Hidrojen: Geleceğin Yakıtı mıdır?

"Enerjinin Kontrolü" başlıklı yazımın sonunda hidrojenin geleceğin yakıtı olmaya aday olduğunu söylemiştim. 

Son zamanlarda bahsini çok duyar oldum gerçekten. Ben de merak ettim ve araştırdım:

Nedir bu hidrojen, ne işe yarar, nasıl elde edilir?

Hidrojen gazını lisedeki kimya dersinden biliyorum, suyu oluşturan iki ana elementten biri, kimyasal formülünü H2O olarak bildiğimiz su molekülü iki tane hidrojen ve bir tane oksijen atomunun kimyasal olarak birleşmesinden meydana gelmiş. 1766 yılında İngiliz bilim insanı Hanry Cavendish çinko ile hidroklorik asitin kimyasal reaksiyonundan ilk defa Hidrojen gazı elde etmiş. Hidrojen 1869 yılında Rus kimyager ve mucidin yayınlamış olduğu periyodik cetvelin ilk elementi olur, periyodik tabloda en hafif elementtir, tek bir protonu ve tek bir elektronu vardır. Serbest olarak iki hidrojen atomunun birleşerek oluşturduğu hidrojen molekülü gaz halinde bulunur. Renksiz bir gazdır, kimyasal gösterimi "H2"dir. Havadan hafif olduğu için uçucu bir gazdır. Adını Yunanca "su yapan" anlamındaki "idrogono" sözcüğünden almıştır.

Küçükken evde kendimce deneyler yapmayı severdim, sanırım ilkokul çağındaydım, herhalde bir dergide okumuştum nasıl uçan balon yapılacağını.

Evlerde o zamanlar temizlik için kezzap kullanılırdı. Bizde de sürekli bulunurdu. Yazıda hatırladığım kadarıyla kezzap içine çinko atarsak uçan balon yapabiliriz diye yazıyordu. Annem oğlum o şişedeki tehlikelidir dese de nereden buldum hatırlamıyorum, bulduğum bir çinko teneke parçasıyla evdeki kezzap şişesinden küçük bir şişeye biraz asit döküp uçan balon yapmayı başarmıştım. 

O zamanlar reaksiyondan çıkan gazın hidrojen gazı olduğunun farkında değilim tabii ki, benimkisi uçan balon yapma hevesi. Sonra da mahallede balonumla arkadaşlara hava atmıştım diye hatırlıyorum. O zamanlar her yerde bulunmazdı uçan balon. Özellikle kızlar bize de yap diye etrafında fırıldak olmuşlardı. Benim de hoşuma gitmişti bu ilgi. 

Deneylerim ve uçan balon üretimim evdeki güzel sobanın parlak kahverengi kaplamasına sıçrattığım kezzaptan dolayı annemden yediğim dayak ile sona ermişti. 

Yıllarca o lekeyi gördükçe annem kabahatimi hatırlatmaya devam etmişti. O zaman bende çok üzülmüştüm. Şimdi tabii artık soba moba kalmadı, hafızamda sadece küçük şişeye dökerken sobaya sıçrayan kezzabın anıları kaldı.

Hidrojen, Evrende En Çok Bulunan Element:

Evet, hidrojen evrende en çok bulunan element diyor bilim insanları. Evrenin neredeyse dörtte üçü hidrojenmiş, hesaplanan oranı %74.5 diye yazıyor internette. Bu kadar bilinmez varken kim nasıl bu hesabı yapar bilmiyorum, ama hesaplayanın doğru hesap yaptığını kabul ediyorum.

Güneş dahil yıldızların birçoğu aslında bir hidrojen bulutu. Güneşimiz de diğer yıldızlar gibi enerjisini kendi içinde sürekli patlayan hidrojen bombası, yani plazma halinde bulunan hidrojen atomlarının basınç altında nükleer reaksiyonu ile helyuma dönüşmesi neticesinde oluşturuyor. Bu muhteşem enerji ışıma yoluyla evrene salınıyor. O yüzden gökyüzünde bütün yıldızlar parlıyor ve güneşimiz de bu kadar parlak.

Çok korkunç değil mi? Bize en yakın yıldızda sürekli nükleer patlama oluyor ve sürekli müthiş bir enerji açığa çıkıyor. Güneş bir nükleer reaktör aslında ve yakıtı da hidrojen.

Bu arada nükleer reaksiyondan ortaya çıkan helyum ise periyodik cetveldeki ikinci element. İki protonu var. Yine doğada gaz halinde bulunuyor, ama o bir asal gaz, hiçbir element ile reaksiyona girmiyor. Kimyasal gösterimi ise "He", adını Yunanca güneş anlamına gelen "helios" sözcüğünden almış. Yine hidrojen gibi helyum da bir uçucu gaz. 

Şu biraz içimize çekince ses tellerimizi geçici bir süre gererek sesimizin incecik çıkmasına sebep olan gaz bu. Helyum çekince gerçekten çok komik çıkıyor sesimiz.

Günün Birinde Güneşin Yakıtı Tükenirse:

Neyse, konumuza dönecek olursak, esas dehşet verici olan başka bir şey. Düşünebiliyor musunuz, günün birinde güneşin yakıtı tükenecek ve güneş ölecek. Şimdi bunu düşününce içinde olan nükleer patlamalardan daha korkunç geldi bana. 

Neyse ki daha çok uzun yıllar yetecek kadar yakıtı var, bilim insanları daha 5-10 milyar yıl yetecek kadar yakıtı olduğunu söylüyorlar. Yani şimdilik o kadar korkacak bir şey yok. 

Ama bu durum bir gün elbette kendimize yaşayacak başka bir yer bulmamız gerekeceği gerçeğini değiştirmiyor. Bilmem kaç nesil sonraki torunlarımız dünya dışında bir yerlerde yaşamı devam ettirmek zorunda kalacaklar. 

İnsanoğlu yaşayacak başka bir dünya bulmayı beceremezse insan yaşamı dahil tüm yaşam bir gün yok olacak, yani güzel dünyamızda kıyamet eninde sonunda kopacak. Bu da çok korkunç aslında. Bu yüzden uzay çalışmalarını destekliyorum. Yoksa yaşamak için dünya kadar güzel bir yer olacağını düşünmüyorum, yani uzay çalışmaları bu gerçek olmasa nafile geliyor bana.

Ama şimdi bu uzak geleceği düşünerek moralimizi bozmayalım, eninde sonunda kalan onca uzun sürede bir çaresi bulunur elbette. Çıkmadık candan umut kesilmezmiş.

Biz hidrojene dönelim. Şimdilik dünya kaynaklarından üretmek zorunda olduğumuza göre bakalım ne kadar hidrojen var dünyada.  

Suyun Önemi:

Dünyamızdaki serbest hidrojen oranı evrendeki serbest hidrojen oranından çok çok daha düşük, atmosferdeki hidrojen gazı oranı %0.00006, yani on milyonda altı.

Ancak dünyanın büyük kısmı su olduğu için dünyadaki hidrojenin büyük kısmı aslında su molekülü şeklinde bulunuyor. Yani serbest hidrojen oranının bu kadar az olması normal diye düşünebilirsiniz. 

Ama yine de dünyamızdaki hidrojen oranı evrendeki hidrojen oranından çok daha düşük. 

Şimdi kapak resmimize odaklanalım isterseniz. Resimdeki büyük mavi küre dünyadaki su buharı dahil tüm suların dünyanın büyüklüğüne oranla aslında ne kadar az olduğunu gösteren ve bilim insanları tarafından hazırlanmış bir görsel. 

Hacimsel oran olarak ifade edersek %0.12' ye denk düşüyor, yani binde 1.2! Aslında ne kadar az suyumuz olduğunu algılayabiliyor musunuz?

Resme dikkatli bakınca mavi kürenin yanında bir de küçük bir mavi küre daha var, gördünüz mü? O da dünyadaki tüm göllerde, nehirlerde ve yeraltında bulunan tatlı suyun görsel gösterimi. O kadar küçük ki, bunu orantı olarak ifade etsem de bir anlamı olmayacak. Zaten resimden de göründüğü gibi bir küçücük damla adeta, hatta su zerresi demek daha doğru gibi geldi bana.

O yüzden nehirlerimizi, göllerimizi kirletirken aslında ne kadar az tatlı suyumuz olduğunu hatırlattığı için bu görselin çok çarpıcı bir gösterim olduğunu hepimiz anlamışızdır sanırım. 

Bu görseli kocaman bir poster olarak basıp, gözümüzün sürekli göreceği bir yere asmakta fayda var diye düşünüyorum. Ya da çağımızda herkes cep telefonu kullandığına göre belki de ekran resmi yapmalıyız. 

Sularımızın değerini bilelim!

Evet, konumuz aslında su değil, hidrojen elementi. Bu durumda hidrojen de aslında dünyada çok düşük bir oranda bulunuyor demektir. 

Hidrojenin Yakıt Olarak Kullanımı:

Hidrojeni yakıt olarak kullanmayı düşündüğümüze göre öyleyse ne yapacağız?

Eh, güneşe gidip ihtiyacımız olan hidrojeni getiremeyeceğimize göre aslında hidrojen de boşa harcanamayacak kadar değerli bir yakıt gibi geliyor bana. Yani dünyadaki hidrojen kaynaklarını dikkatli kullanmalıyız.

Gerçi ileride belki başka bir çaresi bulunabilir. Güneş sisteminin en büyük gezegeni olan Jüpiter de bir hidrojen bulutu aslında. Yapısının güneş ile aynı oranlarda hidrojen ve helyum gazı ihtiva ettiği hesaplanmış. Jüpiter'in %88'inin hidrojen, %12'sinin ise helyum olduğu söyleniyor. Yani Jüpiter'e gidebilsek uzay aracını indirecek bir yer yok. Bulut içinde gezip geri döneriz ancak. Kütle merkezinde yeterince basınç oluşmadığı için güneş gibi nükleer reaksiyon başlayamamış. Yani yıldız olamamış. Olabilseymiş beki de iki tane güneşimiz olabilirmiş. Ama o da dünya ve diğer gezegenler gibi şimdilik güneş etrafında dönmeye devam ediyor. Ancak gerçekten muhteşem büyüklükte bir hidrojen deposu. Belki bir gün uzay teknolojisi yeterince ilerlerse Jüpiter'den hidrojen getirmenin bir yolunu buluruz. O zaman yeterinden fazla yakıtımız olabilir. 

Ama o gün gelene kadar eğer bir yakıt olarak kullanacaksak hidrojeni dünya kaynaklarından elde etmemiz gerekiyor.

Oran olarak çok az da olsa, aslında sadece enerji döngüsünde bir taşıyıcı olduğu için dünyadaki sulardan eğer ekolojik dengeyi bozmayacak miktarda üretilirse korkacak bir şey yok aslında. 

Doğal bir madde olarak yeterince temiz bir yakıt ve yakıldığı zaman tekrar su oluyor. O yüzden o kadar da büyük miktarda yakıta ihtiyaç yok aslında. Sürekli bir döngü ile ihtiyaç kadar üretebilsek yeterli.

Peki hidrojen üretiminde ne aşamadayız? Nedir durumumuz? 

Şu anda dünyadaki üretimin %95'i fosil yakıtlardan elde ediliyor. Sadece suda değil, organik moleküllerde de yani fosil yakıtlarda da hidrojen kimyasal olarak bol miktarda bulunuyor. Şu anda endüstride ihtiyaç duyulan miktar daha çok doğalgaz ve metan gazı oksidasyonu veya kömür gazı ayrıştırması ile elde ediliyor. Bu konuda dünyadaki ana üretici zengin doğalgaz kaynakları ile Rusya Federasyonu. Savaş dolayısıyla üretimi şu anda ne durumdadır bilmiyorum, ama en büyük üretici olarak kayıtlarda böyle geçiyor. Geri kalan %5 oranındaki üretim de ya elektroliz ya da diğer kimyasal yollardan elde ediliyormuş.

Dünya Enerji Konseyinin 2021 yılı hidrojen raporunda 2020 yılında dünya çapında endüstriyel kullanım için 90 milyon ton civarında hidrojen üretimi yapıldığı yazılmış. 

Esas sorun ise bu üretimin yapılabilmesi amacıyla atmosfere 900 milyon ton karbondioksit salınımı yapılmış olması. 

Yani bir yandan karbondioksit salınımını azaltmak için hidrojeni bir yakıt olarak kullanmak isterken, hidrojen üretimi altyapımız bile zaten fosil yakıtlara bağımlı. 

Bu durum değişmezse yeterinden fazla küresel ısınmaya sebep olacak demektir.

Ancak yine de elektroliz yöntemiyle hidrojen üretimi için küresel bazda yaklaşık 350 proje üzerinde çalışıldığı yazılmış raporda. Son beş yılda halihazırda elektroliz ile hidrojen üretebilen tesislerin kapasitesi iki katına, yani 300 megawattın üzerine çıkmış. 2030 yılına kadar küresel kapasitenin 54 Gigawatt seviyesine çıkarılması planlanıyormuş. Ancak sürdürülmekte olan tüm bu projeler hayata geçirilebilirse bile elektroliz yoluyla hidrojen üretiminin 2030 yılında maksimum 8 milyon ton olabileceği yazıyor raporda. Ancak bu değer karbondioksit emisyonunun düşürülmesi için yapılan plana göre 2030 yılında üretilmesi gereken 80 milyon ton yakıt hidrojenin topu topu onda biri. Gerisi yine fosil yakıtlardan üretilmek zorunda. Amonyak ve diğer endüstriyel ihtiyaçlar için zaten 2020 yılında 90 milyon ton hidrojen üretilmiş, bu ihtiyacın 2030 yılında aynı kalacağını kabul etsek bile plana sadık kalınırsa toplam ihtiyaç minimum 170 milyon ton olacak demektir. Bu durumda hidrojen ihtiyacını fosil yakıtlardan karşılamaktan başka bir yol görünmüyor gibi. Yani anlaşılan küresel ısınmanın önünü kesmek şimdilik çok zor.

Güneş veya yıldızlar için nükleer reaktör yakıtı olan hidrojen, dünya şartlarında o denli basınç ve sıcaklık ortamı yapılamadığı için bir nükleer reaktör yakıtı olarak henüz kullanılamıyor. Sanırım Çin'de bu konuda birtakım çalışmalar yapılıyor, ama henüz işe yarar bir netice elde edilebilmiş değil.

Şu andaki hidrojen üzerine yapılan diğer tüm çalışmalar kimyasal olarak hidrojenin yakıt olarak kullanılması üzerine. 

Sonuç

Direkt elektrik üretimine yarayan hidrojen yakıt hücresi üzerine teknolojik gelişmeler olsa da, ben bu durumda hidrojen üretimi üzerine de yoğunlaşılması gerektiğini düşünüyorum. Yapılması gereken çok büyük yatırımlar var.

Gelecek eğer yakıt hidrojendeyse üç tarafı denizlerle kaplı ülkemiz bir enerji deposu demektir. Bu konuda şimdiden gerekli yatırımlara geç kalmadan başlamalıyız. Yoksa yine her zaman olduğu gibi dünyanın parasını ödeyip hidrojen satın almak zorunda kalırız. 

Bu yazdıklarım vizyon sahibi yöneticilerin dikkatini çeker umarım. 

Moskova'dan sevgi ve saygılar