallerine göre çok daha uzun olması
• Çok küçük boyutlarda yüksek kapasitelerde sıvı veya gaz formunda Hidrojen / Oksijen üretimi yapabilmesi
• İstendiğinde %99,9 saflıkta Hidrojen / %99,9 saflıkta Oksijen gazı ayrı ayrı veya HHO şeklinde üretim yapabilmesi
• Gaz üretimi için az miktarda Elektrolit Tuzlarına gereksinim duyması
• Elektroliz esnasında harcadığı elektrik enerjisi çok düşük olması
• Her ebat ve kapasitede üretilebilmesi
• Doğalgaz hatlarına ilave edilerek , doğalgazın kalitesini ve kalorisini yükseltirken, Doğalgaz tüketimini azaltması
• Kerosen / Avgas / Benzin / Dizel / Doğalgaz vb gibi Hidrokarbon gazlarını üretebilmesi
• Düşük kalorili kömürlerin Kalorilerinin yükseltmesi
• Çok yüksek kapasitelerde GAZ üretimi yapılabilmesi
• Sarf malzeme ve bakım maliyetlerinin ekonomik olması
• Yatırım ve işletme maliyetlerinin düşük olması HEDEFLENMEKTEDİR.