“Dikkat, hiçi her şeye dönüştürür.”
GOETHE
Hidrojen [Yunanca: ὑδρογόνο ( Ydrogono ) = su yapan; Osmanlıca müvellidülmâ = su yapan], elementi sembolü H olan, 1 atom sayılı ametaldir. Standart sıcaklık ile basınç altında renksiz, kokusuz, metalik olmayan, tatsız, oldukça yanıcıdır. Doğal olarak, molekül halinde H2 biçiminde bulunan bir biatomik gazdır. 1.00794 g/mollük atomik kütlesi ile tüm elementler arasında en hafif elementtir. Periyodik cetvelde sol üst köşede yer alır.
Hidrojen, evrenin kütlesinin %75′ni oluşturan, evrende en çok bulunan elementtir. Ana hatta bulunan yıldızların çoğunluğu plazma halinde olan hidrojenden oluşur. Elementel hidrojen dünyada az bulunur. Endüstride metan gibi hidrokarbonlardan üretilebildiği gibi, pahalı olsa da suyun elektrolizinden de üretilebilir.
Güneş ile öteki yıldızların termonükleer tepkimeyle vermiş olduğu ısının yakıtı hidrojen olup, evrenin temel enerji kaynağıdır. -252.77°C’da sıvı hale getirilebilir. Sıvı hidrojenin hacmi gaz halindeki hacminin sadece 1/700′ü kadardır. Hidrojenin bilinen tüm yakıtlar içerisinde birim kütle başına en yüksek enerji içeriği vardır. 1 kg hidrojen 2.1 kg doğalgaz ya da 2.8 kg petrolun enerjisine sahiptir. Ancak birim enerji başına hacmi yüksektir.
1 kg sıvı hale getirilmiş hidrojenin ısıl değeri 120 milyon joule’dir. 1 kg sıvı uçak yakıtının ısıl değeri ise 44 milyon joule’dir. Hidrojenin ısıl değeri tüm yakıtlardan fazladır. Hidrojenin bu özelliğinden ötürü, uzay araçlarında yakıt olarak sıvı hidrojen kullanılmaktadır
Hidrojen gazını yapay olarak ilk kez T. Von Hohenheim (ayrıca Paracelsus, 1493 – 1521, olarak da bilinir), güçlü asitlerle metalleri karıştırarak elde etmiştir. Bu kimyasal reaksiyon sonucu elde edilen bu yanıcı gazın yeni bir element olduğunun farkına varamamıştır. 1671 yılında hidrojen, Robert Boyle‘ ca demir çubuk ile seyreltik asit çözeltilerinin reaksiyonu sonucu üretilerek yeniden keşfedilmiştir. 1766 yılında Henry Cavendish metal asit reaksiyonuyla elde edilen, havada yanan, yandığı zaman su açığa çıkaran hidrojenin ayrı bir element olduğunun farkına vardı. 1783′te Antoine Lavoiser, Laplace ile Cavendish’in bulduklarını tekrarlarken, yandığı zaman su üreten bu gaza hidrojen adını vermiştir.
Halen Hidrojen üretiminin üçte ikisi Amonyak elde edilmesinde kullanılır. İkinci derecede önemli kullanma alanı petrol rafinasyonundaki katalitik parçalama işlemidir. Üçüncü derece kullanıldığı alan metanol üretimidir. Bundan başka yağların Hidrojene edilmesinde de kullanılır. Doymamış, yağların hidrojenlendirilmesi ile margarin elde edilir Hidrojenlendirme işi aynı zamanda birçok organik bileşiklerin üretiminde de kullanılır. Plastik Madde yapımında plastifiyan olarak kullanılır. Metalurjide kaynak işlerinde yakıt olarak kullanılır.
Hidrojen yandığı zaman çevreye kirletici artıklar vermemektedir. Bu yüzden otomobillerde yakıt olarak kullanılmak istendiğinden bu konuda çalışmalar yapılmaktadır.
Ancak uzay programları dışında şimdiye kadar hidrojen bir yakıt ya da enerji taşıyıcısı olarak pek kullanılmamıştır.Bazı kimyasal ile metalürjik uygulamalarla rafinerilerde ham petrol yükseltgenmesi gibi işlerde kullanılmıştır.Günümüzde dünya çapında yıllık hidrojen üretimi 40 milyon ton(5,6 EJ) dolayındadır.Bir enerji taşıyıcı olarak hidrojenin ileriki yıllarda çok daha fazla niceliklerde üretilmesine gereksinim olacaktır.
Son onbeş yıl içerisinde hidrojenle çalışan değişik motorlar üretilmiş, otolara, otobüslere uygulanarak demonstrasyonlar yapılmıştır. İçten yanmalı motorlarda yakıt olarak hidrojen kullanılabilmekte olup, bunlar çoğunlukla enjeksiyonlu motorlardır. Diesel kafalı motorlarda hidrojen enjeksiyonu ön yanma odasına yapılırken, Otto kafalı motorlarda doğruca yanma odasına yapılmakta, uzun tırnaklı özel bujiler kullanılmaktadır. Bu motorların hem iki, hem de dört zamanlı olanları vardır. Son yıllarda hidrojen/benzin ile hidrojen/doğal gaz sistemli Otto motoru gibi düzenlemeler ortaya çıkarılmıştır. Hidrojen yakıtı araçlara sıvılaştırılmış biçimde ya da metalik hidrid biçiminde uygulanmaktadır.
Ballard, BMW, Buick, Daimler Benz, Ford, G.M., Honda, Mazda, Suzuki, Toyota gibi otomobil firmalarının 1990 öncesi deneme ile demonstrasyon amacıyla ürettikleri hidrojenli araçlar vardır.
İlginç bir yaklaşım olarak, 1874′te ünlü bilimkurgu yazarı Jules Verne “Issız Ada” adlı yapıtında hidrojenden söz ediyor : “Bir grup Amerikalı, balonla Avrupa’ya giderken fırtınaya yakalanıp Pasifik’te ıssız bir adaya iniyorlar. Bir gece ateş başında otururlarken içlerinden biri, ‘Kömür’ bitince taş devrine mi döneceğiz?… Diyor. Düşünün o zamanlar petrolün, doğalgazın adı bile yok, sadece kömür var. Bir mühendis yanıt veriyor; ‘Kömür’ bitince hidrojen kullanacağız, kömürden daha kuvvetli bir enerji kaynağı olacak diyor.”
Hidrojenin fosil yakıtların yerini almasıyla başlayacak döneme “Hidrojen Ekonomisi” dönemi denecektir. Bunun için yapılan çalışmalar 1970 li yıllarda başlamıştır.
1974 yılında, hidrojen ekonomisi üzerine düzenlenen ilk konferans olan Hidrojen Ekonomisi Miami Enerji Konferansı (THEME) sırasında, hidrojen enerji sisteminin zamanı gelmiş bir fikir olduğu üzerine görüş birliğine varıllarak, toplantı hidrojen enerjisi üzerine resmi bir kuruluşun gerekip gerekmediği konusuna gelmiştir. Yapılan tartışmalar sonucunda, aynı yılın sonlarına doğru, “Uluslararası Hidrojen Enerjisi Kurumu” kurullarak çalışmaya başlamıştır
“Uluslararası Hidrojen Enerjisi Kurumu”nun ilk eylemlerinden biri, Hidrojen Enerjisi topluluğu için bir platform sunacak olan, Dünya Hidrojen Enerjisi Konferansları’nı (WHEC) düzenlemek olmuştur. Dünyanın birçok ülkesinde 11 kez yapılan, WHEC konferanslarının sonuncusu Fransa Lyon’da 2006 yılında gerçekleştirilmiştir.
Türkiye’nin 7. Beş Yıllık Kalkınma Planı Genel Enerji Özel İhtisas Komisyonu Yeni-Yenilenebilir Enerji Kaynakları Raporu’nda, hidrojen teknolojisine değinilmekle birlikte, resmileşen kalkınma planında hidrojen enerjisinin adı geçmemektedir. Hidrojen konusu üniversitelerimiz ile araştırma kuruluşlarımızda çok sınırlı biçimde ele alınmaktadır. TÜBİTAK Marmara Araştırma Merkezi’nde hidrojen alanında Uluslararası Enerji Ajansı programları kapsamında çalışma başlatılmak istenmişse de, söz konusu işbirliği 1996 yılında kesilmiştir.
Birleşmiş Milletler (UNIDO) desteği ile ICHET projesi kapsamında, İstanbul’da Hidrojen Enstitüsü kurulması konusu gündemdir. 20-22 Kasım 1996 tarihlerinde Viyana’da yapılan 16. UNIDO Endüstriyel Kalkınma Kurulu Toplantısı’nda, UNIDO işbirliği ile ülkemizde Uluslararası Hidrojen Enerjisi Teknolojileri Merkezi (ICHET) kurulması kararı alınmıştır.
Bu bilgiler ışığında aklıma Karadenizin derinliklerinde bulunan olağanüstü hacimdeki hidrojen sülfürden (H2S) hidrojen elde edilebileceği fikri geldi.
Bilindiği gibi Karadenizin yüzeyden 200 – 250 m aşağısında hidrojen sülfür bulunmaktadır. Ancak bu hidrojen sülfürün kaynağı, bazı bilimadamlarının dediği gibi, Karadenize akan nehirlerin getirdikleri organik maddeler ya da kimyasal kirlilik, deniz dibindeki bazı minicanlıların eylemleri sonucu değil, Karadenizin dibinde bulunan bir çok çamur volkanın püskürtmeleri sonucudur. Bu volkanlara Sinop – Samsun arasında rastlandığı gibi, bu volkanlar Kırım açıklarında da görülmüştür.
Son yıllarda, Dokuz Eylül Üniversitesi Deniz Bilimleri ve Teknolojileri Enstitüsünün “Piri Reis” araştırma gemisi, Prof. Dr. Günay Çiftçi’ nin yönetiminde Sinop – Samsun’ un 30 mil kadar açığında, yüzeyden yaklaşık 1 600 m derinde bir çamur volkanı buldu. Karadenizin dibinde petrol, gaz, fay çizgisi ararken volkanı bulan araştırmacılar, volkanın dipten 180 m yüksekliğe kadar çamur fışkırttığını belirledi.
Ancak yaptığım bir araştırmada bu fikrin benden önce düşünülmüş olduğunu gördüm :
Hidrojen enerjileri üzerine ar-ge çalışmaları yürüten Dr. Mükerrem Şahin ile ekibi, tamamen Türk araştırmacılarla Karadeniz dip sularında yoğun olarak bulunan hidrojen-sülfürlü suyu geliştirdiği bir katalizör sistemi üzerinden geçirerek ekonomik koşullarda hidrojen gazı elde etmeyi başarmıştır.
Araştırmacıların yaptığı fizibilite raporları, Karadenizde var olan potansiyelin, bölgenin 100 yıllık elektrik gereksinimini karşılayabileceğini gösteriyor.
Dr. Mükerrem Şahin, Karadeniz’de hidrojen-sülfür oluşumunun jeolojik oluşumların (yukarda sözünü ettiğimiz çamur volkanları) etkisiyle sürekli olarak arttığının gözlendiğini belirtti.
Son yapılan araştırma sonuçlarının, Karadeniz’de hidrojen-sülfür oluşumunun giderek yükseldiğini gösterdiğini aktaran Şahin, ayrıca bu kaynaklara Karadeniz’in 30-40 metre altında bile rastlandığını belirtti.
Mükerrem Şahin’in çalışmalarını yakından izleyen, halen ABD’de yaşayan Dünya Hidrojen Enerjisi Derneği Başkanı Prof. Dr. Nejat Veziroğlu da ”Türkiye eğer bu alana yatırım yapar ve düşük maliyetle hidrojen üretimini yapabilirse, enerji bağımlılığından kurtulur. Ayrıca ticaret açığımız tamamen kapanır. Bu çok mühim bir konu” dedi.
Karadeniz’deki bu potansiyelin değerlendirilmesi konusunda Karadeniz Teknik Üniversitesi, Rize Üniversitesi ve Yıldız Teknik Üniversitesi araştırmacıları ile Karadeniz’e kıyısı bulunan ülke araştırmacılarının çalıştığını dile getiren Veziroğlu, “Ancak bu çalışmalar hala araştırma aşamasında. Henüz ticari hale gelmedi. Bu araştırmalar arasında hidrojeni en ekonomik şekilde üretecek sistemin bulunması lazım” olduğunu söyledi.
Bu araştırmaların büyük çaplı yapılabilmesi için desteklenmesi gerektiğini anlatan Veziroğlu, ”Büyük çaptaki deneylerde ticari olarak ne şekilde hidrojenin üretilebileceğinin projesinin hazırlanmış olması gerekiyor. Mükerrem Şahin’in çalışmasında hidrojen, kalalizör yöntemiyle elde ediliyor. Diğer çalışmalarda ise başka yöntemler kullanılıyor. Burada mühim olan hangi yöntemin hidrojeni daha ucuz üretilebileceği. En ucuz yöntem piyasayı tutacaktır. Bu anlamda Şahin’in çalışması çok mühim.
Bu çalışmanın ticari olarak üretilebilmesi için daha büyük çapta üretim yapılması ve maliyet hesaplarının yapılması lazım. Bu yöntemle ilk etapta hidrojen üretilirse, maliyet ne olacaktır? Bunun gösterilmesi lazım. Eğer doğalgazdan daha ucuza üretilebilirse, Türkiye’de doğalgazın, petrolün ve kömürün yerini alır ve dışarıdan doğalgaz, petrol ve kömür ithal etmemize gerek kalmaz.” demektedir.
Veziroğlu, Şahin’in çalışmasının Dünya Hidrojen Enerjisi Derneği’nin çıkardığı Uluslararası Hidrojen Enerjisi Dergisi’ne gönderildiğini, burada çeşitli araştırmacılarca incelenip yayınına karar verileceğini söyledi
[Bazı alıntılarla telif edilmiştir.]
——————————————
İlgili Makaleler :
Bockris, J. O’M. (1999); “Hydrogen economy in the future”, International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 24, Issue 1, s. 1-15.
Clark, Woodrow W. II ve Rifkin, Jeremy (2006); “A green hydrogen economy”,Energy Policy, Vol. 34, Issue 17, s. 2630-2639.
Dixon, Robert K. (2007); “Advancing Towards a Hydrogen Energy Economy: Status, Opportunities and Barriers”, Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change, Vol. 12, s. 325–341.
