Bağımsız enerji politikası ve iklim kriziyle mücadele: Hidrojen enerjisi

Hidrojen enerjisinin, ilerleyen yıllarda küresel enerji sisteminin önemli bir parçası olacağı öngörülüyor. Çevre dostu olarak bilinen hidrojen, kolay bir şekilde depolanabiliyor ve yüksek enerji yoğunluğuna sahip enerji kaynağı olarak tanınıyor. Hidrojen yakıt şeklinde kullanıldığında atık ürün olarak H2O salıyor. Hidrojen, Türkiye’nin “2053 Karbon Nötr” hedefine ulaşması için stratejik derecede önemli bir enerji kaynağı olarak değerlendiriliyor. Hidrojen enerjisinde maliyetler istenilen düzeye indirildiğinde iki önemli sonuç doğuracak: İklim kriziyle mücadele ve enerji bağımsızlığı.

Uluslararası Hidrojen Enerji Komisyonu’nun yaptığı tahminlere göre, hidrojen enerji endüstrisi orta vadede 30 milyon iş fırsatı yaratacak ve hidrojen enerji pazarı 2.5 trilyon doları geçecek. Buna ek olarak hidrojen endüstrisinin gelişimi ile birlikte 6 milyar ton CO2 emisyonunun azalacağı öngörülüyor. İlerleyen yıllarda hidrojen enerjisinin dünya enerji tüketiminin yüzde 20’sini oluşturacağı tahmin ediliyor(1).

DÜNYADAKİ GELİŞİMİ

Daha önce Abe yönetimi, 2017 yılı Aralık ayında Japonya’nın ilk “Ulusal Hidrojen Stratejisi’ni” duyurmuştu. Bu plan diğer ülkelerin de enerji politikası oluşturmasını teşvik etti. Japonya’dan sonra Avustralya, Kanada, Şili, Güney Kore, Çin ve Türkiye de kendi hidrojen stratejilerini oluşturdu. Ayrıca Japonya’nın Avustralya ile önemli işbirliği bulunuyor. Çünkü Avustralya dünyanın en büyük hidrojen üreticilerinden birisi olarak yer alıyor. Bununla birlikte Avustralya, dünyanın ilk sıvılaştırılmış hidrojen gemisi olan Suiso Frontier’i başarı bir şekilde tamamladı(2). Japonya, 15 yıl içinde hidrojen tedarikine 107 milyar dolar yatırım yapacak. Japon şirketlerin şu anda 1 GW’ın altında olan elektrolizör kapasitesinin önümüzdeki 10 yılın sonunda 15 GW’a ulaşması hedefleniyor(3).

Avustralya ilk olarak 2019 yılında “Ulusal Hidrojen Stratejisini” yayınladı. 2023 yılında bu stratejiyi yeniledi ve 2030 yılına kadar hidrojenin Avustralya’nın “karbonsuzlaşma” politikasında önemli rol oynayacağını ortaya koydu. Avustralya hidrojen boru hattında 300 milyar dolarlık potansiyele sahip yatırım yaptı. Ulusal Hidrojen Stratejisi planında hidrojenin sanayi, ulaşım, şebeke güçlendirme, kimyasallar ve metal üretimi gibi alanlarda kullanılacağına yer verildi(4).

Hidrojen enerjisi Çin’in de stratejik enerji planına dahil oldu. Çin ilk defa 2022 yılında kapsamlı bir şekilde "Hidrojen Enerjisi ve Endüstrisinin Gelişiminin Orta ve Uzun Vadeli Planını (2021-2035)” kamuoyu ile paylaştı. Çin’de 2025 yılına gelindiğinde hidrojen enerjisi ile çalışan yakıt hücreli araç sayısı 50 bin olacak. Yenilenebilir enerjiden üretilen hidrojen miktarı 100 bin-200 bin ton/yıla ulaşarak yeni hidrojen enerjisi tüketiminin önemli bir parçası haline gelecek ve 1-2 milyon ton/yıl CO2 emisyonu azaltımı sağlanacaktır. 2035 yılına kadar bir hidrojen enerjisi sanayi sistemi oluşturulacak ve ulaşım, enerji depolama, sanayi ve diğer alanları kapsayan çeşitlendirilmiş bir hidrojen enerjisi uygulama ekolojisi inşa edilecek. Türkiye, dünyadaki bu eğilimi takip etti ve T.C Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı tarafından “Türkiye Hidrojen Teknolojileri Stratejisi ve Yol Haritası” hazırlandı(5).

Türkiye’de elektrolizörün kurulu güç kapasitesinin 2030’da 2 GW’a, 2035’te 5 GW’a ve 2053’te 70 GW’a ulaşması hedefleniyor. Yol haritası incelendiği zaman Türkiye’nin dünyada hidrojen gelişimi üzerindeki iki önemli eğilimi takip ettiği görülüyor: Elektroliz ve yakıt hücresi. Peki ama neden bu iki konu önemli yer teşkil ediyor? Elektroliz teknolojisi kullanılarak su hidrojen ve oksijen moleküllerine ayrılarak yakıt olarak elde ediliyor. Yakıt hücresi ise hidrojenin çeşitli alanlarda-otomobil, insansız hava araçları (İHA)- enerji olarak kullanılmasını sağlıyor.

HİDROJEN ENERJİSİNİN ÖNÜNDEKİ ZORLUKLAR

Hidrojen enerjisinin daha ucuz bir şekilde piyasada yer alması için dört önemli konu üzerinde duruluyor: Üretim, depolama, taşıma, kullanma. Depolama ve taşımada maliyetlerin düşürülmesinde altyapı planlaması önemli yer teşkil ediyor ve ayrı bir araştırma konusu altında değerlendirmenin daha doğru olduğunu düşünüyorum. Yukarıda bahsettiğimiz Çin’in hazırladığı raporda taşıma ve depolama üzerinde özel bir şekilde duruluyor. Şehirlerin hidrojen enerjisine göre planlaması, yerinde üretim ve tüketim, geniş şarj istasyonlarının hızlıca kurulmasının öneminden bahsediliyor. Diğer iki önemli başlık -üretim ve kullanım- ise önemli bir Ar-Ge çalışması gerektiriyor. Çin devleti bu konuyla ilgili teşvikler yapıyor. Örneğin bünyesinde bulunduğum Beihang Üniversitesi Enerji ve Güç Mühendisliği bölümü hidrojen enerjisinin Ar-Ge çalışmalarını yapmak için şirket, yerel hükümet ve üniversiteden özel destekler ve teşvikler alıyor. Alınan destekler ile labaratuvarlar kuruluyor Çinli ve yabancı öğrencilerin bu konuda araştırma yapması teşvik ediliyor. Yapılan bütün araştırmalar açık bir şekilde paylaşılıyor.

Birinci zorluk hidrojenin ucuz ve temiz bir şekilde üretilmesi. Hidrojen doğalgaz, kömür, yenilenebilir enerji, fosil yakıtlar tarafından farklı teknolojiler kullanılarak üretiliyor. Doğalgaz ve kömür ile hidrojen üretimi ucuz fakat atmosfore CO2 salınımına neden oluyor. (Bkz: Şekil 1). Ayrıca, doğalgaz ve kömür çevre dostu olmadığı gibi aynı zamanda sınırlı kaynaklar olduğu biliniyor. Bu nedenle araştırmalar suyun elektroliz teknolojisi ile hidrojen ve oksijene ayrıştılması yöntemi üzerine yoğunlaşıyor. Burada ise en önemli sorun bu teknolojinin sürdürülebilir ve ucuz olması olarak ortaya konuyor. Proton değişim membran su elektroliz (PDMSE) teknolojisi yenilenebilir enerji kaynakları ile entegre edilebilir olması hidrojen üretilmesi için en önemli teknolojilerden birisi olarak değerlendiriyor. Japonya bu konuda önemli adımlar attı. Çin ise bu konuda nispeten geç kalsa da devlet planlamasıyla üniversitelerdeki araştırmaları teşvik etmeye başladı. Yüksek voltaj altında korozyona dayanıklı metal bazlı (özellikle Titanyum) çift plakalar üzerine araştırmalar yoğunlaşıyor.

İkinci zorluk ise hidrojenin yakıt pillerinde yakıt olarak kullanılması olarak ortaya konuluyor. Bu kısımda Proton Değişim Membran Yakıt Hücreleri (PDMYH) kullanılıyor. PDMYH yakıtta depolanan kimyasal enerjiyi doğrudan ve verimli bir şekilde elektrik enerjisine dönüştüren, tek yan ürün olarak suyun oluştuğu; enerji kullanımımızı, kirletici emisyonları ve fosil yakıtlara bağımlılığı azaltma potansiyeline sahip bir teknoloji olarak önümüzde duruyor. PDYMH düşük voltaj altında (0.6 V) çalıştığından dolayı suyun elektrolizi ile kıyaslandığında daha sürdürülebilir ve ucuz malzemeler (Paslanmaz çelik) kullanılabilir. PDMYH’nin en önemli maliyetlerinden birisini oluşturan çift kutuplu plaka da paslanmaz çelik kullanılarak maliyetler düşürülebiliyor. Bu konuda yapılan çalışmalar büyük ölçüde olgunlaştığı görülüyor. BMW, Toyota ve Hyundai bu konuda hayli bir yol kat etti ve otomobillerde yakıt hücrelerini kullanmaya başladı(6). Amerikada 2022 yılının sonuna gelindiğinde yakıt pilleri ile çalışan otomobillerin satışında artış olduğu gözleniyor(7) (Bkz: Şekil 2 ).

SONUÇ

Türkiye’nin hidrojen enerjisi ile ilgili yaptığı çalışmalar henüz doğum aşamasındadır. Bu konuda Türkiye Hidrojen Teknolojileri Strateji ve Yol Haritasında daha detaylı bilgiler mevcuttur. Özellikle uluslararası iş birliklerinin yapılması ve hidrojen teknolojileri ile ilgili araştırmacıların arttırılması (Teknolojik olmayan ihtiyaçlar madde 18 ve 19) üzerine özenle durulmalıdır. Bu konuda Japonya, Güney Kore ve Çin ile ülkeler ve üniversiteler arası işbirlikleri yapılmalıdır. Çin’in 2022 yılında hazırladığı raporda hidrojen enerjisinin Kuşak ve Yol için önemli bir enerji kaynağı olacağı vurgulanıyor aynı zamanda Çin’de çok gelişmiş laboratuvar olanakları mevcut. Bu kapsamda Kuşak-Yol çerçevesinde ele alınıp iki ülke arasında teknoloji transferi, Ar-Ge çalışmaları, üniversite değişim programları yapılmalıdır. Bununla birlikte Çin dünyanın en büyük yenilenebilir enerji kurulu gücüne sahip ülke olarak bulunuyor. Hidrojenin üretiminden-kullanımına kadar büyük bir altyapıya sahip. Buradaki tecrübelerden faydalanılmalıdır. Türkiye’de milli otomobil, İHA, SİHA gibi önemli alanlarda üretim yapılırken hidrojen enerjisi de göz önünde bulunmalıdır. Geleceğe yönelik yakıt istasyonları prototip tasarımlar yapılmalıdır. Yakıt pilleriyle otomobil üretme teşvik edilmelidir. Elektrolizin maliyetlerinin düşürülmesi için üniversitelerde laboratuvarlar açılmalı ve bu konuda araştırma yapan kişiler teşvik edilmelidir.

Kaynaklar

1.Zhang, G. and Z. Jiang, Overview of hydrogen storage and transportation technology in China. Unconventional Resources, 2023. 2.article. 3.https://www.reuters.com/business/energy/japan-invest-107-bln-hydrogen-supply-over-15-years-2023-06-06/. 4.https://www.dcceew.gov.au/energy/publications/australias-national-hydrogen-strategy. 5.https://enerji.gov.tr/Media/Dizin/SGB/tr/Kurumsal_Politikalar/HSP/ETKB_Hidrojen_Stratejik_Plan2023.pdf. 6. https://www.fastechus.com/blog/vehicle-manufacturers-working-on-hydrogen-fuel-cell-vehicles. 7.https://insideevs.com/news/668706/us-hydrogen-fuel-cell-car-sales-2023q1/.