Hidrojen Ekonomisi: Geleceğin Yakıtı Bugünden Geliştiriliyor 

Küresel iklim değişikliğinin etkileri arttıkça, enerji kaynaklarının temiz ve sürdürülebilir kaynaklarla desteklenmesi ihtiyacı da artmaktadır. Enerji kaynakları arasında hidrojenin pek çok avantajı vardır ve hidrojen ekonomisi yoluyla dünyamıza güç sağlama yöntemlerimizde devrim yaratma potansiyeline sahiptir.

Hidrojen periyodik tabloda en bol bulunan elementtir, ancak serbest halde bulunmaz ve üretimi için kimyasal işlem gerektirir. Yüksek enerji içeriği ve sıfır karbon emisyonu özelliği, hidrojeni enerji depolama ve enerji üretimi için geleneksel fosil yakıtlar karşısında sürdürülebilir ve cazip bir alternatif haline getirmektedir.

Hidrojen yakıt olarak kullanıldığında sadece su buharı çıkarır ve çok çeşitli üretim yöntemleriyle isteğe bağlı olarak üretilebilir, depolanabilir ve tüketilebilir. Ayrıca, hidrojenin önemli zorluklarla da olsa taşınabilir bir enerji kaynağı olması onun esnekliğini ve istikrarlı bir enerji kaynağı olarak güvenilirliğini artırmaktadır.

Ancak çoğu sektör girişiminde olduğu gibi, hidrojen ekonomisinin geliştirilmesi ve hidrojenle çalışan proseslerin benimsenmesi konusunda da başta mevcut altyapı ve düzenlemelerin eksikliği olmak üzere çeşitli zorluklar bulunmaktadır.

Hidrojen konusunu anlamanın ilk adımlarından biri, hidrojenin elde edildiği çeşitli yöntemleri tanımaktır. Bu üretim yöntemlerinin her biri; finans, sürdürülebilirlik ve yasal düzenlemeler açısından farklı sonuçlar doğurur.

Her tüketim maddesi gibi hidrojen de ancak üretim yöntemi kadar temiz ve çevre dostu olabilir. Hidrojenin çevre dostu olma seviyesini ayırt etmek için renk kodlu bir sistem kullanılmaktadır. Bu palette daha da fazla renk mevcuttur, ancak doğal gazın ana bileşeni olan metan ile birlikte önde gelen alternatifler aşağıda sunulmuştur.

• Gri hidrojen: Şu anda en yaygın üretim yöntemi olan gri hidrojen, doğal gazdan şu yollarla elde edilir: buhar-metan reformasyonu (SMR) veya ototermal reformasyon (ATR). Bu prosesler uygun maliyetli olmasına rağmen, her ikisi de atmosfere önemli miktarda karbondioksit salmaktadır ve gri hidrojenin yakıt olarak kullanılmasının çevresel faydalarının çoğunu ortadan kaldırmaktadır.
• Mavi hidrojen: Doğal gaz, SMR ve ATR'ye dayanması bakımından gri hidrojene benzeyen mavi hidrojen, üretim sırasında ortaya çıkan karbondioksit emisyonlarını yakalamak ve tutmak için karbon yakalama ve depolama (CCS) teknolojilerini içerir. Bu yöntem CCS nedeniyle daha sürdürülebilir olarak kabul edilir, ancak bu aynı zamanda onu daha pahalı hale getirir. ATR, mavi hidrojen üretimi için daha uygundur çünkü SMR'ye göre daha yüksek saflıkta karbondioksit akışı üretir.
• Yeşil hidrojen: Yeşil hidrojen elektroliz yoluyla üretilir; bu proseste su moleküllerini hidrojen ve oksijene ayırmak için rüzgar, güneş veya hidroelektrik gibi temiz enerji kaynaklarından elde edilen yenilenebilir elektrik kullanılır. Karbon emisyonu oluşturmayan bu yöntem, sürdürülebilirlik açısından en elverişli seçenektir. Ancak, üretim maliyetleri ve yenilenebilir enerji tedariki önemli bir zorluk kaynağıdır.
• Turkuaz Hidrojen: Yeni geliştirilen bir teknoloji olan turkuaz hidrojen üretiminde, doğal gazın ana bileşeni olan metanın hidrojen ve katı karbona ayrıştırılmasını içeren metan pirolizi yöntemi kullanılmaktadır. Halen geliştirme aşamasında olan bu yöntem, karbon yan ürünü kullanıldığında veya etkin bir şekilde tutulduğunda gri hidrojene göre düşük emisyonlu bir alternatif sunmaktadır.

Henüz emekleme aşamasında olan hidrojen ekonomisi, çok yönlülüğü ve yaygın küresel benimsenme potansiyeliyle biçimlenmeye başlıyor. Hidrojen, gübreler için amonyak üretiminden petrol ürünleri için rafinaj işlemlerine kadar çok sayıda endüstriyel proseste şimdiden önemli bir rol oynamaktadır.

Ulaşım sektöründe, hidrojenle çalışan yakıt hücreli elektrikli araçlar (EV'ler), bataryayla çalışan EV'ler ile karşılaştırıldığında saatler yerine dakikalar düzeyinde çok daha hızlı yakıt ikmali sağlamakta ve sıfır emisyonlu bir ulaşım alternatifi olarak ivme kazanmaktadır. Hidrojen ayrıca enerji üretimi için sabit yakıt hücrelerinde de kullanılabilir ve özellikle uzak bölgelerde ve şebeke erişiminin sınırlı olduğu bölgelerde evler ve iş yerleri için güvenilir elektrik sağlar.

Ayrıca hidrojen, özellikle yoğun kullanım dönemlerinde üretilen yenilenebilir enerji fazlasının daha sonra kullanılmak üzere depolanabilmesi için verimli bir enerji depolama aracıdır. Kısa süreli enerji depolamaya daha uygun olan akülerin aksine, hidrojen büyük miktarlarda enerjiyi uzun süre depolama yeteneğine sahiptir; böylece mevsimsel depolama için ideal hale gelir ve yenilenebilir enerji üretimindeki dalgalanmaları gidermeye yardımcı olur. Aküyle depolamaya kıyasla, hidrojenle depolama çok daha az yer ve ağırlık gerektirir ve zaman içinde neredeyse hiç enerji kaybı olmaz.

Fosil yakıt temelli enerji üretim yöntemlerinin hidrojen kaynaklı enerji ile desteklenmesi, başta sera gazı emisyonları olmak üzere, insanlığın ve gezegenin bugün karşı karşıya olduğu birçok acil iklim sorununun aşılmasına yardımcı olacaktır. Hidrojen ekonomisi geliştikçe, işletmeler iklim değişikliğini azaltma ve kurumsal sürdürülebilirlik hedeflerine ulaşma konusunda güçlenmektedir.

Ayrıca hidrojen, enerji kaynaklarını çeşitlendirerek ve jeopolitik dinamiklerden giderek daha fazla etkilenebilen geleneksel enerji kaynaklarına olan bağımlılığı azaltarak enerji güvenliğini artırır. Hidrojen ekonomisi, inovasyonu teşvik etmek, yeni endüstriler ve iş alanları yaratmak ve değer zinciri boyunca ekonomik büyümeyi canlandırmak için bir fırsattır. Hidrojenle çalışan endüstriyel proseslerin eklenmesi, havadaki kirleticileri de azaltarak, özellikle yoğun nüfuslu bölgelerde hava kalitesinin iyileşmesine yardımcı olur ve halk sağlığına katkıda bulunur. 

Avantajlarına rağmen hidrojenin yaygın olarak benimsenmesinin önünde çeşitli engeller bulunmaktadır. 

İlk olarak, her ne kadar yeşil hidrojen altyapıya güç sağlamak için sıfır emisyonlu bir seçenek sunsa da, enerji üretmek geleneksel fosil yakıtlara göre önemli ölçüde daha pahalı kalmaya devam etmektedir. Yeşil hidrojen üretiminin maliyetini düşürmek, hidrojen ekonomisini teşvik etmek için en önemli önceliklerden biridir. 

Benzer şekilde, mavi hidrojen de gri hidrojen üretimine önemli maliyetler eklediğinden, kullanımını artırmak için teşvikler gerekecektir. 

Ayrıca hidrojen; üretim, depolama, taşıma ve dağıtım için sağlam ve gelişmiş bir altyapıdan yoksundur. Bu boyutların oluşturulması için hidrojeni güvenli ve verimli bir şekilde işleyecek yeni altyapıların kurulmasını ve mevcut altyapıların uyarlanmasını sağlayacak önemli yatırımlar gerekir. Hidrojen teknolojilerinin sanayi ve tüketici düzeyinde yaygınlaşabilmesi için toplumun güvenini kazanması ve bu teknolojileri benimsemesi gerekir. Bunun için de hidrojenin faydalarını anlatan, güvenlik endişelerini ele alan ve yanlış inanışları ortadan kaldırmayı amaçlayan farkındalık kampanyaları düzenlenmesi zorunludur.

Son olarak, üretim ve depolama yöntemlerinden nakliye ve son kullanıma kadar tüm değer zinciri boyunca güvenlik protokolleri ve düzenlemeleri yaygın olarak bilinmeli ve anlaşılmalıdır. Düzenleyici kurumlar, hem mevcut ve potansiyel hidrojen kullanıcılarının eğitilmesinde hem de hidrojenin benimsenmesinin teşvik edilmesinde önemli bir rol oynamaktadır. 

Hükümetler ve düzenleyici kurumlar, hidrojen ekonomisinin gelişmesini hedefe yönelik politikalar ve teşviklerle desteklemede çok önemli bir role sahiptir. Bunlar genellikle karbon vergileri, yenilenebilir enerji kredileri veya yeşil enerjiyi iş açısından daha cazip hale getiren emisyon üst sınırı ve emisyon ticareti sistemleri olarak karşımıza çıkmaktadır. Örneğin, Amerika Birleşik Devletleri'nin 2022 Enflasyon Düşürme Yasası, temiz enerji vergi teşviklerini ve ülke içindeki yenilenebilir enerji üretimini artırmaya yönelik diğer hükümleri içermektedir. Bu arada, Japonya ve Güney Kore de her biri 2050 yılına kadar karbon nötr olmayı taahhüt etti; ayrıca tüm Avrupa Birliği de aynı uygulamayı benimsemiştir.

Politika belirlemenin ötesinde, hükümetler aynı zamanda Ar-Ge çalışmalarını da finanse etmektedir. Bu finansman yeşil ve mavi hidrojen üretim maliyetlerinin düşürülmesi, hidrojen teknolojilerinin verimliliğinin artırılması ve bu çok yönlü enerji taşıyıcısı için yeni uygulama alanlarının ortaya çıkarılması açısından hayati önem taşımaktadır. Kamu finansmanı ve teşvikleri, hidrojen yakıt ikmal istasyonlarının, boru hatlarının ve depolama tesislerinin yaygınlaştırılmasını hızlandırabilir ve böylece benimsenmeyi artıracak sağlam bir altyapı oluşturabilir.

Kamu kurumları da hidrojen değer zincirinde net güvenlik protokollerinin ve yönetmeliklerinin oluşturulmasında kilit bir rol oynamaktadır. Kamu güvenliğinin sağlanması ve hidrojen teknolojilerine olan güvenin tesis edilmesi için bu uygulamaların güçlendirilmesi son derece önemlidir.

Hidrojen ekonomisinin ilk aşamalarında olduğu göz önüne alındığında, potansiyel uygulamalar mevcut kullanımların ötesine uzanmaktadır. Örneğin, enerji yoğun üretim prosesleri nedeniyle büyük karbon ayak izine sahip çelik ve çimento üretimi gibi endüstriler, çevresel etkiyi azaltmak açısından kullandıkları fosil yakıt bazlı enerjiyi hidrojenle desteklemeyi aktif olarak araştırmaktadır.

Fosil yakıtlara büyük ölçüde bağımlı olan denizcilik ve havacılık sektörlerinde de karbon emisyonlarını azaltmanın zor olduğu görülmüştür. Bununla birlikte, içten yanmalı motorlara güç veren hidrojen yakıt hücreleri potansiyel çözümler sunmaktadır.

Hidrojen, atmosfere karbon salınımını azaltmak için geleneksel doğal gaz yakıtlı elektrik üretim tesislerine bile karıştırılmaktadır. Yeni gaz türbini tasarımları artık hidrojeni tek başına yakıt kaynağı olarak kullanabiliyor ve doğal gaz karışımına gerek kalmıyor.  

Tüketici seviyesinde, toplam karışımın %20'sine kadar doğal gazla harmanlanan hidrojen, ısıtma sistemleri, sobalar, sıcak su ısıtıcıları ve çamaşır kurutucular gibi mevcut cihazlarda herhangi bir değişiklik gerektirmeden konutlarda ve ticari uygulamalarda kullanılabilir - böylece karbon emisyonlarını azaltmak ve daha sağlıklı yaşam ortamlarını teşvik etmek için yeni bir yol sağlanmış olur. 

Sağlam bir hidrojen ekonomisinin geliştirilmesi tek başına gerçekleşmeyecektir. Bunun yerine üreticiler, tedarikçiler, kamu ve özel araştırma kurumları, hükümetler ve halk dahil olmak üzere tüm paydaşlar arasında işbirliğine dayalı bir yaklaşım gereklidir. İnovasyonu teşvik etmek, maliyet engellerini azaltmak, teknik zorlukların üstesinden gelmek ve güvenliği sağlamak için ilave pilot projeler ve ayrıca daha fazla Ar-Ge yapılması şarttır. 

Zorluklar devam etse de, dünya karbondioksit emisyonlarını azaltmaya ve mevcut güç kaynaklarını sürdürülebilir yeşil enerji ile desteklemeye çalışırken hidrojen kullanımı sayısız fayda sunmaktadır. Benimseme zorluklarını aşmak için sürekli araştırma, eğitim, teknolojik inovasyon ve politika oluşturma konusunda birlik gereklidir, bununla birlikte hidrojenin kullanımı ve potansiyeli artmaya devam etmekte, bu da endüstri ve ötesi için daha temiz bir geleceğe güç sağlamak üzere önemli bir fırsat sunmaktadır.