Hidrojen Sülfür Zengini Karadeniz’de Hidrojen Üretim Merkezi Kurulması, Türkiye’nin Enerji Sorununu Çözer

21. Yüzyılda enerji; sürdürülebilir kalkınma hedefine ulaşmada oldukça önemli bir yere sahiptir. Özellikle fosil temelli yakıtların toplumların enerji ihtiyacını karşılamada kullanılması önemli ekonomik, çevresel ve sosyal sorunlara yol açmaktadır. Bu açıdan bakıldığında hidrojen enerjisi bu problemlerin çözümünde önemli bir alternatiftir. Bir enerji taşıyıcısı olan hidrojenin geleceğin enerji senaryolarında önemli bir yere sahip olacağı beklenmektedir. 

Hidrojen, bir yakıt hücresinde tüketildiğinde sadece su üreten temiz bir yakıttır. Hidrojen, doğal gaz, nükleer enerji, biyokütle, güneş ve rüzgâr benzeri çeşitli yenilenebilir enerji kaynaklarından üretilebilir. Bu niteliği hidrojeni elektrik üretiminde cazip bir yakıt seçeneği haline getirmektedir. 

Hidrojen evrende en yaygın olarak bulunan elementtir. Hidrojen dünyada gaz halinde bulunmaz. Her zaman başka elementlerle birleşik halde bulunur. İki hidrojen ve bir oksijen atomundan oluşan su molekülü buna en güzel örnektir. Hidrojen hidrokarbonlardan ısı yolu ile ayrıştırılabilmektedir. Ortaya çıkan enerji, çeşitli yöntemlerle ısı ve elektriksel biçimlere dönüştürülerek kullanılabilir. Hidrojenden enerji elde edilmesi esnasında su buharı dışında çevreyi kirletici ve sera etkisini artırıcı hiçbir gaz ve zararlı kimyasal madde üretimi söz konusu değildir. Bu işlem doğa dostu olarak da tanımlanabilir. 

Hidrojenin oksijenle yanması sonucu yaklaşık 2.600°C bir sıcaklık meydana gelir. Hidrojen moleküllerinin bir elektrik arkı ya da akkor bir tungsten teli yardımıyla ayrıştırılması sonucunda oluşan hidrojen atomlarının yeniden birleşmesiyle de 3.400°C üzerinde sıcaklık elde edilir. Hidrojen petrol yakıtlarına göre ortalama %39 daha verimli bir yakıttır. 

Hidrojen Enerjisi 1500’lü yıllarda keşfedilmiş, 1700’lü yıllarda yanabilme özelliğinin farkına varılmasıyla kullanıma sunulmuştur. Sanayi Devrimi ile devam eden süreçte insan gücünden ziyade makine gücüne duyulan ihtiyacın artmasıyla beraber enerjiye duyulan ihtiyaç da sürekli olarak artmıştır. Bu enerji ihtiyacını karşılamak için günümüze kadar odundan kömüre, daha sonraları hidrokarbon kökenli fosil yakıtlara kadar birçok kaynağa başvurulmuştur. Böylece insanlığın sahip olduğu yaşam standartları, daha üst düzeylere ulaşarak günümüze kadar gelmiştir. Günümüzde Hidrojen enerjisi taşımacılıktan sanayiye, uzay roketlerinden petrol üretimine kadar birçok yerde kullanılmaktadır. Ayrıca, hidrojen yakıt hücreleri elektrik enerjisine dönüştürülebilir ve doğrudan otomobillerde yakıt olarak kullanılabilir. Bu konuda çalışmalar devam ediyor. 

Hidrojen yeryüzündeki su kaynaklarında bulunabilir. Aynı zamanda atmosferdeki su buharında da bulunan bir elementtir. Su aynı zamanda yenilenebilir bir enerji kaynağıdır. Bu nedenle suyla üretilebilen her yakıt yenilenebilir bir enerji kaynağı olarak da düşünülebilir. Hidrojen yenilenebilir enerji kaynakları da dahil olmak üzere herhangi bir enerji kaynağı kullanılarak üretilebilir. Hidrojen elektrik kullanılarak üretilebilir ve nispeten yüksek verimle de elektriğe çevrilebilir. Hidrojenin güneş enerjisi ile doğrudan üretim süreçleri de geliştirilmiştir.

Son kullanımda hidrojen, kullanılacak enerji şekline dönüşürken en yüksek verime sahiptir. Hidrojen fosil yakıtlardan %39 daha verimlidir. Kısaca hidrojen birincil enerji kaynaklarını korur. Hidrojen gaz şeklinde (büyük ölçekli depolamada), sıvı şeklinde (hava ve uzay ulaşımında) veya metal hibrit şeklinde (araçlar ve diğer küçük ölçekli depolamada) depolanabilir. Hidrojen elektrikten veya güneş enerjisinden üretilirken, taşınırken veya depolanırken ve son kullanımda herhangi bir kirletici üretmez veya çevreye zararlı herhangi bir etkisi yoktur. Hidrojenin yanması veya yakıt hücresinde tüketilmesi sonucu son ürün olarak sadece su üretilir. 

Şimdide geleceğin yakıt sistemi olarak görülen bu enerji kaynağının dezavantajlarına bakalım: Doğada son derece bol olmasına karşın enerji üretiminde kullanılan hidrojen gazının son derece saf olması gerekir. Saflaştırma işlemi maliyeti artıran en önemli süreçtir. Bu nedenle saf hidrojen üretiminin maliyeti petrol ve doğalgaza göre yaklaşık 4 kat daha yüksektir. İlave olarak, hidrojen ile çalışan yakıt hücreleri içten yanmalı motorlardan 10 kat daha pahalıdır. 

Hidrojen enerjisinden yararlanılırken uygulamada birtakım zorluklarla karşılaşılmaktadır. Örneğin enerjinin üretildiği yakıt hücreleri ve hidrojenin depolandığı tankların hacmi geniş yer kaplamaktadır. Hidrojen petrole göre 4 kat fazla hacim kaplar; hidrojenin kapladığı hacmi küçültmek için hidrojeni sıvı halde depolamak gerekir. Bunun için de yüksek basınç ve soğutma işlemine gerek vardır. Türkiye’de hidrojen enerjisi çok yaygın olmamakla birlikte teknolojinin gelişmesi neticesinde girişimcilerin ve enerji sektöründe yer edinen köklü firmaların fazlasıyla ilgileneceklerini düşünüyorum. Yapılan deneysel ve akademik çalışmalarda, Karadeniz’in altında Türkiye’nin 100 ile 180 yıllık enerji ihtiyacını karşılayabilecek hidrojen sülfür olduğu tespit edilmiştir. Bakteriyel kaynaklı oluşan ve coğrafi hareketler sonucu miktarı katlanarak artan Hidrojen Sülfür, basınç sebebiyle suda erimiş halde bulunmaktadır.

Asıl oluşum sebebi ise aşırı kirlenmedir. Karadeniz’e direkt olarak kıyısı bulunan 6 ülke ve akarsularıyla bağlanan toplam 21 ülkenin bu rezervin oluşumuna etkisi büyüktür. Ayrıca Karadeniz’in tuz oranının az olmasının üzerine eklenen toplu balık ölümleri sudaki H2S konsantrasyonunu arttırmaktadır.

Karadeniz’de yüzeye en yakın 60, en derin ise 200 metrede Hidrojen Sülfüre rastlanmaktadır. Bu sıvı yüksek oranda toksik madde içerir ve ağır bir kokusu vardır. Genellikle Karadeniz’in dip bölümünde toplanmış olup bu bölgenin oksijen fakiri oluşu ve balık/canlı yaşamına uygun olmayışının en büyük sebebidir. Kanal İstanbul yapıldığı zaman bu olumsuz koşulların Marmara denizini de etkileyeceğini, bilim insanları sıklıkla bir ikaz olarak hatırlatmaktadırlar. H2S’ten hidrojen elde edilmesi sudan hidrojen elde edilmesine göre oldukça ekonomik bir yöntem olup, örneğin ülkemizde de, Dr. Mükemmer Şahin ve ekibi tarafından geliştirilen katalizör ile birlikte diğer enerji türlerine göre maliyetinin daha düşük olduğu ispatlanmıştır. Yanabilir oluşu, termik santral ve araçlarda kullanıma uygun olması sebepleriyle bir albeniye sahip olsa da afet anında oluşturabileceği muhtemel zararlar kafaları karıştırmaktadır.

Petrolün gitgide azalması ve konvansiyonel yakıtların çevreye verdikleri zararlar göz önüne alındığında son derece ucuz ve çevreci olan bu enerji türünün Türkiye ekonomisine katabileceği katkı paha biçilemez düzeydedir.

Karadeniz’in mevcut potansiyeli düşünüldüğünde; Türkiye’nin gelecek 50 yıl içerisinde dünyanın en büyük hidrojen ihracatçılarından biri olabileceğini söylemek hiç de yanlış değildir. Zonguldak, Samsun, Sinop ve Giresun illerinde fizibilite çalışmaları halen devam etmekte olup kıyıya yakın bölgelere hidrojen üretim tesisleri kurulması planlanmaktadır. Japonya’nın 2025, İzlanda’nın ise 2030’da tamamen geçmeyi kabul ettiği, ABD ve AB planlamacılarının çok büyük paralar ayırdığı hidrojen enerjisinin gücü ve potansiyeli kesinlikle göz ardı edilmemelidir.

Türkiye’nin hidrojen enerjisinin gücünün farkında olup, çalışmalarına hem kamu hem de özel sektör olarak devam etmektedir. Dünyadaki hidrojenin büyük bir kısmı denizlerde hapsolmuş durumdadır. Yakıt hidrojenin temelde, sudan yenilenebilir enerjilerle üretilmesi ana ilkedir. Hidrojen üretim yöntemlerinin başında suyun direkt elektrolizi gelir. Elektroliz için elektrik gereksinimi fosil yakıtlardan, hidroelektrik kaynaktan, nükleer güçten, jeotermal enerjiden, güneş, rüzgâr ve deniz dalga enerjilerinden elde edilebilir. 

Katı atıklar ve kanalizasyon materyalleri de hidrojen üretimi için hammadde olup, gazifikasyon işlemine bağlı olarak, sentez gazının hava veya oksijenle reformasyonu hidrojen vermektedir. 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. Üretilen hidrojen depolanabilmekte, boru hatları veya tankerlerle taşınabilmektedir. Doğal gaz boru hatlarının gelecekte hidrojen taşınması için kullanılabileceği belirtilmektedir. Hidrojenin alevsiz yanması için katalitik yakma düzenleri geliştirilmiştir. Hidrojenin katalitik yanması mutfak ocaklarına, fırınlara, su ısıtıcılarına ve özel sobalara uygulanmıştır. Yine gösterim amacıyla bu tür beyaz eşya üreten firmalar vardır. Böylece, konutlarda yakıt olarak hidrojen kullanımının önü açılmış bulunmaktadır. Hidrojenin boru hatları ile evlere kadar ulaştırılması olanaklı olup, bu konuda projeler geliştirilmekte ve doğal gaz hatlarından yararlanılması tasarlanmaktadır.

Hidrojen enerjisi alanında çeşitli ülkelerin işbirliği sonucu uluslararası programlar başlatılmıştır. Avrupa Topluluğu ile Kanada’nın EURO-QUEBEC (hidro-hidrojen) projesi, Norveç ve Almanya’nın NHEG projesi, Almanya ve Suudi Arabistan’ın HY-SOLAR (güneş-hidrojen) Projesi, İskandinav ülkeleri ile Yunanistan’ın işbirliği, Uluslararası Enerji Ajansı (IEA) hidrojen enerjisi projeleri, Birleşmiş Milletler UNIDO-ICHET hidrojen çalışmaları bunlara örnek gösterilebilir. Henüz uygulanmasına girişilememiş olan UNIDO-ICHET projesi kapsamında, İstanbul’da Hidrojen Enstitüsü kurulması gündemdedir. 

Bir teknoloji standartsız kökleşemeyeceği ve tanımlanamayacağı için, hidrojen enerjisi konusunda uluslararası standart çalışmaları yapılmaktadır. Uluslararası Standartlar Organizasyonu (ISO) tarafından ISO/TC-197 Komitesi oluşturularak, hidrojen enerjisi için uluslararası standartlar çalışmalarına girişilmiştir. Standart çalışmaları tanımlar, ölçümler, taşıma, emniyet, araçlar, uçaklar, elektro-kimyasal donanımlar çevre ve uygulama alanlarını kapsamaktadır. Değişik senaryolara göre 2025 yılında dünya genel enerji tüketiminin ulaşacağı düzey 12.000-16.000 Mtep olarak kestirilmektedir. Aynı yılda dünyada 1.500-2.600 Mtep hidrojen enerjisinin kullanılması planlanmaktadır. Böylece, bu raporda göz önüne alınan etüt periyodu (2000-2025 dönemi) sonunda, dünya birincil enerjisinin %9-21 açıklığı arasındaki bir bölümü hidrojene dönüştürülerek kullanılabilecek demektir. Bu oran daha çok  %10 olarak öngörülmektedir. 

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. 

Türkiye’nin 7. Beş Yıllık Kalkınma Planı Genel Enerji Özel İhtisas Komisyonu Yeni ve Yenilenebilir Enerji Kaynakları Raporu’nda, hidrojen teknolojisine değinilmekle birlikte, resmileşen kalkınma planında hidrojen enerjisinin adı geçmemektedir. Hidrojen konusu üniversitelerimiz ve araştırma kuruluşlarımızda çok sınırlı biçimde ele alınmaktadır. Türkiye’de hidrojen yakıtı üretiminde kullanılabilecek olası kaynaklar; hidrolik enerji, güneş enerjisi, rüzgar enerjisi, deniz-dalga enerjisi, jeotermal enerji ve adım atılması gereken nükleer enerjidir. Türkiye’nin hidrojen üretimi açısından bir şansı, uzun bir kıyı şeridi olan Karadeniz’in tabanında kimyasal biçimde depolanmış hidrojen bulunmasıdır. Karadeniz’in suyunun % 90’ı anaerobiktir ve hidrojensülfid (H2S) içermektedir. 1000 m derinlikte 8 ml.lt-1 olan H2S konsantrasyonu, tabanda 13.5 ml.lt-1 düzeyine ulaşmaktadır. Elektroliz reaktörü ve oksidasyon reaktörü gibi iki reaktör kullanılarak, H2S’den hidrojen üretimi konusunda yapılmış teknolojik çalışmalar vardır. 

Karadeniz'in dip sularında kirlilik sonucunda oluşan hidrojen sülfürün (H2S) 4,587 milyar ton olduğu da bilinmektedir. Bu hidrojen sülfürün % 100 ayrıştırılması sonucunda 4,317 milyar ton kükürt ve 269,8 milyon ton hidrojen elde edilmesi mümkündür.

Hidrojene dayalı enerji üretimine geçilmesi Türkiye’ye Ne kazandırabilir?

Fosil yakıt ithal etme mecburiyetinden kurtulacağız.

Hidrojen enerjisi teknolojileri kavuşacağız, bu alandaki çalışmaların bir parçası olacağız.

Yeni iş sahaları açılacak, hem tarımda ve hem de sanayide istihdam yaratılacaktır.

Türkiye hidrojen üreten ülkeler arasında yerine alabilecektir.

Küresel ısınmanın, hava kirliliğinin ve asit yağmurlarının getirdiği zararlar ortadan kalkacak, Türkiye daha temiz çevre şartlarına kavuşacaktır.

Türkiye Kyoto Protokolü kurallarına uymuş olacaktır.

Türkiye teknoloji ihraç eden bir memleket olacak, kalkınmasını hızlandırabilecektir. 

Sonuç olarak Türkiye; günümüzde hem güneş enerjisi hem de rüzgar enerjisi santrallerinde hızla büyüyor. Toplam elektrik kurulu gücünde, rüzgâr enerjisinin payını %10’a, güneş enerjisinin payını % 7,5’e yükseltti. Bu alandaki hızlı büyüme, yeşil hidrojen üretme potansiyelini de artırıyor. Unutmayalım daha güzel bir Türkiye’yi inşa edebilmek için yeşil hidrojene ihtiyacımız var.

Kaynakça

1-) Hidrojen Ekonomisi

https://tr.wikipedia.org/wiki/Hidrojen_ekonomisi

2-) Hidrojen Enerjisi Bilgilendirme Notu

https://www.tskb.com.tr/uploads/file/hidrojen-enerjisi-bilgilendirme-notu-120721.pdf

3-) Sürdürülebilir Kalkınma Ve Hidrojen Enerjisi

https://dergipark.org.tr/tr/download/article-file/186846

4-) Hidrojen Enerjisi Nedir

https://www.enerjiportali.com/hidrojen-enerjisi-nedir/

5-) Türk-Alman işbirliğinde yeni fırsat hidrojen

https://www.itohaber.com/haber/guncel/218134/turk-alman_isbirliginde_yeni_firsat_hidrojen.html

6-) Ideaport’un “Enerji Depolama Teknolojileri: Hidrojen Enerjisi” çalışma çıktısı yayınlandı

https://temizenerji.org/2022/04/07/ideaportun-enerji-depolama-teknolojileri-hidrojen-enerjisi-calisma-ciktisi-yayinlandi/

7-) Hidrojen İç Görüleri Raporu

https://www.dunyaenerji.org.tr/hidrojen-ic-goruleri-raporu/