HİDROJEN ENERJİSİ

... konulu sunumlar: "HİDROJEN ENERJİSİ"— Sunum transkripti:

1 HİDROJEN ENERJİSİ

2 HİDROJEN  Hidrojen 1500'lü yıllarda keşfedilmiş,1700'lü yıllarda yanabilme özelliğinin farkına varılmış, evrenin en basit ve en çok bulunan elementi olup, renksiz, kokusuz, havadan 14.4 kez daha hafif ve tamamen zehirsiz bir gazdır.  -252.77°C‘ da sıvı hale getirilebilir. Sıvı hidrojenin hacmi gaz halindeki hacminin sadece 1/700'ü kadardır.

3  Hidrojen bilinen tüm yakıtlar içerisinde birim kütle başına enyüksek enerji içeriğine sahiptir.  1 kg hidrojen, 2.1 kg doğal gaz veya 2.8 kg petrolün sahip olduğu enerjiye sahiptir. Ancak birim enerji başına hacmi yüksektir.  Hidrojen doğada serbest halde bulunmaz, bileşikler halinde bulunur. En çok bilinen bileşiği ise sudur.

4  Isı ve patlama enerjisi gerektiren her alanda kullanımı temiz ve kolay olan hidrojenin yakıt olarak kullanıldığı enerji sistemlerinde, atmosfere atılan ürün sadece su ve/veya su buharı olmaktadır.  Hidrojen petrol yakıtlarına göre ortalama 1.33 kat daha verimli bir yakıttır. Hidrojenden enerji elde edilmesi esnasında su buhar dışında çevreyi kirletici ve sera etkisini artırıcı hiçbir gaz ve zararlı kimyasal madde üretimi söz konusu değildir.

5 HIDROJENIN ELDE EDILMESI

6 Hidrojen bir doğal yakıt olmayıp, birincil enerji kaynaklarından yararlanılarak su, fosil yakıtlar ve biyokütle gibi değişik hammaddelerden üretilebilen sentetik bir yakıttır. Üretilmesi aşamasında;  buhar iyileştirme  atık gazların saflaştırılması  elektroliz  fotosüreçler  termokimyasal süreçler  radyoliz gibi alternatif birçok hidrojen üretim teknolojileri mevcuttur.

7 Elde Edilişi  Hidrokarbon bileşiklerinden C 3 H 8(g) + 6H 2 O (s) → 3CO 2(g) + 10H 2(g)  Kızgın kok üzerinden sıcak su buharı geçirilerek C (k) + H 2 O (g) → CO (g) + H 2(g)  Aktif metallere asit etki ettirmekle Fe (k) + 2HCl (suda) →FeCl 2(suda) + H 2(g)  Suyun ya da suda iyi çözünen asit, baz ve tuz çözeltilerinin elektrolizinden 2HCl (g) + H 2 O (s) ―› H 2(g) + CI 2(g) + H 2 O (s)

8  Kömür, doğalgaz, benzin gibi fosil yakıtlardan termokimyasal yöntemlerle hidrojen elde edilmesi:Buharla reaksiyon yöntemi en çok kullanılan yöntemdir.Burada fosil yakıt bir nikel esaslı katalizör vasıtası ile buharla reaksiyona girer ve hidrojen açığa çıkar.Ayrıca biomass’dan proliz yöntemi ile elde edilen bio-yağ’dan da benzer şekilde buharla reaksiyon ile hidrojen elde edilir.

9  Suyun elektrolizi ile hidrojen elde edilmesi:Elektrik enerjisi kullanarak su hidrojen ve oksijene ayrılır.Hidrojenin en saf olarak eldesi için kullanılan en önemli metottur. Elektroliz metodu hidrojenin az miktarda kullanıldığı tesisler için ve elektriğin ucuz olduğu yerlerde ekonomiktir.

10  Fotoelektrokimyasal yöntemle güneş enerjisinden hidrojen elde edilmesi: Elektroliz yönteminin bir benzeridir.Elektrik akımı suya batırılmış güneş pillerinden elde edilir. Normal elektroliz yönteminden daha verimlidir.

11  Fotobiyolojik yöntemle yeşil yosunlardan doğal fotosentez faaliyetlerinden faydalanarak hidrojen elde etme:

12  Hidrojen halen en ucuz olarak fosil yakıtlardan buharla reaksiyon yöntemi ile elde edilmektedir. Ancak bu yöntem fosil kaynaklara olan bağımlılığı azaltmamakta ve aynı zamanda hava kirliliğine sebep olmaktadır.  Güneş enerjisi, hidrojeni diğer elementlerden ayırmak için ideal bir enerji kaynağıdır. Dolayısıyla Güneş enerjisi kullanılarak elde edilmiş hidrojen yakıtı sonsuza kadar temiz enerji sağlayabilecek bir yakıttır.

13 HİDROJENİN DEPOLANMASI VE TAŞINIMI

14  Hidrojen uygun nitelikli çelik tanklarda gaz veya sıvı olarak depolanabilir. Ancak gaz olarak depolamada yüksek basınç nedeniyle tank ağırlıkları problem yaratmaktadır.  Hidrojen gazını depolama yöntemlerinden biri, doğal gaza benzer şekilde yer altında, tükenmiş petrol veya doğal gaz rezervuarlarında depolamaktır.  Maliyeti biraz yüksek olan bir depolama şekli ise, maden ocaklarındaki mağaralarda saklamaktır.

15 .  Hidrojen petrole göre 4 kat fazla hacim kaplar; hidrojenin kapladığı hacmi küçültmek için hidrojeni sıvı halde depolamak gereklidir.Bunun için de çok yüksek basınç ve soğutma işlemine ihtiyaç vardır.Sıvılaştırılmış hidrojen yüksek basınç altında çelik tüpler içinde depolanabilir.Bu yöntem orta veya küçük ölçekte depolama için en çok kullanılan yöntemdir.  Bir diğer pratik çözüm ise,sıvı hidrojenin düşük sıcaklıktaki tanklarda saklanmasıdır.Uzay programlarında,roket yakıtı olarak sürekli şekilde kullanılan sıvı hidrojen bu yöntemle depolanmaktadır.

16 .  Son yıllarda yapılan çalışmalar sonucu hidrojen karbon nanotüplerde de depolanabilmektedir. Karbon nanotüpler kısaca grafit tabakaların tüp şekline dönüşmüş halidir.

17  Metal hidrür ile depolama;  Metal hidrürler önemli ölçüde hidrojen absorbe etmektedirler. Örneğin bir metal hidrür depo aynı hacimli bir sıkıştırılmış hidrojen deposuna göre 100 kat daha fazla hidrojen depolayabilmektedir.

18 HIDROJENIN TAŞıNMASı.  Hidrojen sıkıştırılmış gaz, sıvı ya da metal hidritlerle katı halde taşınabilir. En ucuz taşıma yöntemi, taşınacak hidrojenin miktarına ve taşıma yapılan yola bağlı olmaktadır. Hidrojenin taşınması için uygulanan başlıca metodlar ; karayolu, demiryolu, denizyolu ve boru hatlarıdır.

19

20 HIDROJENDEN ENERJI ELDESI

21  1-Yakma (Doğrudan Kullanım)  2-Yakıt Pili (Elektrik Üretimi)

22 - Yakma: Hidarojenin, benzin ve doğal gaz gibi doğrudan yakılması işlemidir. Benzin ve doğal gaza göre emisyonları daha azdır. Yani daha çevrecidir. - Yakma: Hidarojenin, benzin ve doğal gaz gibi doğrudan yakılması işlemidir. Benzin ve doğal gaza göre emisyonları daha azdır. Yani daha çevrecidir. Hidrojen benzinden %50 daha verimli yanar ve daha az kirliliğe yol açar. Tamamıyla hidrojen yakan bir motor sadece su ve az miktarda azot oksit üretecektir. Hidrojen daha yüksek ateşleme hızına, daha geniş ateşleme sınırlarına, daha yüksek patlama sıcaklığına sahiptir, daha yüksek sıcaklıkta yanar ve benzinden daha düşük ateşleme enerjisine ihtiyaç duyar. Hidrojenin birim ağırlık başına enerji kapasitesi çok yüksek olduğu için hidrojenle çalışan hava taşıtları daha fazla yük taşıyabilirler yada menzilleri önemli ölçüde artabilir. Buna kıyasla hidrojenin motorlarda yakılmasının ve işletilmesinin iki önemli sorunu vardır. Bunlar geri tutuşma ve erken ateşlenme olaylarıdır. Buna kıyasla hidrojenin motorlarda yakılmasının ve işletilmesinin iki önemli sorunu vardır. Bunlar geri tutuşma ve erken ateşlenme olaylarıdır. Yanma odasına gönderilen yakıt hava karışımının silindire girmeden önce tutuşması sonucunda motorun emme manifoldun içinde geriye doğru alevin ilerlemesi geri tutuşma olarak tanımlanmaktadır. Bu olay emme sistemi elamanlarını tahrip etmekte ve emniyet açısından sorun oluşturmaktadır. Yanma odasına gönderilen karışımın bujide kıvılcım çakmadan önce sıcak odaklar tarafından tutuşturularak yanmayı istenilenden önce başlatması da erken tutuşma olarak tanımlanmaktadır. Hidrojenin tutuşma enerjisinin düşük olması bu iki sorunu ortaya çıkarmaktadır. Hidrojenin yakıt olarak kullanılabilmesi için bu sorunların ortadan kaldırılması gerekir.

23 - Yakıt Pili : Yakıt Pili sisteme dışarıdan sağlanan yakıt ve elektrokimyasal reaksiyonun gerçekleşmesi için gerekli olan oksitleyicinin kimyasal enerjisini doğrudan elektrik ve ısı formunda kullanılabilir enerjiye çeviren güç üretim elemanıdır. Bir yakıt pili, anot (negatif, hidrojen elektrot), katot (pozitif, oksijen elektrot) ve elektrolit çözeltisinden oluşur. Hava katot yüzeyi üzerinden geçerken, hidrojen veya hidrojence zengin gaz da anot yüzeyinden geçer. Elektronlar katoda doğru bir dış devre yoluyla taşınırlarken, hidrojen iyonları da elektrolit yoluyla oksijen elektroda göç ederler. Katotta oksijen ve hidrojen iyonları ile elektronların reaksiyona girmesiyle su elde edilir. Elektronların dış devre yoluyla akışı elektrik üretir. Yakıt pilleri, yeni enerji üretim teknolojisi olarak bilinen ticari güç üretim sistemlerinin gelişiminde; termik, nükleer ve hidrolik sistemlerin ardından dördüncü kuşak teknoloji olarak değerlendirilmektedir. Yakıt pili ile enerji üretimine yönelik araştırmalar son yıllarda oldukça yoğunlaşmıştır. Bunun nedeni, enerji üretim veriminin mevcut sistemlerden daha yüksek olmasıdır. Yakıt pili tipine ve yapısına bağlı olarak, doğru akım elektrik enerjisi üretim verimi %40-60 arasındadır. Yakıt pili, ölçüsüne ve yük durumuna bakmaksızın, yüksek verimde çalışabilmektedir. Atık ısı değerlendirildiği takdirde, toplam enerji verimi %85’e yaklaşmaktadır. Yakıt pili teknolojisi ile elektrik enerjisi elde edilmesi tipik olarak alevli bir yanma işlemi içermediğinden yanma esaslı teknolojilerden daha fazla enerji üretmektedir. Bataryanın tersine yakıt pili şarj gerektirmemekte ve yakıt sağlandığı sürece kesintisiz güç üretimine devam etmektedir.

24  Yakıt Pillerinin Çeşitleri: Yakıt pilleri genellikle kullanılan elektrolit tipine göre sınıflandırılmaktadır. En çok kullanılanları şunlardır.  1- Proton değişim membranlı (PEM)  2- Alkalin yakıt pili (AFC)  3- Fosforik asit yakıt pilli (PAFC)  4- Erimiş karbonat yakıt pili (MCFC)  5- Katı oksit yakıt pili (SOFC)  6- Direkt metanol yakıt pili (DMFC)

25  PAFC, en gelişmiş ticari yakıt pili tipidir. PAFC, hastaneler, oteller, resmi daireler, okullar şebeke güç istasyonları ve hava alanı terminalleri gibi çok çeşitli uygulamalarda kullanılmaktadır. PAFC, içten yanmalı motorların %30 verimine karşılık eğer atık ısı kojenerasyon ile kullanılırsa yaklaşık %85, kullanılmazsa %40 ve daha fazla verimle elektrik üretir. İşletim sıcaklığı 200°C dır. Proton değişim zarlı (PEM) yakıt pilleri yapımı kolay, oldukça hafif ve verimli cihazlardır. PEM yakıt pili saf oksijen yerine atmosferik oksijeni kabul ederken, bir yakıt işlemci (reformer) ile elde edilen saf hidrojen gerektirmektedir. Ayrıca PEM yakıt pilleri karbon monoksite (CO) duyarlıdır. CO gazı anot katalizörünü tıkayarak yakıt pili performansının düşmesine neden olmaktadır. Yakıt pili temel bileşeni olan elektrolit, polimerden üretilen bir katı proton değişim zarından meydana gelmektedir. PEM, oldukça düşük sıcaklıkta çalışır (80°C), yüksek güç hacmine sahiptir ve güç talebindeki değişimi karşılamak için çıkış gücünü çabucak değiştirebildiği için çabuk çalışmayı gerektiren otomobil gibi uygulamalara uygundur. PEM yakıt pilleri uzun ömürlü ve hafiftir. Yüksek akım ve güç yoğunluğuna sahiptir. Üretim maliyetlerinin pahalı olması dezavantajıdır. Ayrıca su idaresi de performans için kritik bir noktadır. PEM yakıt pilleri tüm yakıt pilleri arasında en fazla ilgi çeken ve en fazla ümit vaat eden tipidir. Günümüzde geliştirilen yakıt pilleri arasında PEM yakıt pilleri bu özellikleri nedeniyle en başta gelmektedir. Bu önemli potansiyelin en önemli nedeni seri üretime imkan vermesidir. Bir PEM yakıt pili modülü için ticari üretim maliyeti 400 $/kW olarak hedeflenmektedir.

26

27 1- Proton Değişim Membranlı Yakıt Pili (PEM) Proton değişim membranlı yakıt pili (PEM), tasarım ve işletim bakımından en zarif yakıthücresidir. İlk PEM General Electric tarafından 1960’larda NASA için geliştirilmiştir. Buradabir katı polimer elektrolit membran iki platin katalizörlü gözenekli elektrolit arasınayerleştirilmektedir. Polimer elektrolit membran (zar) yakıt pili olarak da adlandırılır. Diğeryakıt pillerine göre daha fazla güç yoğunluğu, düşük hacim ve düşük ağırlığa sahiptir. Anot Reaksiyonu: 2H 2 → 4H + + 4e − Katot Reaksiyonu: 4H + + 4e − + ½ O 2 → 2H 2 O Toplam Reaksiyon: 2H 2 + O 2 → 2H 2 O + Elektrik enerjisi

28

29 2- Alkali Yakıt Pili Yakıt olarak gönderilen hidrojen molekülleri anotta elektron vererek, hidrojen iyonlarına dönüşür. Bu iyonlar potasyum hidroksit elektrolitten yoluna devam ederken, elektronlar ise bir dış devre üzerindenkatota ulaşır. Burada hidrojen iyonları, katota gönderilen oksijen ve dış devreden gelenelektronlar reaksiyona girerek devre tamamlanır. Reaksiyon sonunda su açığa çıkar.Alkali yakıt pilinin şematik gösterimi Şekil 6 de verilmektedir. Alkali yakıt pilleri anot ve katotkısmında gerçekleşen reaksiyonlar: Anot Reaksiyonu: H 2 + 2(OH) - → 2 H 2 O + 2e - Katot Reaksiyonu: ½ O 2 + H 2 O + 2e - → 2(OH) - Toplam Reaksiyon: H 2 + ½ O 2 → H2O + Elektrik enerjisi + Isı

30

31 3- Fosforik Asit Yakıt Pili Anot Reaksiyonu: 2H2 → 4H+ + 4e− Katot Reaksiyonu: 4H+ + 4e− + ½ O2 → 2H2O Toplam Reaksiyon: 2H2 + O2 → 2H2O + Enerji

32 4- Erimiş Karbonat Yakıt Pili (EKYP) Anot Reaksiyonu: H2 + CO3^2− → H2O + CO2 + 2e− CO + CO32− → 2CO2 + 2e− Katot Reaksiyonu: ½ O2 + CO2 + 2e− → CO32− Toplam pil reaksiyonu: H2 + ½ O2 → H2O + DC + Isı CO + ½ O → CO2 + DC + Isı

33 5. Katı Oksit Yakıt Pili (KOYP) Anot Reaksiyonu: H2+ O2− → H2O + 2e (CO + O2− → CO2+ 2e−) (CH4+ 4O2− → 2H2O + CO2+ 8e−) Katot Reaksiyonu: ½ O2 + 2e− → O2− Pildeki Tüm Reaksiyonlar: H2+ ½ O2→ H2O + DC + Isı (CO + ½ O2→ CO2+ DC + Isı) (CH4+ 2O2→ 2H2O + CO2+ DC + Isı)

34 6- Direkt Metanol Yakıt Pili Anot Reaksiyonu: CH3OH + H2O → CO2+ 6H−+ 6e− Katot Reaksiyonu: (3/2) O2+ 6H− + 6e− → 3H2O Toplam Net Reaksiyon: CH3OH + 3/2 O2 → CO2 + 2H2O

35

36 Yakıt Pillerinin Diğer Güç Üreten Sistemlere Göre Üstünlükleri Çevresel kirlilik oranı düşüktür. Enerji üretim verimi oldukça yüksektir. Farklı yakıtlarla çalışabilir. (Doğal gaz, LPG, Borhidrür, Metanol, Etanol) Egzoz ısısı (atık ısı-waste heat) yeniden kazanılabilir. (Kojenerasyon) Montaj süresi kısadır. Çok yüksek miktarda soğutma suyu ( deniz suyu gibi ) gerektirmez. Güvenilir bir sistemdir. İşletim özellikleri uygulamada kolaylıklar sağlamaktadır. Geleceğe yönelik olarak gelişme potansiyeli oldukça yüksektir. Katı atık ve gürültü problemi yoktur.

37 NEDEN HİDROJEN ?

38 -Hidrojen bilinen tüm yakıtlar içerisinde birim kütle başına en yüksek enerji içeriğine sahiptir. 1 kg hidrojen 2,1 kg doğal gaz veya 2,8 kg petrolün sahip olduğu enerjiye sahiptir. Ancak birim enerji başına hacmi yüksektir. -Hidrojen alevli yanma özelliği ile içten yanmalı motorlarda, gaz türbinlerinde ve ocaklarda yakıt olarak kullanılabilmektedir. Hidrojenin direkt buhara dönüşüm özelliği, buhar türbinleri uygulamasında kolaylık sağlamaktadır. Bu özelliği ile endüstriyel buhar üretimi de kolaylaşmaktadır. Hidrojenin katalitik yanma özelliğinden mutfak ocakları, su ısıtıcılar ve sobalara uygulanmasında yararlanılmaktadır.

39 -Halen kullanılmakta olan yakıtların çoğunda yanma sonucu ortaya çıkan karbon oksitleri, kükürt dioksit, partiküller ve koku hidrojende yoktur. Oluşabilecek NO x miktarı daha azdır. Yanma ürünü olan su buharının yol açabileceği sera etkisi yeryüzünde yalnızca 3-4 gün içinde kaybolur. Bu süre CO 2 için 10000 kat daha uzundur. -Uçak yakıtı olarak hidrojen zayıf karışımla yandığından az NO x oluşmakta, yanma ürünü olarak çıkan su buharı yüksek uçuş irtifalarında sera etkisine neden olmakla birlikte stratosferde kalma süresi 6 ay ile 1 yıl arasında değişmektedir. Hidrokarbon kökenli uçak yakıtlarının yanma ürünü olan CO 2 100 yıldan fazla kalarak sera etkisini her irtifada sürdürebilmektedir

40 -Akaryakıt motorlarında görülen buhar tıkacı, soğuk yüzeylerde yoğuşma, yeterince buharlaşamama, zayıf karışım gibi sorunlar hidrojen motorlarında yoktur. Hidrojen motorları 20.13 K (-253 o C) de ilk harekete sokulurken bile sorun çıkarmaz. -Hidrojenle çalışan içten yanmalı motorun yanma sırasında oluşan azot oksit (NOx) emisyonu, mevcut bir motordan 200 kat daha azdır. -Yakıtın zehirliliği, yanma ürünlerinin zehirliliği, diffüzyon katsayısı, ateşleme enerjisi, patlama enerjisi, alev emissivitesi gibi faktörlere göre yapılan emniyet değerlendirmesi açısından, hidrojen en emniyetli yakıttır. Hidrojenin emniyet faktörü 1 iken, benzinde 0.53 ve metanda 0.80 olmaktadır. Kısacası benzin ve doğal gaz hidrojene göre tehlikeli yakıtlardır.

41 YAKIT OLARAK HİDROJEN

42 Bir enerji taşıyıcısı ve yakıt olarak hidrojenin taşıdığı potansiyel, yaklaşık 200 yıldan beri bilinmektedir. 1805 yılında Isaac de Rivaz tarafından icat edilen erken içten yanmalı motor, hidrojenle çalışmaktadır. Bundan yaklaşık 90 yıl sonra Alman mucit Rudolf Diesel, toz haline getirilmiş kömürü (karbon ve hidrojen) kullanan dizel motoru icat etmiş ve mükemmelleştirmiştir. Gelecek bilimci Jules Verne, hidrojenle ilgili görüşünü “Gizemli Ada” adlı romanında ortaya koymuştur. Jules Verne’nin kitabının basımından yüzyıl sonra, gelişmiş ve gelişmekte olan ülkeler enerji, ekonomi ve çevre güvenliği sorunlarına potansiyel çözüm olarak, hidrojen ekonomisinin evrimini hızlandırmayı kabul etmişlerdir (Dixon, 2007: 325).

43 Hidrojen birincil enerji kaynağı değil, bir enerji taşıyıcısıdır. Elektriğe benzemektedir, fakat ondan daha verimli bir şekilde enerjiyi taşıyabilir. Hidrojen için geleceğin ideal yakıtı denilmektedir. İdeal bir yakıtta bulunması istenen özellikler ise şöyle sıralanabilir. Kolayca ve güvenli olarak her yere taşınabilmeli, taşınırken enerji kaybı hiç veya çok az olmalı, her yerde, kullanılabilmeli, depolanabilmeli, tükenmez olmalı, temiz olmalı, birim kütle başına yüksek kalori değerine sahip olmalı, değişik şekillerde, örneğin, doğrudan yakarak veya kimyasal yolla kullanılmalı, güvenli olmalı, ısı, elektrik veya mekanik enerjiye kolaylıkla dönüşebilmeli, çevre üzerinde hiç olumsuz etkisi olmamalı, çok yüksek verimle enerji üretebilmeli, karbon içermemeli, ekonomik ve çok hafif olmalıdır (Şahin, 2006: 123). Hidrojenin hızla dağılma özelliğinden dolayı¸ herhangi bir tehlike anında hızla yukarı doğru uçtuğundan, diğer gazlar gibi tehlikeli değildir. Bir yangın olayında, hidrojen gazı hemen yanar ve hızla yukarı çıkar. Diğer gaz ve yakıtlar ise yanarken çevrelerinde tahribata yol açarlar. 1 kg sıvı hale getirilmiş hidrojenin ısıl değeri 120 milyon joule’dir. 1 kg sıvı uçak yakıtının ısıl değeri ise 44 milyon joule’dir. Hidrojenin ısıl değeri tüm yakıtlardan fazladır. Hidrojenin bu özelliğinden dolayı, uzay araçlarında sıvı hidrojen kullanılmaktadır (İTO, 2005: 21).

44 Hidrojen, yenilenebilir enerji kaynakların girişini kolaylaştırmak doğrultusunda kullanılabilir. Çünkü hem bir enerji taşıyıcısı, hem de pek çok yenilenebilir kaynağın aralıklı olma özelliğini dengelemek için bir depolama aracı olarak kullanılabilir. Yenilenebilir kaynakları ve hidrojeni kullanarak, hem elektrik sektörüne, hem de ulaştırma sektörüne hizmet sunulabilir (Clark ve Rifkin, 2006: 2631). Hidrojen bir elektrik santralinde, içten yanmalı motorda veya bir yakıt hücresinde kullanılırsa, tek yan ürün sudur. Fakat bu durum, hidrojenin kirliliğe yol açmayan bir şekilde üretildiği anlamına gelmemektedir. Hidrojenin çevresel etkileri, hidrojenin üretilmesi sırasında, hidrojen yakıt döngüsünün başında belirlenmektedir. Su, hidrojen kaynağı olarak kullanıldığında, çevresel problemler daha az ortaya çıkmaktadır. Çünkü suyun içerisindeki hidrojenden sonraki diğer tek element oksijendir. Su dışında bir hidrojen kaynağı kullanıldığında, çevresel kaygılar artabilir. Bütün biyolojik temelli ve fosil kaynaklar, hidrojen üretildiğinde serbest kalan çok sayıda farklı molekül içermektedir. Genellikle bunlar, aynı kirleticileri özellikle de karbondioksiti meydana getirmektedir (Waegel vd., 2006: 290). Alternatif olarak, nükleer enerji kullanarak hidrojen üretimine, dünya çapında ilgi uyanmaktadır. Buna karşın, elektrik üretmek için nükleer enerji kullanımının etkileri oldukça iyi bilinirken, nükleer reaktörleri kullanarak hidrojen üretmenin etkileri belirsizlik arz etmektedir (Forsberg, 2005: 485).

45 Bunların yanında hidrojen enerjisinin olumsuz özelliği ise ekonomik yanı ve teknolojisinin gelişmemesidir!! HİDROJEN ENERJİSİ EKONOMİSİ

46 Uzun dönemli amaç olarak, hidrojen ekonomisinin geliştirilmesi konusu üzerine olumlu gelişmelere karşın, teknolojinin hazır oluşu, piyasa kabulü ve hidrojen sektör yatırımlarıyla ilgili aşılması gereken sorunlar bulunmaktadır. ABD Ulusal Bilimler Akademisi tarafından hazırlanan bir rapor, bilim adamları ve mühendislerin, hidrojen ekonomisiyle ilgili tedirgin edici teknolojik problemlerle karşı karşıya olduklarını belirtmektedir (Dixon, 2007: 331). Hidrojen ekonomisi en son durumda, rüzgar ve güneş gibi yenilenebilir enerji kaynaklarından elde edilen hidrojen üzerinde temellenecektir. Buna karşın, bu yolla hidrojen üretimi henüz ekonomik değildir. Ayrıca, hidrokarbonlardan hidrojene geçişin uzun bir zaman alması muhtemeldir (Midilli vd., 2005: 266).

47 Hidrojen yakıt döngüsünün hemen her aşamasında, verimlilik kayıpları ortaya çıkmaktadır. Üretimi ve depolanmasından, dağıtımı ve bir yakıt hücresinde kullanılmasına kadar, verimde birikimsel azalmalar görülmektedir. Örneğin, 4 aşamadan oluşan bir süreçte, her bir aşamada % 90 verim olsa da, tüm verim % 60’ın altına düşmektedir (Waegel vd., 2006: 291). Hidrojenin en hafif element olmasından dolayı, hidrojenin depolanması karmaşık bir problem olarak karşımıza çıkmaktadır. Hidrojeni sıvılaştırmak, depolama hacmi sorununu çözmekte, fakat bu seferde, diğer teknolojik engelleri yaratmaktadır. Karbon nanotüpler, metal hidritler ve yeni kimyasal reaktif materyaller gibi gelişmiş materyaller, hidrojeni depolamak için geliştirilmekte ve test edilmektedir. Hidrojen topluluğunda, materyal bilimindeki ilerlemelerin, hidrojen depolama zorluğunu çözmede gerekli olduğu, yaygın şekilde kabul görmektedir (Dixon, 2007: 331).

48 Geleneksel olarak, otomobil ve ulaştırma yakıtı endüstrileri, büyük ölçüde birbirine bağlı olarak gelişmiştir. Bu da hidrojen ulaştırma ekonomisinin, ekonomik olarak gelişimini zorlaştıran bir durumdur. Hidrojen dolum istasyonlarının olmayışı, yakıt hücreli araç piyasasının kurulmasına ve gelişmesine engel olmaktadır (McDowall ve Eames, 2006: 1243). Ayrıca, hidrojen dolum istasyonlarının mı, yoksa hidrojen arabalarının ilk önce yapılması konusu da önem taşımaktadır. Örneğin, ABD gibi büyük bir ülkede enerji üretme, depolama ve dağıtma için gerekli olan altyapının, milyarlarca dolara mal olduğu tahmin edilmektedir. Genellikle, enerji altyapı yatırımları, değişen piyasa koşullarını karşılamak için daha sonra kolaylıkla değiştirilemeyen sabit bir enerji sistemine uzunca bir süre bağımlılık göstermektedir. Hidrojen tedarik piyasalarına yatırım yapanlar, hidrojen yakıtlı arabaların giderek büyüyen bir piyasası olduğuna ilişkin kanıt elde edene değin, hidrojen ekonomisi bağlamında pasif kalabilirler. Otomobil üreticileri de, onlara hizmet verecek hidrojen yakıtı dolum istasyonları yapılana değin, hidrojenle çalışan otomobiller üretmeyebilirler. Bundan dolayı, hidrojen teknolojisi için ölçek ekonomileri kuran sağlam bir ticari satış platformu oluşturmak, uzun zaman alan ve zor bir süreç olabilir (Waegel vd., 2006: 292).

49 Yakıt hücrelerinin ve diğer hidrojen teknolojilerin kitle kabulü için maliyet ve teknolojiyle ilgili sorunların üstesinden gelinmesi zorunludur (Midilli vd., 2005: 266). Günümüzde, yakıt hücresi fiyatları çok yüksektir ve bu da herhangi bir cihaz kullanımının, geleneksel bir güç kaynağı kullanıldığında ortaya çıkan maliyetten çok daha fazlaya mal olmasına yol açmaktadır. Bu durum, yakıt hücreli bir aracın günümüzde yaklaşık olarak 1,000,000 $’a mal olduğu ulaştırma sektöründe, daha belirgin bir şekilde görülmektedir (Waegel vd., 2006: 292). Hidrojen araçlarının maliyetlerini düşürmek, ihtiyaç duyulan altyapıyı oluşturmak ve hidrojenin bir enerji taşıyıcısı olarak etkili kullanımıyla ilgili teknik problemleri çözmek için, hem hükümet hem de sanayiden gelen büyük yatırımlara ihtiyaç duyulmaktadır. Teknik problemleri çözmek ve hidrojen yakıt hücreli araçlar için ucuz parçalar geliştirmek için yıllar süren Ar-Ge çalışmalarının üstlenilmesi gerekebilecektir (Waegel vd., 2006: 293).

50 Hidrojen kullanan yakıt hücreleri, geleceğin araçları ve durağan güç üretimi için temiz ve etkin enerji tedariki için gelecek vaat etmektedir. Fakat bu, sadece hidrojen temiz şekilde üretilirse sağlanabilir (Midilli vd., 2005: 266). Yeşil hidrojen kaynaklarının çoğunun kullanımı, şu anda kullanımda olan geleneksel kaynaklardan daha pahalıdır. Güneş, biyokütle veya rüzgar gibi yenilenebilir kaynaklardan elde edilen hidrojen, aynı enerji içeriğine sahip benzinden daha pahalıdır. Günümüzde, sadece doğal gazdan ve kömürden elde edilen hidrojen, benzinle rekabet edebilir durumdadır (Waegel vd., 2006: 292-293).

51