Mantıksal temel
Hidrojen ekonomisi, enerji ihtiyacının karşılanmasına dair sorunlar ile hidrokarbon yakıtların neden olduğu çevresel sorunları çözümü için arzulanan bir alternatiftir.Hidrokarbon tüketiminin büyük çoğunluğunu oluşturan petrol, sanayileşmiş ülkeler tarafından ithal edilerek, kara, deniz ve hava taşıtlarında kullanılmak üzere, benzin ve dizel yakıtlara rafine edilir. Doğal gaz ve bir diğer hidrokarbon yakıt kömür ise daha çok ısınma ve elektrik üretimi için yakılmaktadır. Hidrokarbon yakıtların yakılması ise çevre kirliliğine neden olan maddeler ile sera gazlarının emisyonuna neden olur. Özellikle Çin ve Hindistan gibi hızla büyümekte olan ekonomilerin hidrokarbon yakıtlara duyduğu talebin sürekli artış göstermesi, sınırlı olan hidrokarbon kaynaklarının da artan bir hızda tükenmesine neden olmaktadır.
Hidrojen ekonomisi, fosil yakıtlar yerine, temel enerji kaynakları ile biyokütlelerden hidrojen yakıtı üretilmesini öngörür.
Enerji arzında, elektrik şebekesinin yükünün dengelenmesi, enerji üretiminin önemli sorunlarından biridir. Bu sorun, günümüzde, enerji jenaratörlerinin çıktısını değiştirmek şeklinde giderilmeye çalışılır. Bununla beraber, elektriğin daha sonra kullanılmak üzere depolanması oldukça zordur. Büyük bir elektrik enerji ağı`nda en ekonomik ve yaygın enerji depolama şekli, aşağıdaki suyun tekrar barajın içerisine pompalanmasıdır. Ancak bu yöntem daha küçük ölçekli veya taşınabilir sistemlere uygun değildir. Kondansatörler gibi daha küçük ölçekli depolama yöntemleri, düşük enerji yoğunlukları nedeniyle alternatif olamamaktadırlar. Piller ve aküler, yavaş yüklenip, boşalmaları ve yine düşük enerji yoğunlukları nedeniyle yeterince uygun değildir. Volan enerjisi depolama yöntemi daha verimli olmasına karşın çeşitli nedenlerle hala yeterince uygun görülmemektedir.
Yanma sırasında, litre başına açığa çıkan büyük enerji miktarı (yani yüksek enerji yoğunluğu) nedeniyle, hidrokarbon yakıtlar kara, hava ve deniz taşıtlarında yaygın olarak kullanılmayı sürdürmektedir. Ancak hidrokarbon yakıtların çok uzak olmayan bir gelecekte tükeneceği endişesi, ithalatındaki dışa bağımlılık, fiyatlarının siyasi istikrarsızlık ve krizlerde aşırı oynaklık göstermesi ve çok fazla karbondioksit (CO2) emisyonu nedeniyle global ısınmayı artıran en önemli etkenler arasında olması, fosil yakıtların yerine kullanılabilecek alternatif yakıtların arayışını hızlandırmıştır.
Bazıları, hidrojeni yakıt olarak kullanan yakıt hücrelerinin, gelecekte pek çok içten yanmalı motorun yerini alabileceğini ve enerji ağının yük dengeleme sorununu çözebilecek önemli bir alternatif olabileceğini düşünmektedir.
Hidrojen evrende en fazla bulunan elementlerden biridir. Aynı zamanda kütlesine göre oldukça iyi bir enerji yoğunluğuna sahiptir ve bu nedenle uzay mekiği gibi uzay araçları için tercih edilen yakıttır.
Hidrojen-oksijen yakıt hücresinin teorik olarak emisyonu sadece saf sudur. Ayrıca yakıt hücreleri, içten yanmalı motorlardan çok daha yüksek verimliliğe sahiptir. İçten yanmalı motorların verimliliği %20-30 seviyelerinde ifade edilirken, yakıt hücrelerinin verimliliği %75-80 düzeyindedir (hidrojenin elde edilmesindeki kayıpları göz önüne almaksızın) ve elektrik motoru ve aktarma sistemindeki kayıplar da göz önüne alındığında toplam verimlilik %40` yaklaşır.
Mevcut hidrojen pazarı
Hidrojen üretimi oldukça geniş ve büyüyen bir endüstridir. Tüm dünyada, 2004 yılında üretilen toplam hidrojen 50 milyon tondur ve bu üretilen hidrojenin petrol cinsinden karşılığı 170 milyon ton yapar. Yıllık büyüme miktarı yaklaşık %10 civarındadır. Amerika Birleşik Devletlerinde, 2004 yılında yaklaşık 11 milyon ton üretim gerçekleştirilmiştir ve bu değerin enerji cinsinden karşılığı 48 gigawatt`tır (karşılaştırılacak olursa, 2003 yılındaki ortalama elektrik üretimi 442 gigawatt`tır). Hidrojenin depolanması ve nakledilmesi oldukça pahalı olduğu için, üretimin büyük çoğunluğu bölgesel olarak gerçekleşmiş ve genellikle üretici firma tarafından hemen tüketilmiştir. 2005 itibarıyla, tüm dünyada, bir yıl içerisinde üretilen hidrojenin ekonomik değeri 135 milyar ABD doları`dır.
Bugün hidrojenin kullanımının iki temel nedeni vardır. Tüm tüketimin yaklaşık yarısı haber prosesi yardımı ile amonyum (N3) üretmek için yapılır. Dünya nüfusu arttıkça, onu desteklemek için artmak zorunda olan tarım, amonyuma duyulan talebi sürekli büyütmektedir. Hidrojen tüketiminin diğer yarısı ise, ağır petrol kaynaklarını, yakıt olarak kullanılabilecek daha hafif türevlere dönüştürmek için gerçekleştirilir. Artan petrol fiyatları petrol şirketlerini katran gibi fakir maddelerden yakıt elde etmek için daha da cesaretlendirerek, hidrojen tüketiminde ilk uygulamaya göre daha da yüksek bir büyümeye neden olmuştur.
Eğer hidrojen üretimi için ihtiyaç duyulan enerji, rüzgar, güneş ya da nükleer santrallerden kolay ve ekonomik bir şekilde elde edilebilseydi, hidrojenin hidrokarbon yakıt elde etmek üzere kullanılması, toplam hidrojen tüketimini örneğin ABD için 5 ila 10 kat kadar artırabilirdi. Bugün ABD`de bu amaçla hidrojen tüketimi yaklaşık yılda 4 milyon tondur. ABD için yıllık 37.7 milyon ton hidrojenin, petrolde dışa bağımlılığı kaldıracak miktarda, kömürden dönüştürülmüş sıvı yakıt elde etmek için yeterli olacağı sanılmaktadır. [1]. Ancak kömürün sıvı yakıta dönüştürülmesi dışa bağımlılığı azaltmakla birlikte sera gazı etkisi sorununa çözüm üretmemektedir.
Günümüzde hidrojen üretiminin %48`i doğal gazdan, %30`u ham petrolden, %18`i kömürden ve %4`ü suyun elektroliz yolu ile ayrıştırılmasıyla üretilmektedir.
Büyüyen pazar ve hızla artan fiyatlar hidrojenin daha ekonomik yöntemlerle üretilmesi konusunda ilgi yaratmıştır. Büyüyen hidrojen pazarının analizine dair bakınız [2]
Öngörülen merkezi hidrojen kaynakları
Hidrojen ekonomisinde, hidrojen gazı üretmek için, temel enerji kaynakları ile biyokütleler kullanılır. Petrol, kömür, doğal gaz gibi fosil yakıtların dışında kalan enerji kaynakları, fosil yakıtlara göre çok daha düşük sera gazı emisyonlarına sahiptirler. Yüksek verimlilikli hidrojen jeneratörlerinin ürettiği gazın, doğal gaz dağıtım şebekesine benzer bir sistemle dağıtılması beklenir. Ancak doğal gaza göre aşılması gereken zorluklar vardır. Örneğin hidrojenin contalardan daha kolay sızabilmesi ya da dağıtım borularında çatlaklara neden olur. Hali hazırda geniş doğal gaz dağıtım şebekesi üzerinde kurulu kojenerasyon tesisleri sağladıkları elektrik dönüşümü ile yukarıda bahsedilen sisteme benzerlik gösterirler.Tam bir hidrojen ekonomisinde, rüzgar ya da hidroelektrik tesislerinin ürettiği enerjinin tamamı elektrik şebekesine verilmeyerek, bir kısmı ile hidrojen üretilir. Nükleer enerji tesislerinin bir çıktısı olan ısı enerjisi, elektroliz sıcaklığını arttırmak şeklinde verimliliğe katkısı bulunacaktır.
Yakıt hücreleri
Hidrojen ekonomisinin özünde, kimyasal enerjiyi harekete ya da elektrik enerjisine dönüştürmek için, içten yanmalı motorların ve türbinlerin yerine yakıt hücrelerinin kullanımı vardır. Bu değişimin altında yatan beklenti, yakıt hücrelerinin elektrokimyasal oluşu ve yanmalı motorlara göre çok yüksek verimliliğe sahip olmasıdır. Tüm yakıt hücreleri saf hidrojeni kullanabilirken, bazı yakıt hücreleri hidrokarbon yakıtları da kullanabiliriler.Hali hazırda yakıt hücreleri oldukça pahalıdır, ancak yapılan araştırma ve geliştirmeler, yakıt hücrelerinin maliyetlerini düşürmeyi sürdürmektedir. Yakıt hücrelerinin maliyeti içten yanmalı motorlar ve türbinlerle yaklaştığı zaman, verimlilikten sağlanacak her bir kuruşun çok önemli olduğu elektrik enerji santralleri başta olmak üzere kullanımları pek çok alanda hızla yaygınlaşacaktır.
Hidrojen duyulan ilginin büyük bir kısmı, yakıt hücrelerinin otomobillerde kullanılması fikrinden kaynaklanmaktadır. Yakıt hücreleri, içten yanmalı motorlara göre daha sessiz çalışırlar, daha iyi güç/ağırlık oranına, çok daha yüksek verimliliğe ve teorik olarak sıfır emisyona (hidrojen üretimi sırasında kullanılan yöntemler emisyona neden olabilirler) sahiptirler. Hidrojenin depolanmasındaki zorluklara ve yakıt hücrelerinin yüksek maliyetlerine karşı çözümler üretildikçe, gelişmiş hibrid (yakıt hücresi ve akü kombinasyonlu) otomobillerin de kullanımı yaygınlaşacaktır.
Hayata geçirmedeki zorluklar
Üretim
Dünyadaki hidrojenin büyük bir kısmı denizlerde hapsolmuş durumdadır.
Hidrojen, doğal gazın buhar ile yeniden yapılandırılması ya da kısmi oksidasyonu gibi yöntemlerle fosil yakıtlardan da üretilebilirler. Wang`ın 2002`de ve Kreith`in 2004`te yaptığı çalışmalar, üretim ve dağıtım sırasında açığa çıkan emisyonlar göz önüne alınsa dahi, hidrojenin neden olduğu CO2 çıktısının, içten yanmalı motorların neden olduğu CO2`ten çok daha az olacağını göstermiştir.
Hidrojen her bir kilogram için, yaklaşık olarak 50 kilowatt saat elektrik enerjisi tüketerek, elektroliz yöntemiyle de üretilebilir. Nükleer enerji, kendi içerisindeki çevresel endişeler bir kenara bırakılacak olsa elektroliz için ihtiyaç duyulan enerjiye iyi bir alternatiftir. Güneş enerjisi de, benzeri bir şekilde elektroliz yöntemi için bir başka alternatiftir. Hidrojen üretimi, verimlilik ve emisyonlar açısından, alternatifleri ile karşılaştırılırken, gerçek çevresel etkileri, sadece üretimin göz önüne alınması ile değil aynı zamanda yakıt hücrelerinin sağladığı verimlilik ve emisyon da göz önüne alınmalıdır.
Bunlar birlikte pek çok `yeşil` enerji kaynağı, sağlayabildikleri düşük yoğunluklu enerji nedeniyle, kayda değer miktarda hidrojen üretebilen yüksek sıcaklıklı elektroliz gibi yöntemlerin gereksinim duyduğu yüksek enerji seviyeleri için yeterince uygun olmayacaktır.
Hidrojen üretimi sırasında tüketilen enerji miktarı hakkında bazı endişeler vardır. Hidrojen üretimi içerisinde hidrojen barındıran su ya da fosil yakıt gibi kaynaklara ihtiyaç duyar. Fosil yakıtların kullanılması doğal kaynakların tükenmesine ve buna karşın CO2 üretilmesine neden olurken, suyun elektroliz edilmesi için ihtiyaç duyulan enerjinin önemli bir kısmı, yine fosil yakıtların elektrik enerjisine dönüştürülmesi yöntemiyle sağlanmaktadır. Bu açıdan, hidrojen yakıtının, bugün için fosil yakıtlardan tamamen bağımsız ya da hiçbir emisyona neden olmayan bir yöntem olduğunu iddia etmek oldukça güçtür.
Eğer elektrik enerjisi üretimi, kimyasal yöntemlere dayanıyor ise, hidrojeni üretmek için de doğrudan kimyasal yöntemlere başvurulması daha uygundur. Fakat elektrik enerjisi üretimi, hidroelektrik ya da rüzgar jeneratörleri gibi mekanik yöntemlere dayanıyor ise, hidrojenin suyun elektroliz edilmesi yöntemi ile üretilmesi uygun olabilir. Çoğunlukla tüketilen elektriğin maliyeti, üretilen hidrojenin fiyatından daha yüksek olduğu için, elektroliz yöntemi hidrojen üretiminde çok küçük bir paya sahiptir.
Eğer elektrik enerjisi üretimi, ısı (nükleer ya da güneş) enerjisi yöntemine dayanıyor ise, hidrojen üretmek için en uygun yöntem yüksek sıcaklıklı elektrolizdir. Düşük sıcaklıklı elektrolizden farklı olarak suyun yüksek sıcaklıklı elektrolizi (YSE) başlangıçtaki ısı enerjisinin önemli bir kısmını kimyasal enerjiye (hidrojen) dönüştürme kabiliyetine sahiptir. Potansiyel olarak prosesin enerji verimi %50 daha fazladır. İhtiyaç duyulan enerjinin bir kısmı ısı ile sağlandığı için kimyasal dönüşüme konu elektrik enerjisi daha az tüketilir. YSE`nin laboratuar uygulamaları yapılmış olmasına karşın henüz endüstriyel bir uygulaması yoktur.
Bir başka üretim yöntemi ise sülfür iyodin çevirimidir. Bu yöntemle elektriğe ihtiyaç duymaksızın, su ve ısı enerjisi ile hidrojen üretilebilir. İhtiyaç duyulan tüm enerji girdisi ısı olduğu için yüksek sıcaklıklı elektrolizden daha verimli bir yöntemdir. Kimyasal bir yöntem olduğu için, ihtiyaç duyulan ısı enerjisinin kaynağı fosil yakıtlar olamamalıdır. Termokimyasal yöntemle hidrojen üretimini endüstriyel uygulamaları henüz bulunmamaktadır. Denemeler laboratuarlarla sınırlı kalmıştır.
Depolama
Moleküler hidrojen, kütle başına mükemmel denilebilecek bir enerji yoğunluğuna sahip olmasına karşın, bir gaz olarak, ortam koşullarında hacim başına oldukça düşük bir enerji yoğunluğuna sahiptir. Bu nedenle, depolanıp taşıtlarda tatmin edici bir mesafede tükenecek bir yakıt olarak kullanılabilmesi için ya yüksek basınçta saklanması ya da sıvılaştırılması gerekmektedir. Böylece hacim başına daha yüksek enerji yoğunluğu sağlanırken boyut olarak daha küçük fakat yine de daha ağır bir yakıt deposu kullanılacaktır. Yüksek basınçta saklama beraberinde sıkıştırma gereği doğuracak, dolayısıyla ek enerji tüketimine neden olacaktır. Sıvı hidrojen -252.882 °C a€˜de kaynar. Sıvı hidrojenin saklanması ağırlıktan büyük tasarruf sağlar fakat buna karşın sıvılaştırmak için yine büyük enerji tüketimi gereği ortaya çıkar. Sıvılaştırma hem sıkıştırma hem de soğutma adımlarını gerektirdiği için enerji yoğun bir prosestir.
Sıvılaştırılmış hidrojen benzinin sahip olduğu enerji yoğunluğunun dörtte birine sahiptir. Sıvılaştırılmış hidrojeni depolayacak tankların çok iyi yalıtılmaları gerekir. Buna karşın tankın etrafında oluşabilecek buzlanma, tankın ve yalıtımın çürümesine, dolayısıyla tankın kullanılmaz hale gelmesine neden olabilir. Hidrojen deposu yalıtımları genellikle pahalı ve hassastır.
Sıvılaştırılmış hidrojeni depolayacak tankın ise oldukça kalın ve ağır bir gövdesi olması beklenir. Hidrojen küçük ve enerjik bir molekül olduğu için, onu çevreleyen yüzeylerin içinde ilerleme eğilimi gösterir. Bu durum da yine tankın zayıflamasına neden olan bir başka etkendir. Taşıtlarda kullanılması planlanan hidrojenin 700 bar (70 MPa) basınç altında sıkıştırılarak depolanması beklenir. Bu yüksek basınç seviyesi hidrojen ekonomisinin önünde büyük bir engeldir. Bugünkü şartlarda taşıtlarda kullanılabilecek yakıt hücreleri, içten yanmalı motorlarla karşılaştırıldığında, çıktı maliyeti kW başına 100 kat kadar daha pahalıdır. Li-ion or Li-polimer akü kullanan araçlar hidrojen yakıtlı araçlardan daha ekonomiktirler. Büyük ölçekte lityum iyon akü üretilip, kullanımı yaygınlaştıkça, akülü arabalar da yaygınlaşacaktır. Henüz prototip aşamasında olan çinko-hava yakıt hücreleri de yüksek kapasiteli depolamaya bir alternatiftir. Herhangi bir akülü sisteme benzer bir verimliliğe sahiptir.
Taşıma
Hidrojen çelikleri zayıflatıp, kırılganlaştırdığı için, bugünkü doğal gaz dağıtım şebekesinden olduğu gibi yararlanılarak dağıtılması mümkün değildir. Hidrojen için yapılabilecek özel dağıtım şebekelerinin ise yüz milyarca YTL ile ifade edilebilecek kadar pahalı sistemler olduğu tahmin edilmektedir.
Maliyet
Hidrojenin, yakın bir gelecekte, uzun mesafelere düşük maliyetle taşımak için uygun bir enerji kaynağı olması beklenmemektedir. Elektroliz ve yakıt hücresi teknolojilerindeki ilerlemelere karşın, özellikle taşımadan kaynaklanabilecek yüksek maliyet gelişmenin önünde bir engel olarak durmaktadır.Hidrojen boru hatları elektrik şebekesinin mesafe maliyeti ile karşılaştırıldığında çok daha pahalıdır [3]. Doğal gaz ile karşılaştırıldığı zaman aynı miktardaki enerji başına 3 kat daha fazla yer kaplar, çeliği zayıflattığı için yüksek bakım maliyeti doğurur ve önlenemez bir sızıntı maliyeti oluşacaktır. Hidrojen ekonomisinin oluşması çok büyük yeni yatırımlar gerektirirken, alternatifleri geleneksel kaynakları kullandığı için hemen hiçbir yeni yatırım gerektirmeksizin yaygınlaşabilir. Örneğin akü ile çalışan elektrikli taşıtlar, var olan elektrik şebekesinden yararlanarak, yakın bir gelecek için daha düşük maliyetli çözüm olma özelliğini sürdürecektir.
Hidrojen ekonomisine alternatifler
Hidrojen özünde enerjinin depolanması ve dağıtılması konusunda önemli bir araçtır. Diğer alternatif enerji depolama ve dağıtım yöntemleri, gerek kısa gerekse uzun vadede daha ekonomik alternatifler olabilir. Bunlar arasında:- Doğal gaz. Doğal gaz ve sıvılaştırılmış doğal gaz kullanımının yaygınlaşması tüm dünyada hızla devam etmektedir. Okyanusların altında ve dünyanın diğer çeşitli bölgelerinde yeni metan kaynakları bulunması, doğal gazı gittikçe daha ilginç kılmaktadır. Metan kömürden de elde edilebilir, fakat bu yöntem hava kirliliği açısından bir tehdit oluşturmaktadır. Doğal gazın da diğer fosil yakıt kaynakları gibi bir gün tükeneceği bilinmektedir.
- Elektrik şebekesi ve aküler. Elektrik enerji ağı ve kimyasal olarak depolanan aküler, hidrojene uzun bir zaman boyunca iyi bir alternatif olmayı sürdüreceklerdir. Özellikle, daha büyük kapasiteli akülerin, elektrikli ve hibrid taşıtların yaygınlaşması, enerji yüklerinin dengelenmesi için bir fırsat yaratacaktır. Her ne kadar güneş pilleri düşük yoğunluklu enerji kaynağı olsalar da, yaygınlaşan teknolojinin içerisinde, elektrikli taşıtların akülerini şarj etmek üzere yerlerini alacaklardır. Yüksek kapasiteli aküler, hibrid araçlarda yer almakla birlikte, daha çok yük dengeleme rolünü üstlenmektedirler. Gelecekte akülü ve hidrojen enerjili taşıtların kullanımı mümkün olmakla birlikte, akülü ve yeşil yakıtlarla çalışan hibrid taşıtların yaygınlaşması daha güçlü bir olasılık gibi görünmektedir.
Diğer kimyasal yakıtlar: bakınız Alternatif yakıt
- Yeşil yakıtlar. Bitkilerden elde edilen, etanol, biyodizel gibi biyoyakıtların kullanımı ekonomideki küçük değişikliklerle gerçekleştirilebilir. Bunla birlikte, kayda değer miktarda petrol tüketiminin yerini alabilmesi için, çok geniş tarım alanlarına ihtiyaç duyulduğundan, bütün ülkeler için uygun bir çözüm olmayabilir.
- Sera gazı-nötr alkol. Hidrojen ekonomisinde hidrojen, tamamıyla elektrikli olmayan araçlarda kullanılmak üzere, yenilenebilir bir enerji kaynağı olarak elde edilir. Hidrojene diğer bir teorik alternatif ise, hidrojen ve karbondioksitin birlikte kullanılarak, etanol ya da metanol gibi sıvı bir yakıta dönüştürülmesidir. Hidrojeni, üretildiği tesisten taşımak yerine, aynı tesiste diğer sıvı yakıtlara dönüştürerek, mevcut dağıtım ağında taşınması ve kullanılması sağlanabilir. Böylece hidrojen gazının taşınması ve depolanması ile ilgili zorluklar aşılırken, karbondioksit gazının tüketilmesi ile ilgili endüstriyel bir alternatif yaratarak, sera gazlarının azaltılması ile ilgili önemli bir adım atılabilir.
Çevresel kaygılar
Hidrojen gazı doğal gazdan bir reaksiyon ile elde edilebilir. Bu reaksiyon sırasında, yan ürün olarak, bir sera gazı olan karbondioksit (CO2) açığa çıkar. Metan esaslı yakıt hücrelerindeki buhar yapılandırıcılar, hidrokarbonları ya karbondioksite ya da karbonmonoksite (CO) dönüştürür [4]. Her ne kadar yerin ya da denizlerin altına depolama gibi yöntemler araştırılsa da, açığa çıkan karbondioksit atmosfere bırakılır.Yakın zamanda (Science dergisinde bir grup Caltech`li bilim adamının yayınladığı bir makalede), hidrojen gazı kaçağının neden olabileceği sorunlar hakkında endişeler dile getirilmeye başlanmıştır. Moleküler hidrojen saklandığı depoların büyük çoğunluğundan yavaş da olsa sızma eğilimi gösterir. Eğer bir varsayım olarak yeterli miktarda hidrojen gazının (H2) sızdığı düşünülürse, hidrojen gazı morötesi ışınlarla ile stratosferde kolayca serbest radikaller (H) oluşturur. Bu serbest radikaller ise ozon tabakasındaki deliğin genişlemesinde hızlandırıcı rol oynar. Sızan H2`ların yeterince çok stratosferik hidrojen oluşturması ise delikte genişlemeyi ciddi boyutta hızlandırabilir. Ancak yapılan incelemeler hidrojen gazı kaçağının büyük boyutta olmadığını göstermiştir. Mevcut kaçak yüzdesi tahmin edilen %10-%20 değerinin çok altındadır. Almanya`da yapılan bir araştırma, kaçak oranının %0,1`den az olduğunu (doğal gaz kaçağı %0,7) göstermiştir. Dünya çapında hidrojen kullanımının yaygınlaşması durumunda, bugünkü teknolojilerle bile, kaçak oranının %1-2`lerin altında kalması beklenmektedir. Gelişmiş bir hidrojen ekonomisinin 50 yıldan önce oluşması beklenmediğinden, bu süre içerisinde gaz kaçağına karşı önemli teknolojilerin geliştirileceği umulmaktadır.
Kullanımındaki tehlikeler
Hidrojen, basında nispeten tehlikeli bir gaz olarak tanıtılmıştır ve gerçekte de hidrojen hava karşımı diğer gazlardan daha patlayıcı/yanıcı özelliğe sahiptir. Hidrojen gazı depolandığı tanktan sızabilir ve bir çatlak olması durumunda çok hızlı boşalır. Hidrojen alevi zor görülür ve hidrojen yangınıyla mücadele etmek de oldukça zordur. En çok bilinen hidrojen yangını LZ 129 Hindenburg felaketidir. Yolcuların 2/3 ile mürettebat kurtulmuş, ölenlerin büyük çoğunluğu atlayanlar olmuştur.Örnekler ve Pilot Uygulamalar
Hidrojenin taşımacılık amacıyla dağıtımı, oldukça sınırlı olarak, buna karşın büyük maliyetlerle, İzlanda, Almanya, Kaliforniya, Japonya ve Kanada`da test edilmektedir.Kapladığı alanın küçüklüğü nedeniyle, jeneratör amaçlı yakıt hücreleri kurdurmuş olan hastaneler vardır.
Kuzey Atlantik ada ülkesi İzlanda, 2050 yılında hidrojen ekonomisine geçmiş olma kararını alan tek ülkedir. Bugün için tüm taşıtlar ve balıkçı filoları için ihtiyaç duyduğu petrolün tamamını ithal eden İzlanda, sahip olduğu jeotermal ve hidroelektrik kaynakları ile hidrokarbon enerji kaynaklarından daha düşük maliyetle elektrik üretebilmektedir.
İzlanda hali hazırda sahip olduğu enerji fazlasını, ihraç edilebilir ürünlere ve hidrokarbonlara dönüştürmektedir. 2002 yılında, amonyum (NH3) üretiminde kullanılmak üzere, elektroliz yöntemi ile 2000 ton hidrojen gazı üretmiştir.Amonyum tüm dünyada üretilir ve dağıtılır. Amonyum maliyetinin %90`ını enerji oluşturur. Ayrıca İzlanda, maliyeti büyük ölçüde enerjiye dayanan, alüminyum ergitme tesisi kurmaktadır. Reykjavík`te sıkıştırılmış hidrojenle çalışan küçük bir şehir içi otobüs filosu deneme amaçlı faaliyetini sürdürmektedir [5]. Balıkçı filolarının hidrojenle enerjilendirilmesine dair araştırmalar sürmektedir.
Norveç`in bir adası Utsira`da hidrojen ekonomisinin denendiği bir pilot proje sürdürülmektedir. Rüzgar jeneratörleri ile üretilen enerjinin fazlası, elektroliz yöntemi ile hidrojene dönüştürülür ve rüzgarın yetersiz olduğu zamanlarda tekrar elektrik elde etmek üzere hidrojen gazı olarak depolanır.
İngiltere 2004 yılının ocak ayında, Londra`da iki otobüsle başladığı yakıt hücresi deneme programını 2005 yılının Aralık ayında tamamlamıştır [6].
The Hydrogen Expedition, tüm dünyanın çevresinde dolaşacak ve hidrojen yakıt hücrelerinin yapabileceklerini gösterecek, hidrojen yakıt hücresi ile çalışan bir geminin inşasını sürdürmektedir.
Batı Avustralya Planlama ve Altyapı Departmanı Perth şehrinde, Sürdürülebilir taşıma enerjisi programı için üç adet Daimler Chrysler Citaro yakıt hücreli otobüsleri ile denemelerini sürdürmektedir.Deneme 2004 yılının Eylül ayında başlamış olup, 2006 yılının Eylül ayında sona erecektir. Otobüsler proton dönüşümlü membran sistem yakıt hücresi ile çalışmakta olup, Perth`in güneyindeki Kwinana`da kurulu BP`nin bir yan ürünü olarak üretilen ham hidrojen ile denenmektedirler.
Sonuç
"Hidrojen ekonomisinin" hayata geçmesinin önündeki teknik ve ekonomik zorluklar adreslenmesinden önce, yenilenebilir enerji üretimi konusunun temel sorunlarına çözüm üretmek gerekir. Bunun sonrasında dahi, hidrojenin dünya çapında yaygın bir enerji kaynağı olup olamayacağına dair cevaplanması gereken pek çok soru vardır. Bunların başında hidrojenin üretimi, dağıtımı ve depolanması konusunda yaşanan zorluklar gelir. Bu sorunların aşılması için daha onlarca yıla ihtiyaç vardır ve hidrojen, pek çok kullanıcı için uygun ve ekonomik bir enerji kaynağı olmaktan uzak kalacaktır.Ayrıca bakınız
Linkler
- European Fuel Cell Forum - Papers by a set of fuel cell engineers, many concerning the hydrogen economy.
- 20 Hydrogen myths - Published by the Rocky Mountain Institute, a major hydrogen economy proponent.
- Transmitting 4,000MW of New Windpower from North Dakota to Chicago: New HVDC Electric Lines or Hydrogen Pipelines - Paper study comparing projected costs.
- Hydrogen Use - News about the use of hydrogen as a clean fuel.
- FreedomCAR - U.S. hydrogen powered car initiative.
- Hydrogen Pathways Program - Hydrogen transportation research and graduate program at the Institute of Transportation Studies at UC Davis.
- Hypercar Concept
- PolyFuel - Commercial methanol fuel cell technology.
- www.physicstoday.org article - Summary of avenues of research into lower-cost hydrogen production, better storage, and lower-cost fuel cells.
- Bottling the hydrogen genie - Article from The Industrial Physicist.
- Article advocating the use of nuclear power to produce hydrogen
- "Boron: a better energy carrier than hydrogen?" paper by Graham Cowan
- The Hydrogen Expedition - an organization attempting to circumnavigate the globe in a hydrogen-powered ship.
- NOVA scienceNOW - A 14 minute video of the NOVA broadcast about hydrogen fuel cell cars that aired on PBS, July 26, 2005. Hosted by Robert Krulwich with guests, Ray and Tom Magliozzi, the ``Car Talk`` brothers.
- Hydrogen Hopes - Scientific American Frontiers
- Shell`s hydrogen powered bus in Amsterdam
- Hydrogen Fuel Cell News The latest news about fuel cell technologies
- Hydrogen Refueling Stations Mapped on Platial.
- USDOE Hydrogen from Coal Research
- American Hydrogen Association non-profit association of individuals and institutions, technical and non-technical
- Angstrom Power - Commercial hydrogen fuel cell technology designed for portable devices.
- UK Low Carbon and Fuel Cell Knowledge Transfer Network
- Scientific American Magazine (July 2006 Issue) A Power Grid for the Hydrogen Economy