Yeşil hidrojen nedir?

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

İnsan faaliyetlerinin gezegenimiz üzerindeki etkisini azaltmak için gerçek bir teknolojik zorlukla karşı karşıyayız. Baş döndürücü ekonomik ve sosyal gelişimimiz -sanayi devrimleri- karbon ayak izimizde tehlikeli bir artışla el ele giderek iklim dengesini ve dolayısıyla gezegenimizdeki ekosistemleri ve yaşamı tehdit ediyor. Neyse ki her geçen gün -belki de yeterince olmasa da- daha fazla farkına vardığımız bir gerçek ve toplum olarak, gezegenimizi kirletmeyi ve zarar vermeyi durdurmamızı sağlayacak ve tüm insanların yaşam kalitesini iyileştirecek farklı çözümlerle bu gerçeğe son vermek istiyoruz.

Bu nedenle, son on yıllarda,Yenilik ve teknolojiye yaptığımız yatırımlar, yeşil enerji üretimi için farklı çözümler geliştirmemize olanak sağladı, kirliliğin azaltılması veya zararlı bileşenlerin atmosfere salınmasının engellenmesi ve/veya yerine daha zararsız olanların konulması. Kısacası, insanlık, henüz gerekli küresel uzlaşıya varamamış olsa da, hem insanlık hem de gezegen için çok önemli bir sorunu dizginlemeye çalışıyor. Nitekim son on yıldır ulaşım gibi sektörlerde devrim niteliğinde değişimler yaşıyoruz ve bu değişimlerin iki öncüsü (yeniden) doğuyor: elektrikli araç (ilk araçların içten yanmalı motorlarla değil, elektrik motorlarıyla çalıştığını unutmamak gerekir) ve hidrojenli araç. İşte tam da bu son noktaya odaklanmak istiyoruz. Hidrojenin veya daha da karmaşık bir kavram olan yeşil hidrojenin ne olduğunu ve ulaşım sektörünü nasıl değiştirebileceğini biliyor muyuz? Hadi başlayalım.

Açıkladığımız gibi, her faaliyet bir iz bırakır; bu, fosil yakıtların yakılmasına dayanan mevcut mobilite modelimizde açıkça görülen bir durumdur. İster dizel, ister benzin veya gazyağı (çoğunlukla havacılıkta) olsun, fosil yakıt yakmaya dayalı motorlar, bir yanma odasında yanan yakıtın kimyasal enerjisinden mekanik enerji elde eder. Bu, azot oksitler, karbon monoksitler, karbondioksitler ve diğer uçucu organik bileşikler ile farklı türlerdeki mikro parçacıklar gibi büyük miktarlarda kirletici gaz ve partikülün atmosfere girerek sağlığımıza ve çevremize apaçık zararlar verdiği anlamına gelir.

Bu nedenle yıllardırbu fosil yakıtlara alternatifler bulmaya çalışıyoruzBunları araçlarımızda kullanabilmek için. Son yıllarda yapılan bir araştırma, bu alternatif teknolojilerin iki ana gruba ayrılmasına yol açtı:

• Elektrik motorları: Çalışma prensibi, pillerle çalıştırılan bir veya birden fazla elektrik motorunun direnç üretmesi ve bu direncin (hareket) alternatif akıma dönüştürülmesi, bu enerjinin tekrar dönüştürücüden geçerek doğru akıma dönüşmesi ve daha sonra tekrar kullanılmak üzere pilde depolanması esasına dayanır.
• Hidrojenli yanmalı motor: Bu motor, aracın ön tarafında bulunan ve aracın dışından alınan oksijenle kimyasal reaksiyona girerek sürüş için elektrik üreten bir yakıt hücresiyle çalışır. Bu işlem sonucunda ortaya çıkan fazlalık sadece su buharıdır. Bu hidrojenin nasıl üretildiği ve bu üretim sürecinde ne kadar kirlettiğimiz ayrı bir konudur, dolayısıyla kullanılan hidrojen türünün önemi büyüktür. İşte tam bu noktada meşhur yeşil hidrojen devreye giriyor; şimdi nedenini göreceğiz.

Hidrojen ve onun özel gökkuşağı

Dediğimiz gibi, hidrojenin üretimi ve/veya üretimi bu süreçte o kadar önemlidir ki, her teknolojinin kullanımıyla ortaya çıkan karbon ayak izini tamamen belirler. Her şeyden önce, hidrojenin doğal çevremizde serbestçe yakalanabilen bir bileşik olmadığını açıklamalıyız. Mevcuttur, ancak yakalanması için gereken miktar veya formda değildir; çünkü kimyada “enerji vektörü” olarak adlandırılan, aynı zamanda hafif ve kolay depolanan bir maddedir. Bu, temel olarak, hidrojeni elde etmek için enerji kullanımına tabi bir sürecin gerekli olduğu anlamına gelir; yani, kullanılan enerji kaynağına bağlı olarak hidrojen farklı nitelikte bir karbon ayak izi oluşturabilir. Hidrojen elde etme süreci ne kadar çevre dostu olursa, hidrojenin kendisi de o kadar çevre dostu olacaktır.

Belki de bunu bilmek, en önemli şeydir; üretim şekline bağlı olarak farklı hidrojen türleri arasındaki farkları bilmektir. Dolayısıyla, sanki bir dövüş sanatları kemeriymiş gibi, renge göre sekiz sınıflandırmadan bahsedebiliriz; ancak hidrojenin kendisi aslında bir renge sahip değildir ve şu farklara sahiptir:

Siyah/kahverengi hidrojen

Bitümlü kömür (siyah kömür), taş kömürü veya linyit (kahverengi kömür) gibi farklı karbonlu minerallerin yakılmasıyla karbonun gazlaştırılması sonucu üretilir. Sadece yanmaya dayalı olduğundan, kimyasal sürecin bir parçası olarak atmosfere karbondioksit de dahil olmak üzere çeşitli kirletici emisyonlar salınır. Bu nedenle çevreye en zararlı hidrojen türü olarak kabul edilir.

Gri hidrojen

Bu, üretimi en yaygın ve en kolay (ve dolayısıyla en ucuz) hidrojen rengidir, ancak aynı zamanda atmosfere en fazla karbondioksit salan renktir. Gri hidrojen, özellikle doğal gaz olmak üzere fosil yakıtların reaksiyonuyla buhar metan reformasyonu (SMR) olarak bilinen yöntemle üretilir.

Sarı hidrojen

Sarı hidrojen, elektroliz için kullanılan elektriğin yenilenebilir enerjiye dayalı olanlar ve fosil yakıt kullananlar da dahil olmak üzere çeşitli üretim kaynaklarından geldiği bir hidrojen türüdür. Sarı hidrojenin ilginç yanı, güneş enerjisi kullanılarak üretilen hidrojeni de ifade etmesidir; ancak bu, genel olarak yeşil hidrojen kapsamına girer; hatta sarı hidrojenin yeşil hidrojenin bir tonu olduğunu bile iddia edebiliriz.

Mavi hidrojen

Mavi hidrojen, doğal gazın hammadde olarak kullanılmasıyla üretilen hidrojen olarak tanımlanır. Bu süreç özellikle heyecan vericidir çünkü gazın bu şekilde kullanılması sonucunda karbondioksit ayrıştırılır ve derin jeolojik oluşumlarda (yer kabuğundaki boşluklar) depolanarak daha sonra eko-yakıt üretiminde kullanılır. Düşük emisyonlu bir hidrojendir, ancak temiz olarak tanımlanamaz.

Turkuaz hidrojen

Japon sanayi şirketi Ebara tarafından açıklanan devrim niteliğindeki bir yöntemle elde edilen karbon, doğal gaz ve biyogazın içerdiği metanın pirolizi yoluyla çıkarılmasını sağlıyor. Sonuç olarak, işlem sırasında ortaya çıkan karbon katı halde kalıyor ve atmosfere salınmıyor. Geri kazanılıp depolanması gerekmiyor ve gübre gibi çeşitli diğer faydalı karbon bazlı ürünlerin üretiminde kullanılabiliyor.

Ancak bu üretim süreci henüz geliştirilme aşamasındadır ve turkuaz hidrojen diğer hidrojen renkleriyle aynı düzeyde değerlendirilip üretilememektedir.

Pembe hidrojen

Bu, suyun elektrolizi ile üretilen ve su molekülünün parçalanarak hidrojen ve oksijen elde edilmesiyle elde edilen bir hidrojen türüdür. Ancak bu işlemde kullanılan elektrik enerjisi nükleerdir. Çevresel ayak izi yalnızca nükleer enerjiyle ilişkili olduğundan, neredeyse sürdürülebilir bir hidrojendir.

Yeşil hidrojen

Bu tür hidrojen, bugün ana karakterimizdir. Elektroliz yöntemiyle, su molekülünü parçalayarak hidrojen ve oksijen elde edilir. Özel bir özelliği ise yalnızca yenilenebilir kaynaklardan elektrik kullanmasıdır. Başka bir deyişle, yeşil hidrojen, fotovoltaik (sarı), rüzgar veya hidroelektrik enerjisi gibi %100 temiz enerjiyle elde edilen ve atmosfere doğrudan karbondioksit emisyonu oluşturmayan tek hidrojen türüdür.

Beyaz hidrojen

Beyaz hidrojenden bahsettiğimizde, genellikle atmosferde gaz halinde ve bazen de yeraltı rezervuarlarında doğal olarak bulunan hidrojenden bahsediyoruz. Asıl sorun, bu tür hidrojenin, onu büyük ölçekte kullanmamızı sağlayacak bir teknolojiye sahip olmaması ve bu nedenle amaçlarımız açısından işe yaramaz hale gelmesidir.

Yeşil hidrojen nasıl üretilir?

Gördüğümüz gibi, hidrojen üreten çok sayıda süreç mevcut, ancak bunların hepsi sürdürülebilir olarak kabul edilemez. Bu nedenle, H’nin nasıl oluştuğunu açıklığa kavuşturma çabası içinde,₂üretildiğinden, bu makalenin ana karakteri olan yeşil hidrojenin nasıl üretildiğini çözmeye çalışacağız.

Bakalım, hidrojen periyodik tablonun kimyasal bir elementidir -özellikle listenin ilk sırasında- ve bu durumda suyu oluşturan moleküllerin ayrılmasıyla elde edilir (H₂O) bu moleküllerin elektrik katkısıyla ayrıştırılması süreciyle gerçekleşir. Elektroliz adı verilen bu süreç, hidrojen moleküllerini oksijen moleküllerinden ayırır 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, elektrolizörün içine sürekli olarak elektrik akımı uygulanır. Bu işlem için öncelikle güç elektroniği ve redresör adı verilen cihazlar sayesinde akımı alternatif akımdan doğru akıma dönüştürmemiz gerekir. Bu redresörlerin şebekeden gelen doğru alternatif akım ve voltaj seviyelerinde çalışabilmeleri için olası değişikliklere karşı korunmaları gerekir. Bu nedenle, koruma röleleriyle donatılmış transformatör merkezleri ve voltajları düşürmek için transformatörler kullanırız. Bu, onları doğru çalışma için kilit unsurlar haline getirir ve yüksek düzeyde teknoloji ve inovasyon gerektirir. Ancak bu süreçte iki ikilem vardır:

1. Elektroliz işleminin elektrik dağıtım şebekesine bağlanarak yapılması halinde, bağlantı, kamu dağıtım şebekelerine bağlantı ve izolasyon merkezleri vasıtasıyla yapılır.
2. Elektroliz prosesinin elektrik iletim şebekelerine dayalı olması durumunda, elektriği yüksek gerilimden orta gerilime dönüştürmemiz gerektiğinden, prosesin her an güvenli ve doğru bir şekilde çalışmasını garanti altına almak için elektrik trafo merkezlerine ihtiyaç duyarız.

Her iki durumda da temel şema, bir elektrolizörden geçirilerek hidrojen üretim tesisine depolanan ve/veya taşınan X miktarındaki suyun, başlangıçtaki moleküler yapısını parçalayan yenilenebilir kaynaklardan elde edilen elektrik enerjisi kullanılarak moleküler ayırma işlemine tabi tutulmasıdır. Bu ayırma işleminin ardından oksijen, endüstriyel veya tıbbi kullanım için depolanır ve/veya atmosfer yoluyla denklemden atılırken, hidrojen, endüstriyel kullanım veya hidrojen yakıt hücreleri üretmek için sıkıştırılmış veya sıvılaştırılmış gaz olarak depolandığı depolama tanklarına gönderilir.

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