Hidrojen Enerjisi Nasıl Elde Edilir? Kullanım Alanları Nelerdir?

Hidrojen, bir proton ile nötronun birleşimiyle oluşan ve doğadaki en basit element olma özelliği taşır. Bu basit elementten üretilen hidrojen enerjisi ise, son dönemlerde popülerliğini attırmış ve en fazla araştırılmaya başlayan temiz enerji kaynağı olarak göze çarpmaya başlamıştır. Evrenin en temel enerji kaynağı olan hidrojen, güneş ve diğer yıldızların tepkimelerinin yakıtıdır. Hidrojen enerjisi ise doğada bileşik halinde bulunan hidrojenin işlenmesi ve elektriğe dönüştürülmesi ile oluşan bir enerji kaynağıdır. Başta araba yakıtı olmak üzere birçok alanda enerji kaynağı olarak kullanılmaya müsait olan yeşil hidrojen enerjisi nedir ve özellikleri nelerdir, kullanım alanları nelerdir? Hidrojen 1500’li yıllarda keşfedilmesine rağmen yanabilme özelliği 1700’li yıllara kadar fark edilememiştir. Hidrojen enerjisinin enerji kaynağı olarak kullanılması 1900’lü yılların sonunda gerçekleşmiştir. O günden sonra da doğaya zarar vermeyen bu enerji kaynağı hakkında araştırmalar hız kazanmıştır. Periyodik tablonun ilk elementi olan hidrojen doğada en yaygın bulunan element olma özelliği taşır. Hidrojen enerjisi yenilenebilir mi sorusuna cevap olan bu durum, özel yöntemler kullanılarak elektrik enerjisine dönüştürülür. Sürekli bir gelişme halinde olan bu enerjinin geleceğin en önemli enerji kaynağı olarak görülmektedir. Hidrojen enerjisi, hidrojen elementinin ayrıştırılmasından sonra moleküllerin ortaya çıkardığı kimyasal bir enerjidir. Bu enerji çeşitli sistemler kullanılarak ısı ya da elektrik haline dönüştürülür. Ayrıştırılmasından sonra atık olarak su veya su buharı salınımında bulunduğu için temiz enerji kaynağı olarak göze çarpar.Hidrojen enerjisi doğal bir enerji kaynağı olmamasının yanında suyu hammadde olarak kullanması ve sonrasında su buharını atık oluşturması sebebiyle yenilenebilir ve yeşil bir enerji kaynağıdır.

Hidrojen Enerjisinin Özellikleri

Hidrojen enerjisi nedir sorusunun cevabından sonra hidrojen enerjisinin özelliklerinin neler olduğunun öğrenilmesinde fayda vardır. Hidrojen elementi en basit ve yaygın bulunan element olmasının yanında renksiz, kokusuz, tatsız, saydam ve en hafif element olma özelliği taşır. Su molekülünün yapısında, canlılarda bulunur. Güneşte en çok bulunan elementtir. Bu kadar fazla miktarda bulunan hidrojenden üretilen enerji de kolay üretimi, her yere kolayca taşınabilmesi, taşınması sırasında çok az enerji harcanması, her alanda rahatlıkla kullanılabilmesi gibi temel özelliklere sahiptir. Hidrojen taşınması sırasında sıvılaştırılarak depolanabilir ve kolaylıkla istenildiği yere taşınabilir. Bunların yanında yenilebilir enerji kaynağı olarak göze çarpan hidrojen enerjisi doğaya zararlı atık bırakmaması açısından temiz bir enerji kaynağıdır. Ayrıca karbon içermemesinden dolayı havaya zararlı gaz bırakmamaktadır. Isı, elektrik ya da mekanik enerjiye dönüştürülmesi kolaydır. Az bir miktarıyla büyük miktarlarda enerji üretilebilmesinden dolayı ekonomiktir. Gelecek neslin yakıtı olarak geçen hidrojen enerjisi üretim aşamaları pahalı olmasına rağmen yenilebilir ve remiz olmasından dolayı kullanımı gün geçtikçe artmaktadır. Hidrojen enerjisi, güçlü ve verimli bir enerji kaynağı olmasından dolayı roket ve uzay gemilerinde temel yakıt olarak kullanılır. Yapılan araştırmalara göre hidrojen benzin ve petrol türevi diğer yakıtlardan üç kat daha güçlüdür. Hidrojenin başka bir özelliği ise ham petrolün yakıtlara işlenmesinde kullanılmasıdır. Bunun yanında bu yakıtların kükürt gibi kirletici maddelerden temizlenmesinde kullanılır. Kimyasal olarak bu kadar aktif olmasından dolayı serbest halde bulunması çok zordur. Diğer yandan doğada sadece bileşik halinde bulunmasından dolayı kaynağın kullanımında zorluklar çıkmaktadır. Hidrojen enerjisi üzerindeki araştırmalar hala devam ettiğinden depolama gibi özelliklerinde bazı sorunlar bulunur. Çok hafif ve küçük bir molekül yapısı olduğu için sızıntıya duyarlıdır. Doğal haliyle çok uçucu ve yanıcı olması da taşınmasını zorlaştırır. Sistemlerin üzerinde çalışmalar devam etse de elektroliz gibi işlemlerden dolayı maliyeti yüksektir. Her ne kadar avantajları kadar dezavantajları da bulunuyor olsa da yenilenebilir özelliği, çevreyi kirletmemesi ve zaman içinde geliştirilecek olan sistemlerle fosil yakıtların yerini alacağı tahmin edilmektedir.

Hidrojen Enerjisi Nasıl Üretilir?

Hidrojen enerjisindeki bu kadar avantajdan dolayı akıllara bir soru gelmektedir. Hidrojen enerjisi nasıl elde edilir ve nelere dikkat edilmelidir? Arabalar için yakıt pilleriyle beraber elektrik enerjisi üreterek benzin yerine kullanılmasıyla oldukça önemli bir potansiyele sahip olmasına sebep olmuştur.  Hidrojen enerjisinin elde edilmesi için öncelikle doğada bileşikler halinde bulunan hidrojenin bileşiklerden ayrılması gereklidir. Bu işlem için hidrojen içeren ve en kolay bulunabilen madde olan suyun, fosil yakıtlar, biyokütle ya da elektroliz işlemi ile hidrojen ve oksijene ayrılması sağlanır. Bu yöntemlerden kısaca bahsedilecek olursa;

Doğal Gaz Gazlaştırma: Doğal gaz çok yüksek sıcaklıklarda buharla bir reaksiyona sokularak bir hidrojen, karbon monoksit ve az miktarda karbondioksit karışımı bir gaz elde edilir. Ortaya çıkan karbonmonoksit bir hidrojen daha üretebilmek için suyla bir reaksiyona daha sokulur. Bu yöntem en ucuz, en verimli ve en sık kullanılan yöntemdir.

Elektroliz: Suya bir elektrik akımı verilerek sudaki oksijen ve hidrojenin ayrılması sağlanır. Burada kullanılacak olan elektrik akımı yenilebilir kaynaklardan elde ediliyorsa ortaya çıkacak olan hidrojen enerjisi de yenilebilir kabul edilir. Bu yöntemle elde edilen enerjinin çevreye zararlı gaz vermediği için daha faydalıdır.

Yenilenebilir Sıvıların Dönüştürülmesi: Etanol gibi bazı yenilenebilir sıvı yakıtlar, kullanım sürelerinin dolması yakınlaşınca yüksek sıcaklarda buharla tepkimeye sokularak hidrojen üretilir.

Fermantasyon: Bu yöntem biyogaz üretimleri gibi anaerobik ortamlarda gerçekleştirilir. Biyokütle fermente edilebilen ve şeker açısından zengin olan hammaddelere dönüştürülerek hidrojen üretimi yapılır.

Hidrojen elementi elde edildikten sonra bir elektrokimyasal işlem yardımıyla elektrik üretimi gerçekleştirilebilir. Hidrojenin enerji verimliliği ve çevresel etkisi üretimi için kullanılan yönteme bağlıdır. Güneş ya da rüzgar gibi yenilenebilir enerji kaynaklarında günü her saatinde enerji üretilemez. Hidrojenden enerji elde etmek için herhangi bir zaman yoktur.

Hidrojen Enerjisinin Kullanım Alanları

Hidrojen enerjisi yakma ve yakıt pili olarak iki farklı yöntemle elde edilir. Hidrojen enerjisi kullanım alanları bu iki teknolojiye göre belirlenir. Otomotiv sektöründen uzak roketlerine, sanayiden petrol elde edilmesine kadar farklı alanlarda kullanılır. Hidrojen enerjisi, yeni geliştirilen teknolojilerle beraber araç yakıtı olarak kullanılır. Bunun yanında ulaşımda kirliliği azaltarak verimi arttırabilmek için benzin, etanol ya da metanol ile karıştırılır. Atık ısı ve elektrik depolama amacıyla hidrojen enerjisinden yararlanılır. Bunun dışında ısıtma ve soğutma sistemlerinde de kullanılır. Pompa ve basınçlandırma ünitelerinde, hidrojen temizleme ve döteryum ayırmada için hidrojen enerjisi kullanılır. Hidrojen enerjisinin güç ve verimi diğer fosil yakıtlardan fazla olduğu için uzay araçlarında yakıt olarak kullanılır. Hidrojen enerjisi üretimi son yıllarda gelişmekte olan bir teknoloji olmasına rağmen hidrojen üretimi yıllardır kullanılır. Özellikle kimya ve petro-kimya alanlarında uzun yıllardır kullanılmaktadır. Diğer taraftan hidrojen enerjisinde yeni teknikler gelişmeye devam etmektedir. En son geliştirilen teknikle sadece su, demir, nikel ve elektrik kullanılarak hidrojen enerjisi daha az maliyetle ortaya çıkarılmıştır. Bu işlemde katalizör olarak en değerli metallerden olan rutenyum, platin ve iridyum yerine demir ve nikel kullanılması maliyetleri düşürmektedir. Hidrojen enerjisiyle ilgili her türlü danışmanlık hizmeti için 4EN Mühendislik ve Çevre Teknolojileri’ne başvurabilirsiniz.