Yeşil hidrojen karbon emisyonu yoğun sektörlerin kurtarıcısı olabilir

TÜBİTAK Marmara Araştırma Merkezi (MAM) Başkan Danışmanı Prof. Dr. İskender Gökalp, yenilenebilir enerji kaynaklarını kullanarak hidrojeni karbondioksit salmadan üretmenin mümkün olduğunu ve Yeşil Mutabakat yaptırımlarından şiddetle etkilenecek olan çimento, seramik ve cam sanayisinin bu alandaki gelişmelerden ilk faydalanabilecek sektörler olduğunu söyledi.

Hidrojen enerjisi, iklim değişikliğiyle mücadelede, yüksek kütlesel enerji yoğunluğu ve düşük çevresel etkisiyle fosil yakıt bazlı enerji kaynaklarının kullanımına önemli bir alternatif olarak görülüyor.

Ancak hidrojen enerjisinin yeşil enerji olarak adlandırılabilmesini, üretimin şekli belirliyor. Fosil yakıtlarla üretilene gri hidrojen, doğal gaz ile üretilene mavi hidrojen, henüz deneme aşamasında olan metanın termal parçalanması ile elde edilene turkuaz hidrojen ve yenilenebilir enerji ile elde edilene de yeşil hidrojen deniliyor.

Yeşil hidrojen, hem Paris İklim Anlaşmasının taahhütlerini yerine getirmek için hem de dünyadaki enerji sorununun çözümü için bir fırsat olarak görülüyor ve önümüzdeki 30 yıl içinde hidrojen enerjisinin tamamen yeşil kaynaklardan üretileceği tahmin ediliyor. Ulaşımdan sanayiye, yenilenebilir enerji entegrasyonundan yeşil kimyasal üretimine kadar birçok farklı alanda kullanılabilen hidrojenin karbondan arındırılmış şekilde üretimi, emisyon azaltma hedeflerine ulaşma açısından önem taşıyor.

AA muhabirine, rüzgar, güneş enerjisi ve de hidroelektrik santraller gibi yenilenebilir enerji kaynaklarını kullanarak hidrojeni karbondioksit salmadan üretmenin mümkün olduğunu söyleyen Gökalp, "Suyu, elektroliz ile iki bileşenine yani hidrojen ve oksijene ayırarak bunu yapabiliyoruz, düğüm noktası; elektroliz için gereken elektriğin temiz olması. Bunu da çeşitli yenilenebilir enerji kaynaklarını kullanarak yapabiliyoruz. Üstelik Türkiye bu kaynaklar açısından avantajlı durumda." dedi.

Hidrojen yakma teknolojisinin, hidrojeni oksijenle kimyasal tepkimeye sokup yakıtın kimyasal enerjisini ısıya dönüştürmeye dayandığını anlatan Gökalp, bu teknolojinin çimento, seramik, cam ve demir-çelik gibi sanayi alanlarında, gaz türbinleri ile elektrik üretiminde, ulaştırmada ve havacılıkta kullanılan çeşitli motorlarda, hatta evsel ocaklarda, yüksek sıcaklıklara duyulan ihtiyacı karşılamada en verimli ve temiz yol olduğunu belirtti.

Uygulama alanlarına göre elde edilen ısının, ya ısı enerjisine ya da mekanik enerjiye dönüştürülüp faydalı enerji olarak kullanıldığını aktaran Gökalp, "Kilogram başına içerdiği ısıl enerji de yüksek olduğundan, hidrojenden, yüksek alev sıcaklıkları ve yüksek ısısal verimler elde ediliyor, üstelik karbondioksit salmadan." diye konuştu.

Yöntemler ve riskler

Hidrojen ve hidrojen karışımlarının patlama ve yangın gibi istenmeyen durumlara sebep olabileceğini ifade eden Gökalp, bu durumların hidrojenin yakılması yani enerjiye dönüştürülmesi sırasında ortaya çıkabileceği gibi depolama, iletim ve dağıtım sırasında da meydana gelebileceğini belirtti.

Gökalp, "Hidrojen başka yakıtlara pek benzemiyor; mesela doğal gaza göre tutuşması ve hidrojen molekülünün hafifliğinden dolayı kaçak oluşturması daha kolay hatta metal malzemelere nüfuz ederek malzemeyi gevrekleştirmesi, çatlaklar ve dolayısıyla kaçaklar oluşturması ve hatta hidrojen alevinin sıcaklığı daha yüksek olduğu için yakıcılara zarar vermesi mümkün." değerlendirmesinde bulundu.

Riskleri en aza indirmek için yanma biliminden faydalanılması gerektiğini ve bu risklere bütünsel bir çözüm getirmeyi amaçladığını dile getiren Gökalp, şunları söyledi:

"Hidrojen ile hava veya oksijeni alevden önce karıştırmak çok akılcı bir çözüm değil. Gaz fazındaki yakıtları iki şekilde yakabiliyoruz. Bir; yakıtı ve oksijeni yanma odasından veya yakıcıdan önce karıştırarak ve bu yanıcı karışımı yanma odası içinde veya yakıcı çıkışında tutuşturarak. Yakıt olarak fakir alevler elde ederek hem malzemelerin aşırı sıcaklıklara maruz kalmasını önlüyoruz hem de genellikle sıcaklıkla artan azot oksitler ve doğal gaz gibi yakıtlar kullanıldığında, tam yanmamış karbon fazlasından oluşan karbonmonoksit ve is, kurum gibi kirleticilerin salımını da azaltabiliyoruz."

Gökalp, ikinci bir yakma şeklinin ise yakıt ile havayı veya oksijeni yanma odasına ayrı ayrı gönderip orada karışmalarını sağlamak ve tutuşturmak olduğunu anlattı.

Bu yöntemle elde edilen alevlere "ön karışımsız alevler" denildiğinden bahseden Gökalp, "Bu yakma şeklinde, sıcaklığı ön karışımlı alevlerde olduğu gibi kontrol edemiyoruz veya çok daha karmaşık ilave süreçlerle kontrol etmeye çalışıyoruz. Bu durum, bilhassa yüksek sıcaklıktaki hidrojen alevleri için elbette tercih edilen bir yanma süreci değil. Açıkçası, hidrojen yanmasını ön karışımsız olarak yaparak patlama, alevin iletim borularına geri tepmesi gibi riskleri sıfırladık ama oluşan alevin aşırı sıcaklığından doğan başka risklere ve çevreye zararlı salımlara yol açmış oluyoruz." diye konuştu.

"İlk faydalanacak sektörler çimento, seramik ve cam sanayisi"

Gökalp, çalışmalarının sonunda, hidrojenli yakıtları güvenli, temiz ve verimli bir şekilde yakabilecek yakıcıların en iyi tasarımını sunmayı amaçladıklarının altını çizerek bu alandaki gelişmelerden ilk olarak faydalanacakların, 'Yeşil Mutabakat' yaptırımlarından şiddetle etkilenecek olan çimento, seramik ve cam sanayisi olduğunu işaret etti.

Fransa'da kurduğu yanma enstitüsünde (CNRS-ICARE) başlattığı çalışmaları 3 senedir TÜBİTAK Uluslararası Lider Araştırmacılar Programı kapsamında ve TÜBİTAK-MAM, TÜBİTAK-SAGE, EÜAŞ, GAZBİR/GAZMER, IGDEAS Enerji ve Savunma AŞ. Prosis Mühendislik şirketi gibi paydaşlarla sürdürdüğü bilgisini veren Gökalp, çalışmalarını yakın zamanda ticari boyuta taşıyacağını bildirdi.