Yeşil hidrojen nedir?

Yeşil hidrojen, enerji devriminde manşetlere çıkıyor ve son büyük trend olarak ortaya çıkıyor, ancak bunun ne olduğunu, ne için kullanıldığını ve nasıl üretildiğini biliyor muyuz?

 

 

İnsan faaliyetlerinin gezegen üzerindeki etkisini azaltmak için gerçek bir teknolojik zorlukla karşı karşıyayız. Sanayi devrimleri sayesinde yaşadığımız baş döndürücü ekonomik ve sosyal kalkınma, karbon ayak izimizde tehlikeli bir artışla el ele giderek iklim dengesini ve dolayısıyla gezegenimizdeki ekosistemleri ve yaşamı tehlikeye attı. Neyse ki her geçen gün daha fazla farkına vardığımız, belki de yeterince farkında olmadığımız bir gerçek. Toplum olarak, gezegenimizi kirletmeyi ve zarar vermeyi durdurmamızı ve tüm insanların yaşam kalitesini iyileştirmemizi sağlayacak farklı çözümlerle bu gerçeği engellemek istiyoruz. Nitekim son yıllarda inovasyon ve teknolojiye yaptığımız yatırımlar, yeşil enerji üretmek, kirliliği azaltmak ve atmosfere salınan zararlı bileşenlerin emisyonlarını ortadan kaldırmak ve/veya daha zararsız olanlarla değiştirmek için farklı çözümler geliştirmemizi sağladı. Kısacası, insanlık, henüz gerekli küresel uzlaşıya varamamış olsa da, hem insanlık hem de gezegen için çok önemli bir sorunu kontrol altına almaya çalışıyor. Bununla birlikte, son on yılda ulaşım gibi sektörlerde devrim niteliğinde değişimler yaşıyoruz ve bu değişimlerin iki öncüsü (yeniden) doğdu: elektrikli araç (ilk araçların içten yanmalı motorlara değil, elektrikli motorlara sahip olduğu unutulmamalıdır) ve hidrojenli araç. Tam da bu son noktaya odaklanmak istiyoruz. Mesele şu ki, hidrojenin veya daha da karmaşık olanı yeşil hidrojenin ne olduğunu ve ulaşım sektörünü veya en azından temel bir bölümünü nasıl değiştirebileceğini biliyor muyuz? Hadi yapalım.

Açıkladığımız gibi, her faaliyet bir iz bırakır; bu, fosil yakıtların yanmasına dayanan mevcut mobilite modelimizde de açıkça görülen bir şeydir. İster dizel, ister benzin veya gazyağı (çoğunlukla havacılıkta kullanılır) olsun, fosil yakıtlı içten yanmalı motorlar, bir yanma odasında yanan yakıtın kimyasal enerjisinden mekanik enerji elde eder. Bu, azot oksitler, karbon monoksitler, karbondioksit gibi büyük miktarlarda kirletici gaz ve partikülün yanı sıra çeşitli türlerde uçucu organik bileşikler ve partikül maddelerin atmosfere girerek sağlığımıza ve çevreye apaçık zararlar verdiği anlamına gelir. Bu nedenle, yıllardır araçlarımızda kullanılmak üzere bu fosil yakıtlara alternatifler bulma çabaları devam etmektedir. Son yıllarda bu arayış, bu alternatif teknolojileri, sektörde bugün gözlemleyebildiğimiz trendlere bağlı olarak önemli farklılıklar gösteren ve aynı düzeyde analiz edilemeyen, ancak özelliklerine ve yakın bir senaryodaki olası kullanımlarına göre analiz edilebilen iki büyük gruba ayırmamızı sağlamıştır. Böylece, bu iki bir arada var olan teknoloji arasında ayrım yapmaya başlıyoruz:

 

• Elektrik motorları: Çalışma prensipleri, pillerle çalışan, direnç üreten ve kinetik enerjiyi (hareket) alternatif akıma dönüştüren, bu enerjinin dönüştürücüden geçerek doğru akıma dönüştüğü ve ardından tekrar kullanılmak üzere pilde depolandığı bir veya daha fazla elektrik motoruna dayanır. Bu çözümün, binek otomobiller ve günlük işe gidip gelmeler için içten yanmalı motorlara alternatif olarak kendini kanıtladığı görülüyor; ancak araç pazarındaki yerinin ne olacağını bilmek için henüz çok erken. Açık olan şey, yenilenebilir enerjilerin kullanımı ile desteklenirse, ulaşımın karbondan arındırılması için önemli bir çözüm olduğudur.

 

• Hidrojen yanmalı motor: Aracın ön kısmında bulunan ve aracın dışından alınan oksijenle kimyasal reaksiyona girerek aracı hareket ettirmek için elektrik üreten bir yakıt hücresiyle çalışır. Bu işlemle üretilen fazlalık yalnızca su buharıdır. Bir diğer konu ise söz konusu hidrojenin nasıl üretildiği ve söz konusu üretim sürecinde ne kadar kirlettiğimizdir, dolayısıyla kullanılan hidrojen türünün önemi. Bu çözüm, yüksek otonomi ve güç gerektiren ulaşım yöntemlerinin yanı sıra gaz yoğun endüstriyel süreçler için de ideal görünüyor. İşte tam da bu noktada ünlü yeşil hidrojen devreye giriyor; Şimdi nedenini göreceğiz.

 

Yeşil hidrojen ve gökkuşağını tamamlayan diğer hidrojen türleri 

Dediğimiz gibi, hidrojenin üretimi ve/veya elde edilmesi bu süreçte o kadar önemlidir ki, her teknolojinin kullanımıyla oluşturduğumuz karbon ayak izini tamamen belirler. Her şeyden önce, hidrojenin doğal çevremizde serbestçe yakalanabilen bir bileşik olmadığı, mevcut olduğu ancak yakalanması için gereken miktar veya biçimde olmadığı, aksine kimyada “enerji vektörü” olarak adlandırılan, aynı zamanda hafif ve kolay depolanabilen bir bileşik olduğu açıklanmalıdır. Bu temelde, üretiminin enerji kullanımına tabi bir süreç gerektirdiği anlamına gelir; yani, kullandığımız enerji kaynağına bağlı olarak hidrojen farklı türlerde karbon ayak izi oluşturabilir. Hidrojen üretim süreci ne kadar çevre dostu olursa, hidrojenin kendisi de o kadar çevre dostu olacaktır.

Belki de bunu bilmek, üretim biçimlerine bağlı olarak farklı hidrojen türleri arasındaki farkları bilmekten daha önemlidir. Böylece, hidrojenin kendisi bir renge sahip olmamasına rağmen, sanki bir dövüş sanatları kemeriymiş gibi, aşağıdaki farklarla sekiz renk sınıflandırmasından bahsedebiliriz:

 

Siyah/kahverengi hidrojen

Karbonun gazlaştırılması sonucu üretilen hidrojendir Bitümlü kömür (siyah) veya taş kömürü ve linyit (kahverengi) gibi farklı karbon minerallerinin yakılması. Saf yanmaya dayandığından, karbondioksit de dahil olmak üzere çeşitli kirletici emisyonlar kimyasal sürecin bir parçası olarak atmosfere salınır. Bu nedenle çevre için en zararlı hidrojen türü olarak kabul edilir.

Gri hidrojen

Bu, en yaygın ve üretimi en kolay (bu nedenle en ucuz) hidrojen rengidir, ancak aynı zamanda atmosfere en fazla karbondioksit salanlardan biridir. Gri hidrojen, özellikle doğal gaz olmak üzere fosil yakıtların buhar reformasyonu (SMR) olarak bilinen yöntemle üretilir.

Sarı hidrojen

Sarı hidrojen, elektroliz için kullanılan elektriğin hem yenilenebilir enerjiye dayalı hem de fosil yakıt kullanan çeşitli üretim kaynaklarından geldiği hidrojendir. Tuhaf olan, sarı hidrojenin aynı zamanda güneş enerjisi kullanılarak üretilen hidrojeni de ifade etmesidir, ancak bu bir bütün olarak yeşil enerji içinde sınıflandırılır; Aslında, bunun yeşil hidrojenin bir tonu olduğunu iddia edebiliriz.

Mavi hidrojen

Turkuaz Hidrojen

Japon sanayi şirketi Ebara tarafından açıklanan devrim niteliğinde bir yöntemle elde edilir. Bu yöntem, doğal gaz ve biyogazda bulunan metanın metan pirolizi yoluyla çıkarılmasını sağlar. Sonuç olarak, işlemde üretilen karbon katı halde kalır ve atmosfere salınmaz, bu nedenle geri kazanılması ve depolanması gerekmez ve gübre gibi bir dizi başka yararlı karbon bazlı ürünün üretiminde kullanılabilir.

Her şeye rağmen, bu işlem hala geliştirme aşamasındadır; Bu nedenle diğer hidrojen renkleriyle aynı düzeyde değerlendirilemez veya üretilemez.

Pembe Hidrojen

Bu, suyun elektroliziyle ortaya çıkan ve su molekülünü parçalayarak hidrojen ve oksijen elde eden bir hidrojen türüdür; ancak bu işlemde kullanılan elektrik enerjisi nükleerdir. Çevresel ayak izi yalnızca nükleer enerjiyle ilişkili olduğu için neredeyse sürdürülebilir bir hidrojendir.

Yeşil Hidrojen

Bu hidrojen türü, günümüzdeki en büyük kahramanımızdır. Elektroliz yöntemiyle üretilen ve su molekülünü parçalayarak hidrojen ve oksijen elde eden bu hidrojen, yalnızca yenilenebilir kaynaklardan gelen elektrik akımını kullanan bir hidrojen türüdür. Yani yeşil hidrojen, fotovoltaik (sarı), rüzgar veya hidroelektrik gibi %100 temiz enerjiyle elde edilen ve atmosfere doğrudan karbondioksit emisyonu oluşturmayan tek hidrojendir.

Beyaz hidrojen

Beyaz hidrojenden bahsettiğimizde, normalde atmosferde gaz halinde ve bazen de yeraltı yataklarında doğal olarak serbest halde bulunan hidrojenden bahsediyoruz. Asıl sorun, bu tür hidrojenin büyük ölçekte kullanılmasına olanak tanıyan bir teknolojik stratejiye sahip olmaması ve bu nedenle amacımız için işe yaramamasıdır.

Yeşil hidrojen nasıl üretilir?

Gördüğümüz gibi, hidrojenle sonuçlanan çok sayıda süreç vardır, ancak bunların hepsi sürdürülebilir olarak kabul edilemez. Bu nedenle, H2’nin nasıl üretildiğini açıklığa kavuşturmak için, bu makalenin ana kahramanı olan yeşil hidrojenin nasıl üretildiğini çözmeye odaklanacağız.

Bakalım, hidrojen hâlâ periyodik tablonun bir kimyasal elementidir – özellikle listenin başında – ki bu durumda, elektriğin katkısıyla su (H2O) moleküllerinin ayrışması yoluyla elde edilir. Elektroliz adı verilen bu işlem, hidrojen moleküllerinin oksijen moleküllerinden ayrılmasını sağlar ve yeşil hidrojen söz konusu olduğunda bu, herhangi bir yenilenebilir enerji kaynağının (çoğunlukla rüzgar ve/veya fotovoltaik enerji) ürettiği elektrik enerjisi sayesinde gerçekleşir.

 

Bu şekilde, söz konusu elektrolizör içinde sürekli olarak elektrik akımı uygulanır ve bu işlem için önce güç elektroniği ve redresör adı verilen cihazlar sayesinde söz konusu alternatif akımı doğru akıma dönüştürmemiz gerekir. Bu redresörlerin şebekeden gelen uygun alternatif akım ve voltaj seviyelerinde çalışabilmeleri için olası değişikliklere karşı korunmaları gerekir; bu nedenle, şebeke koruma hücreleriyle donatılmış dönüşüm merkezleri ve seviyeleri ayarlamak için transformatörler kullanırız. Bu, onları doğru çalışma için temel unsurlar haline getirir ve yüksek teknolojik ve yenilikçi bir seviye gerektirir. Ancak, bu işlem iki ikilemi beraberinde getirir:

1. Elektroliz işlemi elektrik dağıtım şebekesine bağlantı yoluyla gerçekleştiriliyorsa, kuplaj, kamu dağıtım şebekelerine bağlantı ve kesme merkezleri aracılığıyla gerçekleştirilecektir.
2. Elektroliz işlemi elektrik iletim şebekelerinden başlıyorsa, elektrik trafo merkezlerine ihtiyacımız vardır; Elektriği yüksek voltajdan orta voltaja dönüştürmemiz gerektiğinden; sürecin her zaman güvenli ve doğru bir şekilde işlemesini garanti altına alıyoruz.

Her durumda, temel şema, X miktarındaki suyun depolanması ve/veya bir hidrojen üretim tesisine taşınması ve ardından bir elektrolizörden geçirilerek, yenilenebilir kaynaklı elektrik enerjisi kullanılarak moleküler ayırma işlemine tabi tutulması ve bu işlemle ilk moleküler yapısının parçalanmasıdır. Bu ayırma işleminin ardından oksijen, endüstriyel veya tıbbi kullanım için depolanır ve/veya atmosfer yoluyla denklemden atılırken, hidrojen depolama tanklarına gönderilir ve burada sıkıştırılmış gaz olarak saklanır veya endüstrilerde ya da hidrojen yakıt hücrelerinde kullanılmak üzere sıvılaştırılır.

Bu, yenilenebilir enerji ve elektrik altyapısı sayesinde basit bir su damlasının sıfır emisyonlu yeşil bir yakıta dönüştürülmesini sağlayan yolculuktur. Bu nedenle bu endüstrinin gelişimi çok önemlidir.