Bildiğimiz gibi, dünya genelinde endüstriyel devrimden sonraki en etkileyici dönüşüm aslında ikibinli yıllarla beraber başlamış bulunuyor. Bir çokları bunu internet ve genel olarak iletişim teknolojilerinin çağı olarak algılasalar ve hatta buna uygun yaşam düzenleri üzerine çalışmalar yaparak teoriler geliştirseler de, geldiğimiz nokta tüm insan etkinliklerini sürdürülebilir kılacak bir enerji kaynağı gerekliliği üzerine kilitlenmektedir. Yazımızın konusu bundan önceki uygarlık dönemlerinin kullandıkları enerji kaynaklarını incelemek değildir. Ancak söz konusu uygarlık yapısını taşıyan ana enerji kaynağına göre toplumsal, ekonomik, siyasi, askeri, medeni ve işgücü yapılanmalarını şekillendirdiklerini biliyoruz. Bu açıdan baktığımızda bugün artık kömür veya petrol türevleri gibi yerinde tüketim yerinde yaratılması mümkün olmayan, taşınmasının maliyetinin yüksek olduğu ve aynı zamanda her yerde bulamadığımız enerji kaynaklarıyla insan uygarlığını daha ileri aşamalara götüremeyeceğimizi anlamaktayız. Bu çerçevede baktığımızda kıtalararası yolculuklar nasıl ki buharlı gemileri geliştirdiyse, gezegenler arası yolculukların da hidrojen teknolojisine ihtiyaç duyacaklarını ve bu alanda taşıyıcı rolü üstleneceklerini düşünebiliriz. O güne gelmeden önce ise, genel olarak, hidrojen iklim değişikliği acil sorununu ele almak için küresel çabaların kritik bir bileşeni olarak görmek durumundayız.
Fosil yakıtlar yerine hidrojen kullanabilirsek, doğaya verdiğimiz zararı önemli ölçüde azaltabiliriz. Bu sayede iklim değişikliğinin etkilerini yavaşlatmaya yardımcı olabiliriz. Hidrojen kullanımı sadece çevre için değil, ekonomi için de faydalıdır. Yeni iş alanları oluşturabilir, enerji konusunda dışa bağımlılığı azaltabilir ve daha sürdürülebilir bir gelecek sağlayabilir. Bir önceki paragrafta gördüğümüz gibi üretim yöntemi ve çevre etkisine göre hidrojenin farklı adlandırılıan türleri vardır. Bunlar arasında en çevre dostu olanı yeşil hidrojen olarak adlandırılır. Yeşil hidrojen; ulaşımda, binaların ısıtılmasında ve fabrikalarda temiz bir enerji kaynağı olarak kullanılabilir. Özellikle elektriğin tek başına yeterli olmadığı alanlarda karbon salımını azaltmaya yardımcı olur.
Bugün elimizdeki teknolojilerle yeşil hidrojen üretmek diğer hidrojen türlerine göre daha pahalıdır. Ancak teknolojinin gelişmesi ve üretimin artmasıyla birlikte maliyetlerin zamanla düşmesi beklenmektedir. Bu nedenle dünyanın birçok ülkesi yeşil hidrojen üretimi için tesisler kuruyor, araştırmalara destek veriyor ve yeni yatırımlar yapıyor. Uzmanlar, bu çalışmalar sayesinde yeşil hidrojenin daha yaygın ve daha uygun maliyetli hale geleceğini düşünüyor. Çevreye zarar vermemesi, birçok alanda kullanılabilmesi ve sera gazı salımlarını azaltabilmesi nedeniyle yeşil hidrojenin geleceğin önemli enerji kaynaklarından biri olması beklenmelidir.
Üretim Yöntemlerine Göre Hidrojenin Enerji Verimliliği ve Maliyetleri
Hidrojenin bir enerji taşıma yöntemi olarak kullanılmasının önünde bugün bazı önemli engelleri bulunuyor. Bu engelleri anlayabilmek için hidrojenin enerji değerini rakkamlarla açıklayabilmemiz gerekiyor. Üretim yöntemlerine göre sınıflandırılmış hidrojen türlerini ve önemli bilgi ve enerji değerlerini içeren karşılaştırmalı bir tablo bu anlamda faydalı olacaktır. Aşağıdaki tablonun içeriği https://www.fastechus.com/blog adresinden alınarak burada paylaşılmak üzere işlenmiştir.
Tabloyu anlayabilmek için bir kaç temel bilgiyi burada sıralayalım :
1 kWh H₂ için gereken enerji girdisi : Bir kilogram veya belirli miktarda hidrojen üretmek için ne kadar elektrik enerjisi gerektiğini gösterir. Yani, hidrojen üretmek için önce elektrik harcamamız gerekir. Bu ifade, "1 birim hidrojen elde etmek için kaç birim elektrik tüketiyoruz?" sorusunun cevabıdır. Bugünkü üretim maliyeti : Bir ürünün bugün mevcut teknoloji ve piyasa şartlarında ne kadara üretilebildiğini gösterir. Bir fabrikanın hidrojen üretirken yaptığı tüm masrafların toplamıdır. Elektrik, su, işçilik, bakım ve yatırım giderleri bu maliyete dahildir. 1 litre benzin eşdeğeri maliyet : Hidrojenin enerji açısından benzine göre karşılaştırılmasıdır. "Hidrojen kullansaydık, bu enerji miktarı kaç litre benzine denk gelirdi?" sorusuna cevap verir. Mtpa (Million tonnes per annum) : Yılda milyon ton anlamına gelir. Bir fabrikanın veya sektörün bir yılda ne kadar üretim yaptığını göstermek için kullanılan ölçü birimidir. CCUS (Carbon Capture, Utilization and Storage) : Karbon Yakalama, Kullanma ve Depolama Sistemi kısaltmasıdır. Fabrika bacalarından çıkan karbondioksiti (CO₂) havaya bırakmak yerine yakalayıp depolamak veya başka ürünlerin üretiminde kullanmaktır. Örneğin, bir çimento fabrikası bacadan çıkan CO₂'yi yakalayıp yer altına depolayabilir. Buradaki amaç havaya salınan karbondiyoksiti depolayarak küresel ısınmayı yavaşlatmaktır. CCU (Carbon Capture and Utilization) : Karbon Yakalama ve Kullanma Sistemi kısaltmasıdır. Karbondioksiti yakalayıp depolamak yerine yeni ürünler üretmek için kullanmaktır. CCUS'ta depolama da vardır, CCU'da ise depolama yoktur. Piroliz (Pyrolysis) : Yüksek sıcaklıkta, oksijen olmadan maddelerin parçalanması işlemidir. Bir maddeyi yakmadan çok yüksek sıcaklıkta ısıtarak içindeki bileşenleri ayırma yöntemine verilen isimdir. Metan pirolizi ile hidrojen üretilirken karbondioksit yerine katı karbon oluşur. Bu nedenle çevre açısından daha avantajlı olabilir.Tablo 1 Hidrojen İmalat Yöntemlerinin Temel Performans Verileri ve Üretim Kapasiteleri Karşılaştırma Tablosu ( Kaynak : https://www.fastechus.com/blog )
Yöntem
Tipik proses
1 kWh H₂ için gereken enerji girdisi*
Bugünkü üretim maliyeti (USD/kg H₂, tipik)
1 litre benzin eşdeğeri maliyet (USD/L-eşd.)
Mevcut küresel kapasite / üretim
İlan edilmiş / proje hattı
Yeşil hidrojen
Yenilenebilir elektrik + elektroliz
1.50–1.70 kWh/kWh
3.5–6.0
0.92–1.58
Elektroliz toplamı içinde; 2024’te küresel su elektrolizi 2 GW kurulu, düşük emisyonlu H₂’nin yaklaşık 1/6’sı elektrolizden geldi
Elektroliz proje hattı, düşük emisyonlu toplamın ana kısmı; toplam düşük emisyonlu boru hattı 37 Mtpa
Mavi hidrojen
Doğalgaz reformasyonu + CCS/CCUS
1.15–1.45
2.0–3.5
0.53–0.92
2024’te CCUS’lu hidrojen üretimi yaklaşık 0.6 Mtpa
2030 ilan edilmiş CCUS’lu üretim yaklaşık 9 Mtpa
Gri hidrojen
Doğalgaz reformasyonu, CCS yok
1.10–1.35
1.5–2.5
0.40–0.66
Küresel üretimin yaklaşık 2/3’ü; kabaca ~65–67 Mt/yıl eşdeğeri
Yeni kapasite verileri genelde ayrı “gri” proje hattı olarak izlenmiyor.
Kahverengi hidrojen
Kömür gazlaştırma (linyit/taşkömürü)
1.35–1.80
1.8–3.2
0.48–0.84
Küresel üretimin yaklaşık %20’si; kabaca ~20 Mt/yıl eşdeğeri
Ağırlık Çin ve kömür yoğun bölgeleri
Turkuaz hidrojen
Metan pirolizi → H₂ + katı karbon
1.10–1.35
1.0–3.0
0.26–0.79
Çok küçük; çoğu tesis demo/pilot, ticari küresel kapasite ihmal edilebilir (<0.1 Mtpa)
Sınırlı ama büyüyen demo/proto-ticari hat; standart küresel resmi toplama zayıf
Mor hidrojen
Nükleer ısı / yüksek sıcaklık elektrolizi
1.20–1.40
2.0–4.0
0.53–1.06
Çok küçük; demo ölçek ağırlıklı
Küçük ama artan nükleer-H₂ proje havuzu
Sarı hidrojen
Şebeke elektriği + elektroliz
1.55–1.75
4.0–7.0
1.06–1.85
Teknik olarak yine elektroliz havuzu içinde yer alıyor.
Elektroliz proje hattına dahil
Pembe hidrojen
Nükleer elektrik + düşük sıcaklık elektroliz
1.45–1.65
2.5–5.0
0.66–1.32
Çok küçük; esasen birkaç demo ve erken ticari girişim mevcut.
Küçük/erken aşama; çoğu veri “nükleer hidrojen” altında birleşiyor
Bunu daha okunur hale getirirsek:
• En düşük bugünkü maliyet konusunda genelde gri hidrojen en avantajlı verileri sağlıyor, peşinden mavi hidrojen geliyor. IEA da doğal gaz tabanlı üretimin bugün birçok bölgede düşük emisyonlu alternatiflerden daha ucuz kaldığını belirtiyor.
• Yeşil ve sarı hidrojenin enerji tüketimi birbirine yakın görünüyor; farkı maliyette yaratan asıl unsur elektrik fiyatı ve kapasite faktörü olarak beliriyor. IEA, yenilenebilir hidrojende uygun bölgelerde maliyetlerin birkaç USD/kg seviyesine inebildiğini, zayıf kaynak/sermaye koşullarında ise çok daha yüksek kaldığını söylüyor.
• Mavi hidrojen bugün proje hattı bakımından en olgun düşük emisyonlu fosil yakıtlı yöntemdir. IEA’ya göre 2024’te CCUS’lu hidrojen üretimi yaklaşık 0.6 Mtpa, ilan edilmiş 2030 hattı ise yaklaşık 9 Mtpa.
• Turkuaz, mor ve pembe için resmi küresel kapasite verisi çok daha parçalı; bunlar hâlâ çoğunlukla demo / FOAK düzeyinde. IAEA ve nükleer-hidrojen kaynakları nükleer hidrojenin henüz erken ticari aşamada olduğunu, C2ES ve son incelemeler de metan pirolizinin yükselen ama henüz sınırlı ölçekte olduğunu gösteriyor.
Tablomuzda yer alan değer ve bilgileri incelediğimizde aslında hidrojen için sorunlu noktaları hızlıca görebiliyoruz :
1. Bugün itibarıyla hidrojenin hiçbir türünün enerji denklemi pozitif değildir. Karbon emisyonları faktöründen bağımsız olarak dahi, en etkili yöntemlerde bile 1kWh için 1,1 kWh ve üstünde enerji kullanımı gerekli görünüyor. Bu da eldeki enerjinin, yani petrol, kömür veya elektriğin hidrojen yakıtına dönüştürülmesini ekonomik ve teknik mantık olarak anlamsızlaştırıyor.
2. Bir litre benzine eşdeğer olarak karşılaştırma yaptığımızdaysa hidrojenin en iyi durumda bile benzinin performansını yakalamakta çok zorlandığını değerlendiriyoruz. Bu sütunda yer alan rakkam 1’in üstünde olduğunda 1 litre hidrojenin bir litre benzinden daha fazla enerji getirdiğini anlarız. Ancak rakkamları değerlendirdiğimizde sadece yeşil ve sarı hidrojenin bu rakkama yakınsadığını tespit ediyoruz.
3. Karbon yakalama teknolojilerinin henüz olgunlaşmadığını biliyoruz bu sebeple yenilenebilir kaynakların dışında sınıflandırılan hidrojen kaynağının ancak karbon yakalama teknolojilerinin olgunlaşmasıyla ilgi çekici hale gelebileceğini düşünmeliyiz. Yani fosil yakıtlardan hidrojen elde etmenin bugün için ne enerji etkinliği adına ne de küresel ısınmayı önleme adına bir anlamı olmadığını gözlüyoruz.