Gelecek Hidrojenli Otolarda mı?

28 Mayıs 2024

(Chat GPT'ye yardımları için teşekkürler)

1. HİDROJEN, TANIDIK DOST, ZOR DOST

Hidrojen, belki de ilk olarak adını talihsiz bir şekilde meşum “Hindenburg faciası” ile, yaklaşık 1 yüzyıl önce 1937'de halka duyurdu. O dönemde havacılıkta uçaklarla rekabet eden “hava gemileri” dev purolara benzer şekilli ve içleri havadan hafif bir gaz ile dolu motorlu balonlardı. Hindenburg o devir Alman sanayiinin övüncü, devrinin en ileri teknolojisi ile donatılmış bir hava gemisiydi. Okyanus aşırı seferler yapıyor ve Almanya'dan Amerika'ya uçuyordu, ki o devrin uçak teknolojisi henüz okyanus aşırı seferler konusunda işin başında ve daha gerideydi. 

O dönemde hava gemileri 2 çeşit gaz kullanıyordu Hidrojen ve Helyum. Helyum yanmaz bir gazdı, tehlikesizdi, ne var ki sadece ABD'de doğalgazdan üretiliyor ve yurtdışına satılmıyordu. Bu nedenle Almanlar hava gemilerinde yanıcı bir gaz olan Hidrojeni kullanmak zorunda kaldılar. Bu gemilerin en büyüklerinden Hindenburg kazadan önce 1936 boyunca 10 sefer yaptı, güvenle uçtu. Ne var ki 6 Mayıs 1937'de Lakehurst, New Jersey'deki iniş mahaline alçalırken birden tutuştu ve birkaç dakika içinde kül oldu. Kamuoyu Hidrojenin ne derece yanıcı bir gaz olduğunu bu talihsiz kaza ile öğrendi. Kazadan sonraki araştırmalar geminin fırtına bulutları içinden geçerken binlerce volt elektrikle yüklendiğini ve yere alçalırken bu elektriğin bir şerare yaparak boşaldığını, bu sırada balonu dolduran Hidrojeni ateşlediğini ortaya koydu. Buna rağmen gemi infilak etmedi, yanarak yok oldu.

Daha sonra Hidrojen uzay keşifleri çağında güvenle kullanıldı, birçok uyduyu yörüngeye oturtan ve uzay gemisi Apollo 11 astronotlarını 1969'da Ay'a ulaştıran roket motorlarına gereken muazzam itiş gücünü Hidrojen verdi. Uzay seferlerinin başladığı 1959'dan beri birkaç talihsiz kaza dışında Hidrojenle çalışan uzay gemileri sayısız uyduyu yörüngeye oturttu ve sayısız insanı güvenle uzaya götürüp geri getirdi. Yani Hidrojen 60 yıldan uzun süredir güvenilir bir enerji kaynağı olarak kullanılıyor. 

Bugüne ve son 100 yılın alameti otomobillere gelirsek: Bir önceki yazımızda elektrikli otomobillerin geleceğinin pek de parlak olmadığı tespitini yapmış ve “gelecek Hidrojenli otoda mı” demiştik; buradan devam edelim. Bugün piyasada 2 hidrojenli oto satılmakta ve son birkaç yıldır yollarda gezmektedir: Toyota Mirai (Japon) ve Hyundai Nexo (Kore). Bundan başka diğer şirketlerin gösterim amaçlı H-otoları varsa da satılmamaktadır.

Bu Hidrojenli otoların ortak iki özelliği e-otolar gibi pahalı olmaları ve çok az sayıda kişi tarafından satın alınmış ve kullanılıyor olmalarıdır: Toyota Mirai fiyatları 51.000 dolardan başlamakta iken Hyundai Nexo 62.000 dolardır (karş. için Tesla Model Y 51,380 dolar). T. Mirai ve Tesla arasında ciddi bir fiyat farkı yok iken H-otoların e-otolardan da az rağbet görmelerinin nedeni nedir? (yine karşılaştırma için ABD’de 17.000 H-otoya karşılık milyondan çok e-oto). E-otolar piyasadan gidiyor derken H-otolar hiç gelmeyecek mi? Bu konuyu bir incelemek gerekiyor.

Her otomobil gibi hidrojenli otolar da bir yakıt tedarik altyapısına muhtaçtır: Benzinli veya dizel arabalar için neredeyse her mahallede bulunabilecek bir yakıt istasyonu bu ihtiyacı karşılamaktadır. Elektrikli otoların yaygın olduğu ülkelerde, sorunlar olsa dahi kendince yaygın sayılabilecek bir şarj istasyonları ağı ihtiyacı karşılamaktadır, oysa H-otolara Hidrojen sağlayan istasyonlar yok denecek kadar azdır. Bu da H-otoları şimdilik cazip bir seçenek olmaktan çıkarıyor. Bu neden böyle? Çünkü talep çok az ve bir Hidrojen istasyonu açmanın getirisi pek yok. Yani sizin anlayacağınız “tavuk mu yumurtadan yoksa yumurta mı tavuktan çıkar?” sorusunun bir benzerini de burada yaşıyoruz: H-otolar niye azdır, çünkü yeterince H-istasyonu yok.. Peki neden yeterli H-istasyonu yok, çünkü H-otolar az!

Tabi mesele bundan ibaret değil, çünkü, örneğin ABD'de Hidrojenin kilosu 15 Dolar ve bu fiyatla çok pahalı bir yakıt oluyor. Ancak yenilenebilir enerji kaynakları yaygınlaştıkça bu fiyatın 3 Dolar'a ve daha aşağısına düşmesi bekleniyor. Dizel yakıtı (motorin) ve Hidrojenin kalori değerleri üzerinden yapılacak bir kıyaslama, 1 kg Hidrojen fiyatı yakl. 5 Dolar'a düşünce (Mayıs 2024 güncel fiyatlar itibariyle) günümüzdeki yakıtlarla rekabet edeceğini gösteriyor. Ne var ki şimdilik Hidrojenli oto orta ve çalışan sınıf tüketici için pek cazip değil: Otomobil pahalı, yakıtı pahalı ve yakıt istasyonu her yerde bulunmuyor.  Gelecekte bu değişecek, ama o zamana dek başka hangi ihtimaller var, onları da bir konuşalım.

Geleceğin otomobil teknolojisine giden yol çabuk ve dosdoğru olmayacak; süreç, tabir caizse, inişli çıkışlı uzun bir yoldan geçecek ve belki de birden çok teknoloji bu süreç sonucunda olgunlaşacak. Biz bunlardan bir makalenin çapı içinde inceleyebildiğimiz kadarını burada konuşmaya çalışacağız.

 

2. “HARİKA” BİYO-YAKITLAR

Geleceğin yakıtı olmaya namzetlerden biri de biyo-yakıtlardır. Tarlada kimi bitkilerin besin yerine enerji kaynağı olarak yetiştirilmesi ve bunlardan elde edilen “biyo-yakıtlar” ile teknolojik uygarlığımızı işleten makinelerin ihtiyacının karşılanması sürecinin adı “biyo-yakıtlar”. Özelde benzin yerine biyo-etanol (yani bildiğimiz alkol, ispirto) ve dizel yerine kimi bitkisel yağların kullanılması ile petrol ve ona dayanan kirliliğin ortadan kaldırılacağı iddia edildi, çünkü bu yakıtları üreten bitkiler atmosferin CO2'sini (Karbon dioksid'ini) süzüyor ve fotosentez (yani güneş enerjisi!) ile organik bileşikler oluşturuyor; onlardan üretilen yakıtların yanması ile bu CO2 tekrar fotosentezle süzülmek üzere atmosfere dönüyor ve bir devridaim oluşuyordu. Böylece atmosferde CO2 birikmesi ve bununla bağlı olduğu iddia edilen küresel ısınmanın önlenmesi sağlanacaktı. Yani nereden bakarsanız bakın Yeşilci politikalar açısından harika bir sistem idi: Enerji kaynağı güneş, CO2 devridaimi ve organik ürünlerle yürüyen bir teknoloji. Ama bu harika sistemi bir incelemek gerekiyor.

1976'da Brezilya hükümeti bir karar alarak ülkede satılan benzine %10-22 oranında etanol (alkol) karıştırılmasını zorunlu kıldı. Esasen etanol ya da onun kimyasal kardeşi metanol, benzinin motorlarda erken tutuşarak “vurma” denen sarsıntı, tepme ve verim düşüklüğü yapmaması için tüm dünyada benzine katılır. 2006'ya dek bu işi “kurşun tetraetil” denen bir kimyasal yapıyor ve halk arasında “kurşunlu benzin” denen bir yakıt otolarda kullanılıyordu. Benim gibi biraz yaşı olanlar o dönemin iğrenç kokulu benzinini hatırlar. Bunun sebebi kurşun tetraetil idi. Çevreye verdiği zararlar ve kronik kurşun zehirlenmesine sebep olduğu anlaşılınca tüm dünyada yasaklandı ve aynı işi yapan alkol benzine katıldı. Bugün aldığınız benzinin içinde de %5-10 oranında alkol vardır. 

Ama Brezilya hükümeti, petrol bir ithal ürün olduğu için ve bu da ülke ekonomisine yük getirdiğinden, öte yandan Brezilya'nın geniş arazilerinde şeker kamışı ekimi yapılıp bundan da çok miktarda alkol üretildiğinden yerli bir ürünle petrol ithalatını kısıtlamak, ikame etmek istedi ve benzine alkol katkısını zorunlu kıldı. Sonuçta alkol, benzin kadar yüksek kalori vermese de içten yanmalı motorlarda yanabilir ve hareket sağlar.

2003'te Brezilya otomotiv sanayii “flex” (değişken) otoları piyasaya sürerek bu konuda bir devrim yaptı. “Flex” otoların özelliği değişken benzin alkol karışımlarını (%100 alkole varana dek) yakmasıdır. Aracın deposunu analiz eden bir elektronik çip konan yakıttaki benzin – alkol karışım oranını hesaplar ve motora buna göre gerekli ayarlamaları yapması talimatını gönderir. İşlem, sürücü müdahil ya da farkında olmadan otomatik işler. Böylece flex otolar, akla gelebilecek her karışımla düşmeyen bir motor verimi elde eder. 

Flex otolar Brezilya oto pazarında %90'ı aşan pay elde edip büyük ticari başarı sağlayınca bunun haberi tabi ki tüm dünyada duyuldu ve Yeşilci çevrelerde heyecanla karşılandı. Brezilya'nın yaptığını niçin diğer gelişmiş ülkeler yapamasındı? Herkes kademeli olarak “fosil yakıtlardan” (petrol) “biyo-yakıtlara” geçebilir, bu “kirli” ve “çevre için felaketli” dönemi kapatabilirdi. Ama bu olamadı; sebebine bir bakalım.

Her şeyden önce Brezilya sıcak ve yağışlı bir iklim bölgesinde geniş arazilere ve nispeten az bir motorlu araç filosuna sahipti: 2022 rakamlarıyla yakl. 47 milyon motorlu araç. Hemen hemen aynı genişlikte araziye sahip ABD'de ise 283.4 milyon motorlu vasıta vardı; diğer bir gelişmiş sanayi ülkesi olan Almanya'da bu sayı 48 milyon idi. Amerika'nın 300 milyona yaklaşan motorlu vasıtaları için mısırdan alkol ve soyadan yağ ile benzin ve dizel ihtiyacını karşılamak için gerekli araziyi Chat GPT'den hesaplamasını istediğimde çıkan sonuç:

  • Benzinli araçlara gereken alkol için Amerikan ekilebilir arazisinin %66'sının mısır tarımına

  • Dizel araçlara gereken biyo-dizel için ekilebilir arazinin %100'ünün soya tarımına ayrılması gerekiyor.

Yani ekilen araziden de fazlası sadece yakıt üretimine gerekiyor, ki gıda üretmeye hiç alan kalmadığı gibi fazladan tarım alanının nereden bulunacağı da bilinmiyor. Biyo-yakıt Amerika için müflis bir projedir.

Aynı hesapları Avrupa'nın lider ekonomisi Almanya'ya uygularsak, sadece biyo-dizel üretimi için Alman tarım alanlarının 2 katı gerekmektedir; yani Almanya için de bu olabilecek bir şey değildir.

Diyelim ki, biyo-yakıt üretimini güneyin tarım arazileri geniş ülkelerine kaydırdık. Bunun için Chat-GPT ile yaptığımız bir hesapta ortaya çıkan:

  • Dünya dizel yakıt tüketimi yıllık 900 milyon ton (2022 rakamları)

  • Bu miktar yakıtı palmiye yağı ile üretmek için 2 milyon km2 araziyi palmiye plantasyonu haline getirmek gerekiyor.

  • Güney ülkelerinde tarımsal arazi ancak kendi nüfuslarını besleyecek üretim yaptığından tarlaların bir kısmının biyo-yakıt üretimine ayrılması mümkün değildir. Bu durumda ormanlık arazide yakarak – keserek tarla açılacaktır.

  • Çin Hindi ve Endonezya'daki toplam orman alanı 1.1 milyon km2 ve Amazon orman alanı 5.5 milyon km2'dir. Bu durumda bio-dizel için Çin Hindi – Endonezya ormanlarının tamamını ve ilaveten Amazon ormanlarının yaklaşık 1/5'ini kesmek, tarla açmak gerekiyor.

  • Daha benzin eşdeğeri alkol üretimine girmedik. Ve milyonlarca km2 ormanları keserek biyo-yakıt tarlası açmak olacak şey değildir!

Olacak şey değildir, ama bu yapılmaya kalkışıldı: 2010'ların başında biyodizelin özendirilmesi sonucu dünyada birden artan palmiye yağı ihtiyacı sonucu Endonezya'da binlerce km2 orman kesildi ve yakıldı, yerine palmiye plantasyonları dikildi. Bunun sonucu bu ormanları vatan edinmiş Orangutan maymunlarının nesli tükenme noktasına geldi!

Biyo-yakıt, ülkemiz için kendi gıda ihtiyacımızı ve ihracatımızı karşıladıktan sonra artan boş arazileri değerlendirmek için düşünülecek bir kalemdir. Toplam yakıt ihtiyacının az bir bölümünü ancak karşılayabilecektir. Gıdada kendine yeterliği çoktan kaybettiğimiz gözönünde bulundurulursa Türkiye yakıt ihtiyacının %10-20'sinin biyo yakıtlarca karşılanmasına daha uzun yıllar var demektir. Biyo-yakıt konusunu bir istisna ile burada kapıyoruz. O istisnaya geleceğiz. 

 

3. SIKIŞTIRILMIŞ DOĞALGAZ: CNG

2000'li yılların başından itibaren Türkiye'de ucuz bir yakıt alternatifi olarak LPG yaygınlaşırken bazı başka ülkelerde başka bir yakıt benzin ve dizele alternatif olarak yaygınlaştı: Sıkıştırılmış doğal gaz ya da CNG (compressed natural gas). LPG ya da mutfakta kullanılan tüpgazın içeriği olan bütan ya da propan kolaylıkla sıvılaştırılarak ev ya da araç tüplerine doldurulabilir. Bu gazlar petrolün rafineride tasfiyesi sırasında %2-3 oranında açığa çıkar, bir miktar da doğalgaz işlenirken elde edilir. Eskiden rafineri bacalarında yakılır ve rafineri manzarasının ayrılmaz parçası “meşale baca”ları oluştururlardı. Daha sonra yeni kullanım usulleri bulundukça yakılmaktan vazgeçildi; mutfak ve araçlarda kullanıldı.

CNG'ye gelince: Onu oluşturan  doğalgazın %99'u metan gazıdır ve onu sıvılaştırmak çok zordur. Bu nedenle CNG'li araçlarda depo olarak 200 atmosfer basınç altında doğalgazı saklayan karbon ya da cam elyaflı tanklar kullanılır. Geri kalan herşey tipik bir dönüştürülmüş LPG'li araçtaki gibidir. CNG'li araçlar da sonradan bu yakıtı kullanmak için dönüştürülmüş benzinli motorlarca yürütülür ve çift yakıtlıdır, gerektiğinde benzin kullanabilir. Bazı oto fabrikaları orijinal CNG'li araç da üretirse de bunların sayısı azdır.

LPG'ye nazaran çok daha yüksek basınç altındaki depolarıyla CNG'li araçlar akla hemen bir güvenlik ve yangın sorununu getirebilir, ama bu sistem de LPG, benzin ya da dizel kadar güvenlidir, tabi bir aracın yanması ihtimali bunların hiçbirinde %0 değildir! CNG yakıt sistemi çifte güvenlik valfiyle donatılmıştır. Bir valf içeride basınç belli değeri geçince açılır ve fazlalığı dışarı savar, diğeri ise ısıya duyarlıdır; ısı yangın ya da başka nedenle belli değeri aşarsa tamamen açılır ve depoyu boşaltır. Bu yolla patlama ihtimali engellenmiş olur. CNG kaza ve yangınlarında patlama çok nadirdir, araç yanabilir ama infilak etmez.

 

Tüm dünyada 23 milyon CNG'li araç bulunmaktadır. En çok CNG'li araca sahip ülke 4 milyon aracıyla (2011 verileri)  İran'dır; zengin doğalgaz kaynakları nedeniyle bu şaşırtıcı değil tabi. Bunu Pakistan (yakl. 3 milyon), Arjantin (2 milyon), Brezilya (1.7 milyon), Hindistan (1 milyon) ve Uzakdoğu ülkeleri (toplamda 5.7 milyon) izler. Bu rakamları vermekten amaç CNG'li otoların 3. Dünya ülkelerinde güvenle kullanıldığını ve emniyet için mutlaka ileri teknolojik bir ortam gerekmediğini vurgulamaktır.

Son dönemlerde alışılmış doğalgaz yataklarına “kaya gazı” gibi yeni teknolojilerle üretilen yeni kaynakların eklenmesi, hatta gelecekte okyanus diplerindeki çok zengin “gaz hidrat” yataklarının da devreye alınacak olması doğalgazın liderlik devrinin daha uzun müddet süreceğini gösteriyor. Öte yandan doğalgaz yanınca oluşan atmosfere CO2 salımının kömüre nazaran yarı yarıya, petrole nazaran da %30 az olması onu çevreci hareketler ve politikalar nezdinde de itibarlı yapıyor. Dolayısıyla doğalgaz daha uzun süre kullanılacak gibi görünüyor. Aynı nedenle doğalgaz yakan CNG'li taşıtların da bir geleceği var.

CNG'li taşıtlar ülkemizde şimdiye dek pek yaygınlaşmadı, bunun nedeni LPG'nin ucuz bir  yakıt alternatifi olarak yeterli görülmesi olabilir.  Ne var ki CNG ondan daha da ucuzdur. Bugün 1 litre LPG (Mayıs 2024 fiyatlarıyla) 20.-TL civarıdır. Bunu kilograma çevirirsek 1 kg LPG 40.-TL'ye malolmaktadır (LPG sudan %50 daha hafiftir, litresi 0.5kg çeker). İGDAŞ'ın sattığı doğalgazın (aynı tarih) fiyatı kg. üzerinden hesaplandığında 1 kg. doğalgaz parekende tüketiciye 7.70 TL'ye gelmektedir.  Bu yakıtların kalori değerleri birbirine yakın olduğundan (kg.da 12-14 bin kcal) hesabı ağırlıklar üzerinden yapmakta sakınca görmedik.  Elbette bir CNG istasyonu gazı aldığı fiyata satacak değildir. Yeri gelmişken biraz da bir CNG istasyonundan bahsedelim. Türkiye, Avrupa ülkeleri ve kuzey Amerika ya da yaygın gaz dağıtım boru ağı olan birçok ülkede doğalgaz CNG istasyonuna tankerle gelmez, boru hattından gelir. İstasyon bu gazı bir kompresör ünitesiyle 200 atmosfere sıkıştırır ve yakıt dağıtan pompalara gönderir. Bu nedenle doğalgazın boru teslim fiyatını örnek verdik. CNG istasyonu bunun üzerine %100 kâr koysa dahi yakıt tüketiciye çok daha ucuza gelecektir.

Ancak bu halde dahi, doğalgazın çoğunu Türkiye olarak dışarıdan ithal ettiğimizden sonuçta pahalı bir enerji dışa bağımlığını ucuz bir diğeriyle değiştirmiş olacağız. Bu konuya bir bakmakta yarar var. 

 

ALMANYA, İNEKLER, GAZ VE SAİR

Johann Sedlmeier, Almanya'nın önde gelen biyogaz uzmanlarından biridir. 1980'li yıllarda Triesdorf Tarım Öğretim Kurumları'nda bir biyogaz tesisi tasarladı. Bugün bu tesis bir teknoloji anıtı ve küçük bir müze olarak hizmet veriyor. Ancak o zamanlar her şeyden önce devrim niteliğindeydi.  "Bu ilk dönem kesinlikle parayla ilgili değildi, idealizmle ilgiliydi” der Sedlmeier,

 

İlk biyogaz tesisleri bir inek işkembesinin çalışma prensibini bir bakıma taklit etti. 1980'li yıllarda yanıcı metan ürettiler. Ancak, bu enerji üretim biçimi başlangıçta birçok yerde sadece “o..ruktan bir fikir” olarak küçümsendi, birkaç meraklının bir saçmalığı olarak görüldü.

Ancak o zamanların öncüleri, sığır gübresinden enerji elde edilebileceğine inandılar; maceracıydılar. Başarıları onları haklı çıkardı: O dönemde bile 130 ineği olan bir çiftçi, günde 100 metreküp biyogaz üretiyor ve bununla yaklaşık 70 litre kalorifer yakıtını ikame edebiliyordu. Ancak o dönemde petrol ve doğalgaz nispeten ucuzdu - bu yüzden biyogaz yalnızca birkaç çiftçinin ilgisini çekiyordu. İşlenen gübre, fermantasyondan sonra daha az koksa da bu durumu pek değiştirmedi!

Buna rağmen bu fikir tuttu ve yayıldı; yıllar geçti. Bugün Almanya'da yaklaşık 9.600 biyogaz tesisi, 5.600 megavattan fazla elektrik üretiyor. Bu tesisler, dokuz milyondan fazla haneye yetecek kadar elektrik sağlıyor ve Almanya'nın elektrik tüketiminin yaklaşık yüzde 5,4'ünü karşılıyor. Buna ek olarak, biyogaz tesislerinin ürettiği ısı, 2,5 milyondan fazla haneye yetecek kadar olup, üretilen yenilenebilir ısının yaklaşık yüzde 10'unu oluşturuyor.

 

Yukarıda bahsettiğimiz istisna buydu.

Biyogaz, tarımsal atıklar, gübre, kentsel atıklar, bitki materyali, kanalizasyon,  gibi organik ham maddelerden üretilen gaz halinde bir yenilenebilir enerji kaynağıdır. Biyogaz, anaerobik bir fermanter (mayalanma-çürüme kazanı) içinde anaerobik organizmalar ile   üretilir. Gazın bileşimi esas olarak metan (CH4) ve karbondioksit (CO2) olup, küçük miktarlarda hidrojen sülfür (H2S), nem ve diğer organik gazlar içerebilir.

Oran olarak:

Metan (50-85%)

Karbon dioksit (5-50%)

Nem (0-10%)

Hidrojen  (0-1%)

Karbondioksit ve hidrojen sülfürün arıtılmasının ardından, biyogaz doğal gazla aynı şekilde sıkıştırılabilir ve motorlu taşıtları çalıştırmak için kullanılabilir. Örneğin, İngiltere'de biyogazın yaklaşık %17 oranında taşıt yakıtını sağlama potansiyeline sahip olduğu tahmin edilmektedir. Ve bizim için önemli olan budur. Almanlar biyogazı doğalgaz şebekesine karıştırarak birlikte kullanmaktadır. Diğer bileşenlerden arındıktan sonra biyogaz kökenli metanın diğer kaynaklardan gelen metandan farkı yoktur. Böylece ülkeye ithal edilen doğalgazın hiç olmazsa %10-20'lik bir bölümü yerli imkanlarla karşılanabilir. Ama yerli imkanlar bununla bitmedi.

 

“KOKTEYL” GAZ: DOĞALGAZ + HİDROJEN

Almanya'da 2021'den beri Öhringen'de (Baden-Württemberg eyaleti) yerel doğalgaz şebekesine Hidrojen gazı karıştırılmaktadır. %5-10 gibi oranlarla başlayan karıştırma şu sıra %30'a yükseltilmiş bulunuyor. Bu yeni karışım bölgedeki sanayi tesisleri ile evlerdeki ocak, kombi, ısıtıcı vs. gibi ev gereçlerinde sorunsuz kullanılmaktadır. Yapılan araştırmalar 500.000 km uzunluktaki Alman gaz şebekesine Hidrojen gazı karıştırılmasının bir sorun oluşturmayacağını göstermekte. Almanlar gelecekte Hidrojen oranını %100'e çıkararak doğalgazda dışa bağımlılığı bitirme niyetindeler.

Gerçi doğalgaz şebekesine Hidrojen beslemenin kullanılan boru malzemesine olumsuz etkisi olacağı, kaçak ve sızmaları artıracağı, şebekeyi bozacağı gibi itirazlar yapılmışsa da 1800'lerde başlayıp 1970'lere kadar birçok ülke ve Türkiye'de şehirleri ısıtan ve (elektrikten önce) aydınlatan, halk arasında “havagazı” denen şehir gazı, gazhane denen tesislerde kömürden üretiliyor ve yakl. %50 civarında hidrojenden oluşuyordu. Bizden 1-2 nesil öncekiler bu gazı iyi hatırlar ve o zaman ondan tek şikayetleri “basıncın düşük olması” ve akşam yoğun kullanım saatlerinde ocakları yakmaya yetmemesiydi. Gaz, bugünün doğalgaz şebekesine kıyasla o çağın daha mahdut teknolojik imkanları ile üretilmiş, pik ve yumuşak demirden borulardan akıyor, aynı mahdut teknolojiyle üretilmiş gereçlerde yanıyor ve bu bir sorun teşkil etmiyordu.  



YENİLENİR ENERJİLER – YA DA “KEYFİ İSTERSE” ENERJİLER

Gaz şebekesine Hidrojen karıştırmak şimdi nereden icap etti, ya da neden önemlidir? Zira giderek artmakta olan ve “yenilenebilir enerji kaynakları” denen rüzgar, güneş ve dalga enerjilerinin bir kötü huyu vardır: Rüzgar kendi istediği gün ve saatlerde eser, sizin enerji ihtiyacınızı dikkate almaz. Güneş ve dalga enerjisi de böyle; zaten güneş enerjisi gece hiç yoktur, ertesi gün bulutlu bir gün ise yine yoktur, sizi günler, hatta haftalarca bekletebilir. Böyle birşeye modern teknolojik uygarlık hiç alışkın değildir; biz düğmeye bastığımız anda ışıkların yanmasını, makinelerin şalterini çevirdiğimiz an çalışmasını istiyoruz. Enerji her an hazır olmalıdır. Ama yenilenir enerjiler böyle değildir ve onların bu “keyfiliğini” modern bir enerji şebekesi belli bir orana dek kaldırabilir, kalan   enerji ise alışılmış enerji kaynaklarından gelmek zorundadır. Ama bu şimdinin yeşil politikalar peşindeki hükümetleri ve diğer Yeşilci Çevreci hareketlerin hiç hoşuna gitmez; onlar “fosil yakıtlardan” gelen enerjilerin biran evvel bitirilmesini ve %100 yenilenir enerjilere geçişi istiyorlar! İşte bunun olması için enerjinin saklanması ve ihtiyaç halinde kullanımı gerekiyor.  

Halihazırda bu sorun, yedekte alışılmış enerji kaynakları bekletmek ve yenilenirler sustuğunda bu eskilerle şebekeyi beslemek şeklinde hallediliyor. Ama bunun mükemmel bir çözüm olduğu söylenemez, zira böyle yapan Almanya tüm Yeşilci çabalarına karşı hala Avrupa'nın en büyük CO2 salıcısı olmaya devam ediyor. Ama bunlar şimdilik konumuz dışı. Konumuzla ilgili olan ise şu: Bu enerjileri biriktirmek gerek. Ve bunun için eldeki imkanlar sınırlıdır.

 

ENERJİYİ BİRİKTİRMEK: YERALTI MAĞARALARINDA...

İlk akla gelen, enerjiyi dev bataryalarda biriktirmek ve gerektiğinde şebekeye vermektir. Bu amaçla Tesla tarafından Kaliforniya'da inşa edilen öncü bir tesis olan Moss Landing Batarya Tesisi 3 GWh kapasitededir ve 560 milyon Dolar'a maloldu. Peki bu dev batarya Kaliforniya'da elektrikler kesildiğinde ne süre şebekeyi besleyebiliyor? Cevap: Sadece 22 dakika! Oysa yenilenir enerjiler çağında bize haftalarca dayanacak kapasite gerekiyor; maliyetini siz düşünün...

Şu an çok uygulanan diğer bir yöntem barajları dev aküler gibi kullanmaktır (Pumped storage hydroelectricity = hidroelektrik pompalı depo). Bu barajların hidroelektrik santralleri 2 yönlü çalışır: Enerji bolluğunda suyu yukarı, baraja pompalarlar ve enerji yokluğunda bu suyu geri salarak bundan elektrik üretirler. Bu sistemin verimi %70-80 civarıdır. Yani gönderdiğiniz 100 birim enerjinin en fazla 80'ini geri alırsınız. Halihazırda tüm dünyadaki enerji depo kapasitesinin %95'i bu şekildedir. Bu şekildeki baraj kapasiteleri tüm dünyada yanyana geldiğinde 1.6 Terawatt-saat dev bir enerji havuzu teşkil eder; ne var ki bu sistem tüm dünyayı ancak 33.2 dakika besleyebilir. Öte yandan yeterli yeni baraj alanı bulmak zordur, alan bulunduğunda yukarı-aşağı hareket ettirecek milyonlarca metreküp su bulmak ise başka sorundur, özellikle Türkiye gibi su kıtlığı çeken ülkelerde! 

Enerji biriktirme konusunda çok gelecek vadeden bir başka seçenek de “ısı bataryası” (thermal battery) ya da bazan “kum bataryası” (sand battery) denen sistemlerdir. Yapısı çok basit bu sistemlerde dışarıdan ısısı tecrit edilmiş dev bir kum yığını yenilenebilir kaynaklardan gelen elektrikle çalışan ısıtıcılar tarafından 600-900° C'ye dek ısıtılır. Daha sonra bu ısı kanalize edilerek evlerin ısıtılması, sanayi ısısı vs. gibi amaçlarla ısı kaynağı olarak kullanılır. Isı olarak kullanımda sistemin verimi %100'e yakındır. Dahası sistemi ilk geliştiren Finli şirket “Polar Light Energy” kumun aylarca ısısını kaybetmeyeceğini, yazın “doldurulan” kum bataryasının bütün soğuk kuzey kışı boyunca dayanacağını ve bir mahalle ya da kasabayı rahatça ısıtacağını vadetmekte.  Ama bu ısıdan elektrik elde etmek isterseniz durum değişir, çünkü verim %50'nin altına düşer!

Tesla patronu Elon Musk ise her zamanki atılgan tarzıyla kendi Lityum-ion bataryalarına dayalı enerji sistemini övüyor ve satışlarının Tesla e-otoları bile geçeceğini söylüyor: “Pedal to the metal” yani “gazı kökleyin” diyor. Belki haksız değil, çünkü bataryalar %90'a yakın bir verim ile diğer tüm sistemlerin üstüne çıkıyor. Ne var ki, Lityum-iyon teknolojisi hem çok pahalıdır, hem de e-otolardan bildiğimiz gibi “birden tutuşmak” gibi kötü bir huya sahiptir. Ve 250 MW gücündeki dünyanın sayılı büyük enerji bataryalarından olan San Diego Kaliforniya’daki Gateway tesisi de geçenlerde birden tutuşuverdi. Yangın 5 gün sürdü, bu süre zarfında 2 kere söndürüldü ve tekrar tutuştu (ki bu fena huyu biz tutuşan e-otolardan biliyoruz) ve tesiste ağır hasara neden oldu.

Bu süre zarfında Almanlar sakin ama kararlı bir şekilde Hidrojen araştırmalarına devam ettiler ve Hidrojen üretim kapasitelerini artırdılar. Hidrojen yenilenebilir kaynaklardan gelen elektrik enerjisi ile suyun “elektrolizi” sonucu elde edilir. Elektroliz sudan elektrik geçirmek suretiyle su moleküllerinin (H2O) Hidrojen ve Oksijene parçalanmasıdır. Oksijen genelde havaya salınır, Hidrojen ise kullanılmak üzere depolanır. Alman elektroliz kapasitesi Ağustos 2023'te 62 Megawatt'a ya da günde 24.5 ton Hidrojene çıktı. Alman planları 2030'da bu kapasiteyi 8.7 Gigawatt ya da günde 3400 ton Hidrojene çıkarmayı hedefliyor. Amaç nedir?

Amaç düzensiz olarak üretilen yenilenir enerjinin hidrojene çevrilerek yeraltındaki mağara ve boşluklarda depolanması ve bundan düzenli enerji üretimidir. Almanlar bunun için denemelere başladı. Krummhörn'deki bir mağaraya yüksek basınçta Hidrojen gazı doldurma deneyleri yapılıyor. Burası Almanya'nın altında çok zengin damarlar halinde bulunan kayatuzunun su basarak eritilmesiyle oluşmuş bir mağara. Almanya bu mağaralardan gelecekte çok sayıda oluşturarak Avrupa'nın Hidrojen deposu haline gelmeyi planlıyor. Ama yeraltındaki herhangi bir başka mağara ya da süngersi-delikli kaya oluşumu aynı görevi görür.

 

HİDROJEN TEKRAR SAHNEDE...

Yavaş yavaş yazımızın sonuna geliyoruz. Başlarken, geleceğin otomobil teknolojisine giden yol çabuk ve dosdoğru olmayacak; süreç, tabir caizse, inişli çıkışlı uzun bir yoldan geçecek demiştik. Uzun incelememizin sonunda yine karşımıza Hidrojen çıktı. Önce bir tespit: Bugünün yaygın Hidrojen elektroliz makinelerinin verimi %65-67'dir. Yani 100 birim elektrikle elde ettiğiniz Hidrojende yakl. 66 birim enerji vardır. Bu da dönüşüm sırasında 1/3'lük kayıp demektir. Alışılagelmiş kaynaklardan üretilen elektrik asgari kayıplarla doğrudan tüketiciye sunulurken yenilenebilir kaynaklardan gelen enerjinin biriktirilmesi ihtiyacı onun Hidrojene dönüştürülmesini zorunlu kıldı. Bu durumda Hidrojeni tekrar elektrik üretiminde kullanmak, en iyi şartlarda dahi bir 1/3’lük kayıp daha demektir; geriye kalan son 1/3'ü tekrar elektrik olarak şebekeye vermek büyük israf olacaktır. Bir misalle açıklarsak, delikli kova ile su taşırken kaynaktan doldurduğunuz suyun 2/3'sini yollarda dökerek zayi etmek ve kalan son 1/3'ini eve getirmek gibi bir şeydir ve büyük güç israfıdır. Bu nedenle bu Hidrojenin direkt olarak kullanıma sunulması gelecekte tercih edilecektir.

Yenilenebilir enerji kaynakları arttıkça ve ülkelerin enerji girdilerinde daha büyük dilimler aldıkça kaçınılmaz olarak büyük bir Hidrojen stoku elde birikecek ve harcanması gerekecektir. Hidrojenin doğalgaz şebekesine giderek artan oranlarda pompalanması bu nedenle başlamıştır ve yayılacaktır. Hidrojen mevcut gaz şebekesinde giderek daha çok oran tuttukça bugünün doğalgaz kullanan aletlerinin de buna uyum göstermesi gerekir. Bu konuda birçok ülkede sanayiler harekete geçti bile. Ev gereçleri olarak “Hidrojene hazır” (Hydrogen ready) ocaklar, ısıtıcılar, şofben ve kombiler piyasaya giriyor. Bu aletlerin özelliği şimdilik doğalgazla çalışmaları, ama şebekede giderek artan Hidrojene (%100'e varana dek) uyum göstermeleridir. Aynı şey CNG'li taşıtlardan da beklenecek; daha doğrusu bu taşıtlar artan oranlarda Hidrojene uyumlu olarak çalışacak şekilde üretilecektir. Bir müddet önce bunun bir benzerini Brezilya “flex – oto” teknolojisiyle başarmış ve bundan yukarıda bahsetmiştik. Yani benzer şekilde yeni “flex-CNG'li otolar” değişen doğalgaz – Hidrojen karışımları yakarak otomobil sanayiinin yeni gözdesi olabilir. Aslında bu teknoloji yeni bir şey değil. “HCNG” ya da “H2CNG” teknolojisi yıllardır biliniyor ve otomobiller bu karma yakıtla (%20-50 Hidrojen ve geri kalanı doğalgaz) çalıştırılıyor. Sistem şimdilik çok yaygın değil, ama uygun mecra bulduğunda yayılacak.

Hidrojenin bir dezavantajı, ağırlık olarak tüm yakıtlardan daha yüksek enerji taşımasına rağmen hacim olarak doğalgazın 1/3'i enerji taşımasıdır. %100 Hidrojen kullanımında bu dezavantaj 2 şekilde giderilebilir: Ya CNG'li otolara konan 200 atm. basınçlı depolardan 3 tanesi bu araçlara konur ya da depo basıncı 600 atmosfere çıkarılarak aynı hacme 3 kat fazla Hidrojen stok edilir.

 

PAHALI TEKNOLOJİLER VE ADI DUYULMAMIŞ METALLER

Bir başka sorun günümüz H-oto teknolojisinin “yakıt hücresi” denen yarı batarya yarı ocak diyebileceğimiz bir düzenekle çalışması ve yaktığı Hidrojenden doğrudan elektrik elde etmesidir. Yıllardır uzay araçlarında elektrik üretmekte kullanılan bu teknoloji çok gelişmiştir, ne var ki her gelişmiş teknoloji gibi çok pahalıdır. Bir H-otonun yüksek fiyatının çoğu yakıt hücresinden (20.000-40.000 dolar) gelirken, yakıt hücresi fiyatının önemli bölümü içinde kullanılan nadir metallerden geliyor. Bir yakıt hücresi içinde Platin, Kobalt, Nikel, Lantan ve Paladyum (son ikisinin adını duymuş muydunuz?) bulunmaktadır. Şimdiki teknolojiyle yeryüzündeki 1.5 milyar motorlu aracı yakıt hücreli hale çevirmeye bu nadir metaller hiçbir zaman yetmez. Ucuz ve bol maddelerle üretilebilecek yakıt hücre teknolojileri ise şimdilik bilim ufkumuz dışındadır. O halde?

İngiliz iş ve inşaat makineleri üreticisi JCB dev inşaat ve madencilik makineleri için Hidrojen motorları geliştirme işine çoktandır başladı. Amerikan Cummins dizel motor fabrikaları ve diğerleri de aynı yolu tuttu ve ilk deneysel ürünleri hazır. Bugün 1.5 milyar civarındaki tüm dünyaya yayılmış motorlu araçlar yerleşik bir teknolojiye dayalı olarak güvenle çalışıyor; her yıl milyonlarca yeni içten yanmalı motor üretiliyor. Bu motorların bakım onarımı için her ülkede yetişmiş insan gücü var. Demek ki içten yanmalı motorlar ve Hidrojen yakın geleceğimizin otomobil teknolojisini oluşturacak. 

SONUÇ NİYETİNE

Uzun yazımızda aslında çok daha uzun ve etraflı bir konuyu mümkün olduğunca özetlemeye çalıştık. Yine birçok parametreyi dikkate alarak bir gelecek kestirimi yapmaya çalıştık; elbette eksik bıraktığımız şeyler vardır. Analizimizde teşvik ve yasaklarla belli bir teknolojiyi zorlamak gibi uygulamaların bir yere varmadığını, bugünün e-oto pazarındaki sert sarsıntıları gözlemleyerek tespit ettik. Şunu bir kural olarak bu konuda güvenle söyleyebiliriz:


- Yasa ve devlet gücüyle belli bir teknolojiyi zorlamak yasa ve devlet gücüyle belli bir hayat tarzı, kültür ya da düşünce biçimini zorlamak kadar başarılı olur!

Geleceğin teknolojisi mümkün olduğunca piyasa dinamikleri içinde, “en hesaplı ve en iyi” alternatiflerin ön plana çıkmasıyla oluşacak. Bu süreçte yerleşik teknolojileri ve altyapıları iyi kullanan seçenekler de öne geçecek.  Muhtemelen geleceğin oto teknolojisi birden çok enerji kaynağı ve yakıta dayalı olacak; en azından bir müddet çeşitli teknolojiler yan yana birbiriyle rekabet edecek. Elektrikli taşıtların da, beklendiği kadar geniş olmasa da burada belli bir alanı işgal edeceğini düşünüyoruz. 

Bir başka dikkate aldığımız konu, çok gelişmiş teknolojiler üretmeye kalktığınızda bunun, toplumun geniş kesimleri, çalışan ve orta sınıflar tarafından alınamayacak ölçüde pahalıya gelmesinin önlenmesi gereğidir. Bugünün e-otoları ve H-otolarının yayılamama sebebi budur; çünkü birindeki batarya, diğerindeki yakıt hücre teknolojisi çok pahalıdır; dahası nadir ve pahalı metaller kullandıklarından, teknoloji yayıldıkça ve üretim çapı büyüdükçe maliyetlerin düşmesi ihtimali pek yoktur; zira talep arttıkça bu nadir metallerin fiyatları yükselecek ve madencilik işkolu bunları hiçbir zaman kitlesel üretime yetecek düzeyde çıkaramayacaktır. Geleceğin teknolojileri bol ve ucuz bulunan kaynaklara dayalı olmak zorundadır. Tesla bataryalarına tek makul seçeneği piyasaya süren “sıcak batarya” üreticisi Ambri'nin patronu Donald Sadoway'in söylediği gibi:  “Eğer onun toz toprak kadar ucuz olmasını istiyorsanız, toz topraktan yapın.”

Yine dikkate alınan bir konu geliştirdiğiniz teknolojinin mümkün olduğunca yerli kaynaklara dayanması gereğidir; özellikle de yerli enerji üretimine. Türkiye'nin en büyük dış ticaret ve ticaret açığı kaleminin enerji olduğu dikkate alınırsa (Türkiye'nin enerji ithalatı tahmini 2024'te 77,3 milyar dolar, 2025'te ise 76,3 milyar dolar) yerli enerji üretiminin ve bu meyanda yenilenir enerjilerin önemi açığa çıkar. Almanya'nın yenilenir enerjiler ve Hidrojen araştırmaları bu manada bizim için önemlidir. Güçlü bir iç sanayi için yıllar evvel Necmettin Erbakan'dan dinlediğim şu sözler hala geçerliğini sürdürüyor: “En pahalı mal ithal maldır; daha ucuza gelse de. Demek ki üretebildiğimiz her şeyi burada, içeride üreteceğiz.” 

Sanırım bu sözlere katılmayacak kimse yoktur. Teşekkürlerimle.


KAYNAKLAR:

 

Yeni yorum ekle

Plain text

  • Hiç bir HTML etiketine izin verilmez
  • Web sayfası adresleri ve e-posta adresleri otomatik olarak bağlantılara dönüşür.
  • Satır ve paragraflar otomatik olarak bölünür.

İstatistikler

Bugün Toplam Toplam
0 kez görüntülendi. 113 kez görüntülendi. 0 yorum yapıldı.