Geleneksel fosil yakıtlarından (gfy: kömür-petrol-doğalgaz) Yenilenebilir Enerji Kaynaklarına (YEK) geçişin zorunlu olduğu konusunun, bütün dünya kamuoyu ve ilgili karar vericilerin, her geçen gün artan, liste başı bir gündem maddesi olduğu görülmektedir.
Söz konusu geçişin bir tercih olmayıp, İklim Değişikliği olgusunun yol açacağı toplu ekolojik yıkım kaygısının doğurduğu itkiden kaynaklandığı bilinmektedir. Günümüz uygarlığı esas itibarıyla, kömür-petrol-doğalgaz uygarlığıdır. Başlangıcı yaklaşık 250 yıl geriye uzanan Birinci Sanayi Devriminden bu yana, özellikle enerji üretimi ve dünyanın doğal kaynaklarını kullanma tarzından, daha genel ifadesiyle, sürgit olan mevcut yaşam tarzından kaynaklı olarak yerküre biteviye ısınmaktadır.
Küresel Isınmanın neden olduğu İklim Değişikliği olgusunun, geçen 250 yıl zarfında, insanoğlu için varoluşsal bir tehdide dönüşerek, yerküre üzerindeki bütün ekosistemi “Altıncı Büyük Çöküşün” eşiğine getirmiş bulunduğu değerlendirilmektedir (Robinson, 2021Robinson, D. (2021). Sixth Mass Extinction of Wildlife Accelerating- Study, August 10th 2021 adresinden alındı.).
Bu bağlamda, günümüzün apaçık ve yakıcı gerçeği, bir gram dahi kömür ve petrol, bir metreküp daha doğalgazın enerji üretim amacıyla bundan böyle kullanılmaması gerektiğidir. YEK, işte bu noktada mutlak bir zorunluluk haline gelmiş bulunmaktadır.
Öteden beri YEK konusundaki tartışmaların odağında yer alan bir soru bulunmaktadır: YEK, günümüzde ve gelecekte GFY’nin yerini bütünüyle alabilir mi?
Bu çalışmamızda ele alınan konularda bu sorunun yanıtı aranmaktadır: YEK’in, sadece GFY ile sınırlı olmaksızın, Nükleer Enerjinin de yerini alabilecek potansiyele sahip olduğu söylenebilir. YEK yelpazesi / türleri içerisinde yer alan Hidrojen Enerjisinin öne çıkmasıyla YEK, gezegenimiz üzerindeki yaşamı toplu yok oluş tehdidinden esirgeyecek kapasite ve potansiyele sahip olduğu düşünülmektedir YEK türleri ana karakteristikleri bakımından iki gruba ayrılmaktadır. Şöyle ki: rüzgâr, güneş (PV), yoğunlaştırılmış güneş (CSP), dalga (gel-git dahil) kesikli karaktere sahip türler olarak sınıflanırken; jeotermal, biyokütle ve hidrojen esaslı enerji üretim yöntemleri “baz yük” karakterine sahip YEK türleri olarak ayrışmaktadır. Bunlar arasında, sadece biyokütle ve hidrojen, taşınabilir ve depolanabilir olma özelliğine ve avantajına sahip bulunmaktadır.
Hidrojen ve biyokütle kaynaklı enerji üretim sistemlerinin yılda 7.500-8.000 saat devrede olabilmesine karşın, rüzgâr ve güneş enerji kaynaklı sistemlerin yıl içerisinde emre amade olabildikleri sürenin 2-3 bin saat süre zarfında ve üstelik kestirilemez zaman dilimlerinde olduğuna işaret edilmektedir. Diğer taraftan, “birincil” olarak tanımlanan GFY ve diğer YEK türlerinden farklı olarak, hidrojenin enerji üretiminde kullanılmak üzere öncelikle diğer kaynaklardan üretilmesi gerektiği ve bu anlamda “birincil” bir enerji kaynağı olmadığı da belirtilmelidir. Hidrojen, literatürde bir “enerji taşıyıcısı” olarak tanımlanmaktadır (European Environment Agency, 2022European Environment Agency, (2022). Atmospheric greenhouse gas concentrations adresinden alındı.).
İklim Değişikliği ve YEK’e Geçişin Zorunluluğu
Birinci Sanayi Devriminden bu yana, genel olarak yaşam tarzı, özel olarak da doğal kaynakların sınırsızcasına tüketilmesinden kaynaklı olarak, günümüzde, yerküre üzerindeki ekosistemin topluca çöküşün eşiğine taşınmış olduğu söylenebilir. Bu sonuca yol açan etmenlerin başında GFY’nin enerji üretiminde kullanılması yer almaktadır. GFY kaynaklı enerji üretimi, Küresel Isınma olgusunun insanoğlu eliyle gerçekleşen başlıca nedeni olarak, günümüzde varoluşsal bir sorunsala dönüşen İklim Değişikliğine yol açmış bulunmaktadır. Söz konusu zorunluluğun arka planında yer alan gerekçelere ilişkin bulgu ve göstergelere yer vermek, konunun bütünlüğü bakımından yararlı olacaktır. Aşağıda yer alan NOAA kaynaklı grafiklerde, Hawaii Adalarındaki Mauna Loa gözlemevinde, 1950’li yıllarda başlatılan CO konsantrasyonu ölçümlerinde elde edilen sonuçlar ile (Şekil 1a ve Şekil 1b) daha geniş bir zaman aralığında, 1. Sanayi Devriminin başlangıcı sayılabilecek 1750 yılından günümüze kadar uzanan zaman dilimi boyunca, CO konsantrasyonunda gözlenen sürekli artışın yanı sıra, atmosfere salınan CO miktarları da (Şekil 2) gösterilmektedir.
Yapılan ölçüm ve bir hesaplamaya göre, güncel olarak atmosferde mevcut CO gazı, yaklaşık olarak toplamda 3,2 trilyon tondur. Endüstri öncesi dönemde 280 ppm olan CO konsantrasyonunun günümüzde 420 ppm’e ulaştığı göz önüne alındığında, anılan miktarın üçte birine karşılık olan yaklaşık 1,1 trilyon CO gazının son 250 yılda salındığı sonucu çıkarılabilir (Lindsey, 2020Lindsey, R. (2020). Climate Change: Atmospheric Carbon Dioxide. adresinden alındı.). Ancak, değişik varsayımlara dayalı hesaplamalarda tam bir uyum olmadığını da vurgulamak gerekir.
Şekil 4’te ise 1880–2020 yılları arasında yerkürenin sıcaklığındaki ortalama artış yer alıyor. Grafiğin solda yer alan y-ekseni sıcaklık değişimini Celsius birimiyle göstermektedir. Düzenli yapılan ölçümler, 1880–2020 yılları arasında yerkürenin en az ortalama 1,1°C artmış olduğunu ortaya koymaktadır. (World of Change: Global Temperatures, t.y.World of Change: Global Temperatures, (t.y.). adresinden alındı.)
Bu arada, Mauna Loa gözlemevi sonuçlarında sadece CO konsantrasyonu ölçümleri yer almaktadır. Metan, azot oksit. HFC vs. gibi diğer sera gazları hesaba katıldığında, toplam sera gazı konsantrasyonunun 2018 yılında 457.0 ppm değerine eriştiği görülmektedir (European Environment Agency, 2022European Environment Agency, (2022). Atmospheric greenhouse gas concentrations adresinden alındı.).
Geçen yıl 26’ncısı düzenlenen BM İkilim Değişikliği Konferansları serisinde “Sıfır Karbon Salımı”, “Düşük Karbon Ekonomisine Geçiş” başlıkları altında sıralanan vaat, dilek ve temennilere sıkça karşılaşılmıştır. Ayrıca 2050 yılında “Karbon Nötr” döneme geçileceği yönünde iddialar ortaya konmaktadır. Buna karşın şu sorunun yanıtı açıkta kalmaktadır: Örneğin 2040 yılında atmosferdeki CO konsantrasyonu, farz edelim ki 500 ppm seviyesine eriştiğinde, “Geri Dönülmez Noktanın” hala aşılmamış olacağını nereden ve nasıl bilinmektedir?
Kapıya dayanan tehlike Permafrost’un (çoğunlukla Kuzey Buz Denizini çevreleyen ve genişliği 20.0 milyon km ’yi geçen sürekli donuk araziler) süratle çözülmekte olduğudur. Hızlanarak devam eden çözülme süreciyle birlikte, donmuş toprak tabakaları arasındaki on milyarlarca ton metan gazı atmosfere karışacağı gibi, binlerce yıldır kış uykusunda bulunan virüs ve bakteriler de uyanacaklardır. Bazıları belki de COVID-19’dan daha tehlikeli olan bu hastalık vektörlerine karşı bağışıklığımız da bulunmamaktadır.
İklim Değişikliği olgusunun kısa erimde baş göstermesi olasılığı yüksek bu tür sonuçları da açıkça gösteriyor ki, oyalanmadan, daha fazla gecikmeksizin, Sıfır Salım gibi, mevcut varoluşsal tehdit karşısında etkisiz stratejiler, kısa düşen yetersiz vaatler yerine, “Negatif Karbon Salımı / Karbon Negatif ” uygulamaların küresel ölçekte hayata geçirilmeleri gerekmektedir. Atmosfere salmakta olduğumuz sera gazlarından fazlasını kalıcı olarak tutmak zorunluluğu bulunuyor. Peki, bu hedef nasıl gerçekleştirilebilir? Bu konu başlı başına bir inceleme konusu olup, ayrı bir çalışmada etraflı olarak ele alınmalıdır.
Neden Hidrojen Enerjisi
Küresel ısınma ve buna bağlı İklim Değişikliği tehdidinin gözler önüne serdiği tabloya yukarıdaki bölümde yer verdikten sonra, YEK’e geçişin ivedi ve çok güncel bir zorunluluk olduğunun altını çizerek tekrarla vurgulamak gerekiyor.
YEK türleri arasında hidrojen enerjisi, öne çıkan bir önem ve ayrıcalık taşıyor. YEK, GFY ve nükleer enerjinin yerini bütünüyle doldurabilecektir. Ancak, şu noktanın da altını çizmekte yarar var: Hiçbir YEK türü kendi başına bir “gümüş mermi” değildir. Başka bir ifadeyle, sadece hidrojen veya örneğin güneş enerjisinin (PV veya yoğunlaştırılmış güneş), dünyadaki enerji sorununu çözmekte tek başına yeterli olabileceği yönünde bir sav öne sürülemez.
Ancak, hidrojen enerjisinin sağladığı biricik avantajlara, diğer YEK türlerine kıyasla sahip olduğu üstünlüklere de işaret etmek yararlı olacaktır.
Hidrojen de dahil olmak üzere YEK türlerinin ortak özelliği ve çevre etkisi bakımından sağlanan başlıca avantaj, “Temiz ve Tükenmez” karaktere sahip olmalarıdır. Diğerlerinden farklı olarak hidrojenin dolaylı şekilde başka kaynaklardan üretilmesi gerekmektedir. Bu nedenle, yukarıda da belirtildiği üzere, hidrojen bir “enerji taşıyıcısı” olarak sınıflandırılmaktadır (IEA, 2021IEA (2021). Kaynak metnin kaynakça bölümünde bu atıf için ayrı bir tam künye verilmemiştir.).
RES ve GES’e Dair Kısıtlar
“Baz Yük” (yılda 7,000+ saat devrede/emre amade) özelliğine sahip olan hidrojene göre, biyokütle (BES) ve jeotermal (JES) ayrı tutulursa, günümüzde hayli popüler olan güneş (GES) ve rüzgâr enerjilerinin (RES), kaynak bakımından kesikli karakterde olmalarının önemli bir dezavantaj oluşturduğu görülmektedir.
Küresel ölçekte popüler ve kurulu güç kapasitesi her geçen gün ivmeli bir artış gösteren RES ve GES’ten ibaret bir enerji iletim ağı kurulması, teknik kısıtlamalar yüzünden olanaklı değildir. Rüzgâr ve güneş kaynakları, yıl boyunca toplamda sadece, olsa olsa 3,000 saat dolayında kullanıma elverişlidirler. GES için kaynağın mevcudiyeti bir ölçüde kestirilebilirken, RES için böyle bir tahminde bulunmak mümkün değildir. Yerel iklimsel anomaliler RES’e ilişkin tahminleri büsbütün belirsiz hale getirmektedir.
RES ve GES’i enerji arzı bakımından, bir nebze olsun güvenli kaynaklara dönüştürmek ise enerji depolanmasını gerekli kılmaktadır. RES ve GES tesislerinde üretilen enerji depolanmıyorsa, üretildiği anda tüketmek zorunluluğu vardır. Depolama yapıldığı durumda, örneğin, bunların emre amade olduğu süreyi yıl içerisinde 6.000 saat dolayına çıkarmak için kurulu güç kapasitesini iki kat arttırırken, üretilecek elektrik enerjisinin depolanacağı “batarya çiftliği” tesislerinin de kurulması gerekmektedir. Bu çalışmamızda, maliyet unsurunun esas belirleyici parametre olarak kabul edilmediği ve bunun minimize edilmesi arka planda yer aldığı için, yaklaşık baz yük karakteri kazandırılmış RES veya GES’lerin kuruluş maliyetindeki artışa değinmiyoruz. Maliyet faktörüne ilişkin bazı belirlemelere aşağıda yer verilmektedir.
Enerji depolanması konusu açıldığında bir diğer popüler isim ya da markaya değinmek gerekiyor: Li-Ion bataryalar.
Bu noktada şu belirlemenin altı çizilmelidir: Enerji depolama araç ve teknolojileri henüz emekleme çağındadır. Bunları geliştirilerek olgun ve yetkin çözümler haline getirme aşamasından henüz uzak bulunuyoruz.
Dahası, rüzgâr ve güneşin bol ve bedava olmasına karşın, Lityum için aynı durum geçerli değildir. Burada, adı enerji depolama konusunda en sık anılan çözümlerin dayandığı ana element olduğu için Lityum üzerinde özellikle durulmaktadır. Her ne kadar kanıtlanmış ve olası lityum rezervleri mevcut üretim seviyesi ve küresel talebin çok üzerinde olması dolayısıyla, yakın ve orta vadede arzda bir sıkışıklık ve buna bağlı olarak fiyatlarda bir sıçrama beklentisi bulunmuyorsa da sınırlı sayıda tedarikçiye bağımlılığın potansiyel bir sorun kaynağı olabileceği düşünülmektedir (National Minerals Information Center, t.y.National Minerals Information Center (t.y.). Lithium Statistics and Information. adresinden alındı.). Ancak, Li-Ion batarya tipine alternatif olarak çok sayıda çözüm (Sodyum-Sülfür, Alüminyum-İyon vs.) üzerinde yoğun çalışmalar olduğu da belirtilmelidir. Rüzgâr ve güneşe ilişkin bir dezavantajın da bunlara dayalı enerji üretiminin kısıtlı alanlarda; örneğin yılda 3,000+ saat rüzgârın estiği ya da gün ışığına poz süresinin de asgari bu seviyede olduğu alanlarda Rüzgar ve PV enerji üretim tesislerinin kurulması, “proses verimliliği” açısından uygun olacaktır.
Hidrojene Kıyasla Jeotermal ve Biyokütle Üzerine Kısa Değerlendirme
JES esaslı enerji üretim tesisleri de baz yük işlevine sahip olmakla birlikte, gerekli jeotermal kaynakların mevcut bulunduğu alanların, yer kabuğunun faylarla kırılmış ve magmanın yer yüzüne yakın olduğu, tektonik riskler taşıyan arazilerle sınırlı olduğunu belirtmek gerekiyor. Kaynak, pratikte sınırsız olmakla beraber jeotermal alanlarını sınırlı oluşu başlı başına bir dezavantaj oluşturmaktadır.
Buna karşılık, biyokütle; temiz, tükenmez, taşınabilir, depolanabilir ve çöller dışında her alanda mevcut olabilen bir YEK türü olarak öne çıkıyor. Biyokütleden enerji tesisleri (BES), baz yük işlevine sahip, coğrafi bir alan üzerinde farklı kapasitelerdeki tesisler ağı şeklinde dağıtık bir sistem oluşturacak şekilde kurulabilirler. BES’e ilişkin ayırt edici önemli bir avantaj, kentsel alanlarda açığa çıkan organik atıkların bertaraf edilmesinde BES’in etkili bir araç olarak, enerji ve çevre sorunlarına ilişkin çözümleri bütünleştirici bir rol oynama potansiyeline sahip olmasıdır. Biyokütleden, fosil yakıtlarının yerini alabilecek biyoyakıtların üretilmesi olanağı da bulunmaktadır.
Çalışmamızın ana teması bakımından, biyokütlenin aynı zaman da bir hidrojen kaynağı olarak kullanılabileceğini de bu arada belirtmek gerekiyor. Biyokütlenin bu işlevine aşağıda değinilmektedir.
Hidrojen Enerjisinin Önemi ve Ayrıcalığı
Hidrojen, biyokütlenin yukarıda değinilen bütün avantaj ve ayrıcalıklarına sahip bir YEK türüdür. Hidrojenin bir enerji ve akaryakıt kaynağı olarak kullanılması sayesinde, YEK GFY’nin bütünüyle yerini alabilecektir. Bu olanak, hidrojen ve biyokütlenin öne çıkmasıyla gerçekleşebilir.
YEK’in GFY’nin yerini tamamen alması hedefi, “Karbon Sıfır” / “Net Sıfır Karbon Salımı” biçiminde de ifade edilebilir. Ancak, “Karbon Sıfır” aşaması İklim Değişikliği ile mücadelede nihai bir aşama olmaktan uzaktır. Asıl hedeflenmesi gereken, “Negatif Karbon Salımı” / “Negatif Karbon” uygulamalarının hızla hayata geçirilmesi ve küresel ölçekte yaygınlık kazanmasıdır.
Biokütleden farklı olarak hidrojenin, doğrudan (birincil) bir enerji kaynağı olmadığı için, muhtelif kaynaklardan üretilmesi gerekmektedir. Hidrojen, ısı ve elektrik üretimi amacıyla veya araçlarda yakıt olarak kullanıldığında atmosfere sadece su buharı salınmaktadır.
GFY’den YEK’e geçişte bir “fren mesafesi” söz konusudur. Geçiş bir günde, akşamdan sabaha olmayacaktır. Kısa zaman içerisinde gerçekleştirilecek değişimlere karşı işleyen bir atalet mevcuttur. Enerji sektöründeki oyuncu ve karar vericilerin YEK’e karşı değillerse de uzunca bir süre daha fosil yakıt kullanmaya devam yönünde bir eğilime sahip oldukları bilinmektedir. Oldukça yaygın olan görüş, ehven-i şer kabilinden, doğalgaz kullanımına mevcut enerji denkleminde daha ağırlıklı bir yer vermek şeklindedir. Bu noktada iki temel saptama yapılabilir: 1. Giriş başlığı altında da vurgulandığı üzere, bundan böyle, atmosfere 1,0 metreküp dahi CO veya bir diğer sera gazı salınmalıdır.
2. Doğalgazı, “saf değiştirerek” YEK arasına katmak üzere yöntem ve uygulamalar geliştirmek zorunluluğu bulunmaktadır. Somut bir öneri olarak, doğalgaz bir hidrojen ve aynı zamanda karbon kaynağı olarak kullanılmalıdır.
Her bakımdan iflas etmiş olduğu açık seçik ortada olan “eski dünya düzeninin” yerini alacak olan “Ekolojik Uygarlık”ın bir hidrojen-karbon çağı olacağı öngörülebilir. Şöyle ki: Hidrojen, başta doğalgazı ikame etmek üzere “Sıfır Karbon” bir yakıt olarak kullanılırken, metanın ayrıştırılması yoluyla (karbon ve hidrojen bileşenlerine ayırma) doğalgazdan elde edilecek karbon da yüzlerce çeşit ileri malzemenin üretilmesinde kullanılabilecektir. Bu sayede, doğalgazın yakılması durumunda açığa çıkacak olan karbon kalıcı olarak depolanmış olacaktır (Meier vd., 2013Meier, D., van de Beld, B., Bridgwater, A, V., Elliott, D. C., Oasmaa, A., Preto, F. (2013). Renewable and Sustainable Energy Reviews,Volume 20. adresinden alındı.).
Doğalgazın “ehlileştirilerek” YEK saflarına geçmesi sayesinde, tamamen YEK’e geçilmesiyle, mevcut doğalgaz ve “Gaz Hidratı” rezervlerinin heba edileceği yönündeki, ekonomik temelli kimi kaygılar da giderilmiş olacaktır.
Hidrojen Üretim Yöntemleri
Metan (dolayısıyla doğalgaz, gaz hidratları, kaya gazı), biyokütle ve en büyük kaynak olarak su, hidrojenin elde edilebileceği kaynakları oluşturmaktadır.
Doğalgazdan “metan re-formasyonu (methane reformation)” yöntemiyle hidrojen ve karbon elde edilebilmesi, hidrojeni, pek çok kullanım alanında doğalgazın yerini en kolay ve göreli olarak kısa erimde alabilecek YEK türü olarak öne çıkarmaktadır. Doğalgazdan hidrojen üretiminde başlıca yöntemlere aşağıda kısaca değinilmektedir.
İstim / Buhar-Metan Re-Formasyonu
Geçmişi 80 yıl kadar geriye uzanan, kanıtlanmış bir yöntem olarak istim-metan re-formasyonu, günümüzde en yaygın hidrojen üretim teknolojisidir. Örneğin, ABD’de gerçekleştirilen güncel hidrojen üretiminin %95’i doğalgazdan bu yöntemle sağlanmaktadır (8). Yöntem özlü olarak şöyle açıklanabilir: Metan, 700-1000°C sıcaklık aralığında kızgın buharla (istim) işleme tabi tutulur. 3,0 ila 25,0 bar basınç altında ve katalizörler vasıtasıyla gerçekleşen işlem sonunda karbon monoksit (CO) ve hidrojen (H ) açığa çıkar.
İşlemin basit bir kimyasal denklemle anlatımı da şöyledir: CH + H O (+ ısı) → CO + 3H (suyu buharlaştırmak için enerji sarf edildiğinden, reaksiyon ısı soğuruyor - “endotermik”)
İşlemin “Su – Gaz Değişimi” olarak adlandırılan ikinci aşamasındaki kimyasal reaksiyon: CO + H O → CO + H (+ küçük bir miktar ısı)
Burada bir miktar daha hidrojen elde edilirken CO ’de açığa çıkmaktadır. Reaksiyon esnasında ısı da açığa çıkıyor (ekzotermik reaksiyon). Yöntem, metanol ve diğer kısa karbon zincirli hidrokarbonlara da uygulanabiliyor. Önemli nokta ise şu oluyor: CO ve CO oluşumu, bu yöntemle, Küresel Isınma bağlamında hala bir sorun olmaya devam ediyor.
Eski bir yöntem olmakla birlikte, istim-metan re-formasyonu günümüzde hala geliştirilmekte olup reaksiyonlarda kullanılacak daha uygun katalizörler konusunda araştırmalar da sürmektedir (Chen vd., 2020Chen, L., Qi, Z., Zhang, S., Su, J., & Somorjai, G. A. (2020). Catalytic Hydrogen Production from Methane: A Review on Recent Progress and Prospect. Catalysts, 10(8), 858. MDPI AG. adresinden alındı.). Bu yöntemle, CO bir yan ürün olarak açığa çıkmaktadır. Klasik, sık kullanılan, ancak İklim Değişikliği koşullarında ve “Negatif Karbon” yöntemlerine geçişin asıl ölçüt olduğu günümüzde, istim re-formasyonu artık geçerli sayılamayacak bir yöntem olarak görünmektedir.
Kısmi Yakma-Gazlaştırma
Metandan hidrojen üretimine yönelik bir diğer yöntem, Kısmi Yakma / Gazlaştırmadır. Metanın yanı sıra ağır yağ ve farklı petrol türevleri de bu işlemde hammadde olarak kullanılabilmektedir (Zhang & Ruan, 2019Zhang, Y., Ruan, R. (2019). Gasification Technologies and Their Energy Potentials, in Sustainable Resource Recovery and Zero Waste Approaches. adresinden alındı.). Gazlaştırma, karbon ihtiva eden organik materyalin (metan), işlemin gerçekleştirildiği reaktöre kontrollü miktarda su buharı ve oksijen verildiği koşullarda kısmi yakma (eksik oksijenle yakma) işlemine tabi tutulmasıdır. İşlem sonunda açığa çıkan ürünler; H , CO, CO ile hammadde türüne bağlı olarak hidrojen sülfür de (H S) olabilir. Metan söz konusu olduğunda ilgili kimyasal reaksiyonlar şunlardır: CH + O → CO + 2H CH + 2O → CO + 2H O CH + H O (Gaz) → CO + 3H Gazlaştırma işlemi endotermiktir. Bu işlemde de nihai ürünlerin, H ’nin yanı sıra CO ve CO olduğu görülüyor. İstim-metan re-formasyonu işleminde açığa çıkan H ile CO ürünlerinin hacim olarak oranı 3:1 iken gazlaştırmada bu oranın 1:1 olduğu bilinmektedir (Syed, 2021Syed, Mahin B. (2021). Chapter 6 - Technologies for renewable hydrogen production, Bioenergy Resources and Technologies, Academic Press, Pages 157-198.).
1300–1500°C aralığında olan işlem sıcaklığını azaltmak üzere katalizörlerin kullanıldığı Gazlaştırma yöntemleri de bulunmaktadır. Sonuç olarak; CO ve CO gazlarının da yan ürün olarak açığa çıkması bu yöntemleri, Küresel Isınma açısından olumlu kılmamaktadır. Ancak, H üretmek amacıyla bu yöntemlere başvurulduğu dönemde, İklim Değişikliği olgusu, günümüzde olduğu gibi belirleyici bir ölçüt, bütün kararlara esas bir parametre değildi.
Biyokütleden Hidrojen
Avantajları ve sağladığı esneklikler itibarıyla biyokütle ve H çok benzer özelliklere sahiptir. Her iki YEK türü de taşınabilir ve depolanabilir olma avantajına sahiptir. Gerek biyokütle gerekse H, RES ve GES tesisleri için geçerli olan uygun konum kısıtlamasından bağımsızdırlar. Biyokütle, organik kökenli oluşu dolayısıyla bünyesinde büyük oranda H ve karbon barındırmasından dolayı, birincil enerji olma niteliğinin yanı sıra, aynı zamanda bir H ve karbon kaynağıdır.
Organik kökenli kentsel katı atıklar, kanalizasyon çamuru, hurda araç lastiklerinden, “enerji bitkileri”, tarımsal ve orman ürünü atıklarına kadar uzanan geniş bir ürün yelpazesi, biyokütle tanımı kapsamında yer almaktadır.
Bir önceki başlık altında yer alan Gazlaştırma, biyokütlenin termo-kimyasal işlem vasıtasıyla, esas olarak iki bileşeni olan CO ve H ’ye (Sentez Gazı) ayrıştırılmasını sağlamaktadır. İşlem, 800-1000°C ortam sıcaklığı ile yüksek basınç ortamında, bir gazlaştırıcı / gazlaştırma reaktöründe meydana geliyor. Burada elde edilen Sentez Gazı (esas olarak CO + H bileşimi), istenirse, bir sonraki aşamada Fischer-Tropsch işlemi vasıtasıyla, bioyakıtlar (biodizel, biogazolin, vs.) ile günümüzde tipik bir petrokimya tesisinde üretilen başka birçok materyalin üretiminde de kullanılabilir. Bu arada, nispeten daha yeni bir teknoloji olan plazma gazlaştırma yönteminin de H üretiminde kullanılabileceği bilinmektedir (Favas vd. 2017Favas, J., Monteiro, E., Rouboa, A. (2017). Hydrogen production using plasma gasification with steam injection, International Journal of Hydrogen Energy, Volume 42, Issue 16. adresinden alındı.).
Hidrojen Üretimi ve İklim Değişikliği İlişkisi
Hidrojen, pek çok sanayi kolunda muhtelif amaçlarla kullanılagelen bir hammaddedir. Bu çalışmamızda ise, hidrojenin, sadece GFY’nin yerini alacak bir YEK türü olarak, bir enerji kaynağı olma özelliği esas alınmaktadır.
GFY’ye dayalı enerji paradigmasının sorgulanmadığı, İklim Değişikliği olgusunun henüz, bugünkü düzeyde yaşamsal bir tehdit oluşturmadığı dönemde, bir önceki bölümde yer alan yöntemlerle hidrojen üretiminin, işlem sonunda açığa çıkan CO ve CO gibi yan ürünler dolayısıyla kritik edilmediği görülmektedir.
Ne var ki, günümüze gelindiğinde, başta enerji sektörü olmak üzere, insanoğlunun bütün etkinlik alanlarında, İklim Değişikliği ana ölçüt ve bütün yatırım ve işletme planlarında başat parametre haline gelmiş bulunmaktadır.
“Dekarbonize” / Temiz Hidrojen Üretimi
Geçmişe göre kökten değişikliğe uğramış koşullar altında, “hidrojen ekonomisine” geçişi olanaklı kılacak biçimde, hidrojen üretimini sağlamanın yol ve yöntemleri neler olmalıdır?
Doğalgazın piroliz (pyrolysis) işlemine tabi tutularak, karbon ve hidrojen bileşenlerine ayrışması, temiz hidrojen üretimi için geçerli bir yöntem olarak görünmektedir. Piroliz, en basit anlatımıyla; biyokütle gibi yüksek yapıdaki organik maddelerin, oksijensiz ortamda, ısıl işleme tabi tutularak daha basit yapıdaki bileşenlere ayrıştırılmasıdır. Piroliz işleminin ürünleri; kısa karbon zincirli uçucu gazlar, piroliz yağı ve kok kömürüdür (Basu, 2018Basu, P. (2018). Biomass Gasification, Pyrolysis and Torrefaction (Third Edition), ISBN 9780128129920. pyrolysis adresinden alındı.).
Amaçlanan nihai ürüne bağlı olarak ham madde, yüksek sıcaklıkta (800°C ve üzeri) göreli olarak kısa süreyle (piroliz yağı üretimi amaçlı) veya göreli olarak düşük sıcaklık (500°C ve uzun süreyle (kok kömürü üretimi amaçlı) piroliz işlemi uygulanabilir.
Söz konusu olan metan/doğalgaz ise, nihai ürünler hidrojen ve karbon olmaktadır.
Şekil 5’te, doğalgazın “dekarbonizasyonu” (karbondan arındırma) görsel olarak ifade edilmektedir. Genel olarak biyokütlenin hammadde olarak alındığı, basitleştirilmiş bir işlem akış şemasında da Şekil 6’da piroliz işleminin aşamaları gösterilmektedir.
Piroliz işlemiyle doğalgazın karbon ve hidrojene dönüştürülmesi, doğalgazın “dekarbonizasyon” yoluyla çevre dostu hale gelmesi olarak da nitelenebilir. Böylelikle doğalgaz, halihazırda bulunduğu GFY saflarından dolaylı bir biçimde YEK saflarına geçmiş olmaktadır.
“Temiz” hale gelen doğalgazdan ısıl işlem (piroliz) yoluyla elde edilen hidrojen, elektrik üretiminde hammadde ve akaryakıt olarak kullanılırken, karbon, yüzlerce çeşit ileri malzemenin üretilmesinde kullanılacaktır. En basit ve yaygın kullanım alanı olarak, “siyah karbonun / kok” en azından bir toprak iyileştiricisi olarak kullanılma imkânı bulunmaktadır. Graphene, yeni kuşak PV paneller ve güncel bir yenilik olarak karbon esaslı yarı iletkenler, karbona dayalı yapı malzemeleri vs., yüzlerce kullanım alanı arasında sadece birkaçıdır.
Bu suretle karbon kalıcı olarak tutulmuş ve depolanmış olacaktır.
Yaygın bir görüşe göre, doğalgazın, karbon ayak izinin kömüre kıyasla daha az (yarı yarıya ve hatta daha az) olması dolayısıyla, gelecekteki enerji stratejilerinde hala yer alması düşünülebilir. Enerji çevrim santrallerinde doğalgazın yakıt olarak kullanılmasından kaynaklı olarak, baca gazında mevcut CO gazını tutmak ve depolamak (KTD) sıkça dile getirilen ve pek çok uzmanlarca savunulan bir yöntem olarak görülmektedir . Ancak bu sağlandığında iki seçeneği birlikte değerlendirmek olanağı doğmaktadır. Bacada tutulan CO gazının yer kabuğunun / litosferin derin katmanlarında depolanması en sık üzerinde durulan çözüm olagelmiştir. Eğer, doğalgaz çevrim santrali, İskandinavya Yarımadası gibi çok eski bir kara parçasında yer alsaydı bu bir depolama çözümü olarak görülebilirdi.
Ne var ki, bu çözüm, örneğin Yeni İpek Yolu'nun Batı kapısı olan Türkiye’nin Ege Bölgesi'nde kurulu bir santrali için bu tarz bir KTD çözümü asla söz konusu olmaz. Çünkü, Anadolu Yarımadası ve özellikle Batı Anadolu, faylar ile arızalı olup çok yüksek tektonik riskler taşımaktadır. Sık faylarla kırılmış bir kara parçasında CO ’yi, yüz milyonlarca yıllık bir jeolojik sürecin ardından durağan yer katmanlarında depolama olanağı mevcut değildir. Tartışmalı ve çok su götürür bir çözüm olarak, açığa çıkan CO , çekilecek özel bir boru hattı ile Karadeniz’in tabanına sevk edilebilir. Bu ise Öngörülemez risklerle dolu bir seçenektir.
CO boru hattı güneye, Akdeniz’e doğru çekilirse, 4,700 metre derinliğindeki Rodos Çukuru da akla gelebilir. Sonuç: Tektonik risklerin yer aldığı hiçbir bölgede, fosil yakıtlarıyla yola devam imkânı sağlıyor gibi görünebilen KTD’nin bir çözüm olması düşünülemez.
Doğalgazdan hidrojen üretimini sağlamak üzere, “Piroliz” (pyrolysis) yönteminin (Schneider vd., 2020Schneider, S., Bajohr, S., Graf, F., Kolb, T. (2020). State of the Art of Hydrogen Production via Pyrolysis of Natural Gas. adresinden alındı.). özel ve birincil bir öneme sahip olduğu söylenebilir. GFY’den YEK’e geçiş sürecinde, göreli olarak kısa erimde, en kolay vazgeçilebilir GFY türünün kömür olduğu görülmektedir. Buna karşılık, en dirençli olan, kalmakta en fazla ayak direyen ise, görünen o ki, doğalgaz olacaktır. Doğalgazdan buna alternatif yakıtlara geçişte, bu dönüşümden en çok zararlı çıkacak ülkenin Rusya olacağı ise çok açıktır. Ne var ki, Rusya’nın hidrojen enerjisine geçiş konusunda planlarının olması çok dikkat çekicidir (Sharma, 2021Sharma, T. (2021). Russia is preparing for a hydrogen energy future, Mint. adresinden alındı.; Barlow & Tsafos, 2021Barlow, I.,Tsafos, N. (2021). Russia’s Hydrogen Energy Strategy, Center for Strategic and International Studies. adresinden alındı.).
Hidrojen enerjisinin gelecekte oynayacağı rol konusunda isabetli saptamalar yapan Rusya’nın bu yöndeki eğilimine işaret eden çarpıcı bir örnek ise, Rosatom ve Gazprom şirketlerinin Sakhalin Adası'nda, hidrojen enerjisine dayalı bir çözüm konusunda ortak hareket etme kararı vermiş olmalarıdır (ROSATOM, 2021Communications Department of ROSATOM (2021). Sakhalin Region, ROSATOM and Gazprom Cooperate in Hydrogen Energy.).
Türkiye açısından çok dikkate değer gelişme şudur: Mersin Akkuyu’da nükleer santral kurmakta olan Rosatom ile Türkiye’ye büyük miktarda doğalgaz temin etmekte olan Gazprom bir araya gelerek hidrojen enerjisine dayalı bir çözümde ortaklık yapmaktadırlar. Bu durum dahi, kendi başına, enerji alanındaki güncel eğilimlerin yönü konusunda yeterli ve ikna edici bir fikir vermekte yeterli olsa gerekir.
Hidrojen, hiçbir kuşkuya yer vermeyecek şekilde geleceğin başat enerji kaynağı olmaya adaydır. Çalışmamızın odağındaki esas sav, pratikte sonsuz bir enerji kaynağı olan hidrojeni öne çıkaran YEK’e dayalı enerji politikalarının hayata geçirilmesiyle, GFY ve hatta nükleer enerjiye hiçbir şekilde gerek kalmayacak olmasıdır. Hidrojenin önemi, enerji (elektrik ve ısı) kaynağı olması kadar aynı zamanda akaryakıt olarak da kullanılabilmesinden ileri gelmektedir.
Elektroliz Yöntemiyle Hidrojen Üretimi
Saf su ve/veya deniz suyundan hidrojen üretimi sayesinde hidrojen tükenmeyen bir kaynak haline gelebilir. Maliyet engeli gibi, teknik sorunların giderilmesi yolunda pek çok çalışma yürütülmektedir. Yakın bir gelecekte, hidrojen üretimi amacıyla elektroliz yönteminin kullanılmasının son derece yaygın hale gelmesi öngörülmektedir (FuelCellWorks, 2022FuelCellWorks, (2022). Electrolysis of Sea Water Could Provide aNew Boost for Hydrogen as an Energy Source. adresinden alındı.). Elektroliz, suyun bulunduğu bir elektroliz hücresinde/kabında, belirli bir doğru akım (DC) gerilimi uygulanarak, suyu hidrojen ve oksijenden ibaret bileşenlerine ayırma işlemidir. Doğru akım gerilimi altında iyonlaşan oksijen (anyon) artı yüklü anot iletkeninde toplanırken, pozitif hidrojen iyonları da (katyon) eksi yüklü katot iletkeni çevresinde gaz fazına geçmektedirler.
Çok basite indirgenmiş bir elektroliz şeması Şekil 7’de yer almaktadır.
Bu noktada, rüzgâr (RES) ve güneş (PV – GES) enerjileri gibi kesikli karaktere sahip YEK türlerinin, elektroliz işleminde enerji kaynağı olarak kullanılması çok sık telaffuz edilen ve tartışılan bir konu olarak önümüzde durmaktadır. Bu şekilde elde edilecek hidrojen, literatürde “Yeşil Hidrojen” olarak adlandırılmaktadır. RES ve GES tesislerinde zaten elektrik üretilirken, buralarda üretilecek enerjiyi neden hidrojen üretiminde kullanalım?
Hemen akla gelen yanıtlar: Hidrojen vasıtasıyla, depolanabilir ve taşınabilir olduğu gibi, akaryakıt olarak da kullanılabilecek bir enerji kaynağı elde edilmiş olacaktır. Hidrojen, pek çok enerji uzmanının öne sürdüğü gibi, neredeyse “temiz”(!) olarak nitelendirilen doğalgazın yerini kolaylıkla alacak bir enerji taşıyıcısıdır. Örneğin hidrojen, mevcut doğalgaz iletim hatları üzerinden taşınabilecektir.
Peki, Yeşil Hidrojen üretimi tedarik zincirine bir bakla daha eklemekle maliyet artışının yanı sıra, olasılıkla ek teknik sorunlar da getirmeyecek midir? Bu soru ilk bakışta isabetli gibi görünmekle birlikte, maliyetler konusuna farklı bir bakış açısından eğilmekte de yarar var. Ancak, bu başlıktan önce, Türkiye’nin biricik avantajı olan iki konudan bahsetmekte yarar var. Şimdi kısaca bunlara değinelim.
Bir Hidrojen Kaynağı: Hidrojen Sülfür (H₂S)
Türkiye’nin en uzun sahiline ve en geniş Münhasır Ekonomik Alanına sahip olduğu Karadeniz, oluşumundan kaynaklanan etkenler ve süreçlere bağlı olarak, büyük bir H S kaynağıdır. Karadeniz bu özelliği dolayısıyla, diğer dünya denizlerine kıyasla, hidrojen kaynağı olarak biricik bir avantaj, bir ayrıcalık taşımaktadır (Demirbas, 2009Demirbas, A. (2009) Hydrogen Sulfide from the Black Sea for Hydrogen Production, Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects, 31:20, 1866-1872. adresinden alındı.; Yüksel vd., 2021bYüksel, S., Mikhaylov, A., Ubay, G. G., & Uyeh, D. D. (2021b). The role of hydrogen in the Black Sea for the future energy supply security of Turkey. adresinden alındı.). İzole bir iç deniz özelliğine sahip Karadeniz’in derin su katmanlarında, organik maddelerin oksijensiz ortamda bozunmasına bağlı olarak, H S oluşma süreci, 9,000 yıl önce meydana gelen Karadeniz’de yaklaşık 7,500 yıldır aralıksız sürmektedir. H S’den H üretiminin, neredeyse sınırsız bir kaynak olan suya kıyasla daha kolay ve daha düşük bir enerji bütçesiyle gerçekleştirilebileceğine işaret etmek isteriz. Dolayısıyla, Karadeniz, H S oluşumuna bağlı olarak bir hidrojen kaynağı olma özelliğine sahip bulunmaktadır (Haklidir & Kapkin, 2005Haklidir, Mehmet & Kapkin, Şule (2005). Black Sea, A Hydrogen Source. adresinden alındı.; Baykara vd., 2007Baykara, S. Z., Figen, E. H., Kale, A., Veziroglu, T. N. (2007). Hydrogen from hydrogen sulphide in Black Sea, International Journal of Hydrogen Energy, Volume 32, Issue 9, Pages 1246- 1250.).
Yapılan muhtelif saha çalışmaları ve ölçümler sonucunda, Karadeniz’in dip seviyelerinde 4,6 milyar ton H S mevcut olduğu hesaplanmaktadır (Volkov & Neretin, 2007Volkov, I.I., Neretin, L.N. (2007). Hydrogen Sulfide in the Black Sea. In: Kostianoy, A.G., Kosarev, A.N. (eds) The Black Sea Environment. The Handbook of Environmental Chemistry, vol 5Q. Springer, Berlin, Heidelberg. adresinden alındı.). Karadeniz’deki su kütlesi %90 oranında oksijensiz olup H S ihtiva etmektedir. Bilim insanları Karadeniz’de her gün 10 bin ton dolayında H S oluşumunun meydana geldiğini belirtiyorlar (Baykara vd., 2007Baykara, S. Z., Figen, E. H., Kale, A., Veziroglu, T. N. (2007). Hydrogen from hydrogen sulphide in Black Sea, International Journal of Hydrogen Energy, Volume 32, Issue 9, Pages 1246- 1250.).
Bu arada, yüksek derecede toksin özelliğine sahip H S ’in Karadeniz’de giderek artan bir çevre tehdidi oluşturduğuna da dikkat çekilmektedir. Miktarı gün geçtikçe artan H S , Karadeniz’i süratle bir ölü deniz alanına dönüştürmektedir. 1955 – 2015 yılları arasında, Karadeniz’de yaşama elverişli su kütlesinin (yüzeyden 90 ila 200 metre derinlikte yer alan üst tabaka) %40 oranında azalmış olması, alarm niteliğinde çok dikkat çekici bir gelişmedir (22). Toksik bir kirletici olan H S ’den hidrojen üretimi, değerli bir enerji kaynağı sağladığı gibi olumlu bir çevre etkisine de yol açacaktır.
H S’den H üretiminde, 800-1000°C işlem sıcaklığında gerçekleştirilecek “termal ayrıştırma / piroliz” en uygun yöntem olarak görünüyor (Demirbas, 2009Demirbas, A. (2009) Hydrogen Sulfide from the Black Sea for Hydrogen Production, Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects, 31:20, 1866-1872. adresinden alındı.).
Karadeniz’de, eylemsiz kalmak durumunda kaçınılmaz olan bir çevre felaketinin önü alınırken, aynı zamanda geleceğin enerji kaynağı olan hidrojen üretimi, Karadeniz’i çevreleyen ülkeler arasında verimli olduğu kadar zorunlu bir iş birliği alanı oluşturmaktadır.
Hidrojen – Sodyum Bor Hidrür (Nabh4) Esaslı Yeni Teknolojiler
Her ülke gibi Türkiye de biricik olan avantajlarını rekabetçi üstünlüğe taşımak zorundadır. Türkiye, dünyada kanıtlanmış Bor rezervlerinin %70’ten fazlasına sahip bulunuyor. NaBH , bir hidrojen taşıyıcısı olduğu gibi, yepyeni hidrojen yakıt hücresi tasarımlarına da olanak tanıyan bir malzeme, bir kimyasal madde olarak öne çıkıyor. H – NaBH esaslı yakıt hücrelerinin geliştirilmesi Türkiye’nin önünde duran bir sınama niteliğindedir.
Özellikle H enerjisine dayalı araçların yaygınlaşmasında NaBH ’e dayalı yakıt hücrelerinin geliştirilmesi önemli bir rol oynamaya adaydır (Wee vd., 2006Wee, Jung-Ho, Lee, Kwan-Young & Kim S. H. (2006). Sodium borohydride as the hydrogen supplier for proton exchange membrane fuel cell systems, Fuel Processing Technology, Volume 87, Issue 9, Pages 811-819. fuproc.2006.05.001 adresinden alındı.). Kuşak ve Yol Girişimi bağlamında önemli bir iş birliği alanı söz konusudur.
Hidrojeni Taşımak
Hidrojeni nakletmek için ilk akla gelen, doğallıkla, mevcut doğalgaz boru hatlarının kullanılmasıdır. Aşamalı olarak, belirli oranda harman edilecek olan hidrojen ve doğalgazın, doğalgaz iletim hatlarıyla taşınması üzerinde durulmaktadır. Elbette ki bu senaryo, hidrojenin üretildiği kaynaktan ötede, nihai kullanım noktasında enerjiye dönüştürüleceği varsayımıyla geçerli olabilir.
Doğalgazın nakliyesinde olduğu gibi, hidrojenin sıvılaştırılarak sevk edilmesi ise katlanılması gereksiz yüksek maliyetler ve hidrojen molekülünün hemen her yüzeyden geçebilecek olmasına bağlı olarak, çok kalın çeperli tüp / basınçlı kap ve haznelerde muhafaza edilmesini gerektirmesi nedeniyle teknik bakımdan da elverişli bir seçim değildir. Bu bağlamda, olası en uygun yöntem, yüksek basınç altında sıkıştırılmış ve hala gaz formundaki hidrojenin mevcut iletim boruları vasıtasıyla sevk edilmesi olabilir.
NaBH ’ün yanı sıra amonyağın da (NH ) hidrojen taşıyıcısı bir madde olduğu, literatürde sıkça yer almaktadır. Suudi ARAMCO ile Japonya kökenli ENEOS, 25 Mart 2021 tarihinde, aralarında hidrojen ve amonyak esaslı bir tedarik zinciri oluşturmak konusunda bir anlaşma bağıtlamış bulunuyorlar (Sampson, 2021Sampson, J. (2021) ENEOS, Saudi Aramco to develop blue hydrogen and blue ammonia supply chains, H View. adresinden alındı.). Bu anlaşmadan daha önce, Eylül 2020’de ARAMCO 40 tonluk ilk parti amonyağı Japonya’ya ihraç etmişti (Saudi Arabian Oil Co., 2020Saudi Arabian Oil Co. (2020). World’s first blue ammonia shipment opens new route to a sustainable future. adresinden alındı.). Petrol ve doğalgaz zengini Suudi Arabistan’ın, Kızıl Deniz kıyısında kurmayı tasarladığı fantastik / fütüristtik Neom kentinde 5,0 milyar dolarlık yatırımla, hidrojen üretmek ve depolamak amacıyla bir tesis kurmayı hedeflemesi çok dikkate değer bir konudur. Bu tesisin, YEK ile çalıştırılması da amaçlanmaktadır (The Japan Times, 2020The Japan Times (2020). Saudi Arabia sends blue ammonia green fuel to Japan in world first adresinden alındı.).
Mevcut boru hatları, kimyevi maddeler veya yine bir kimyevi madde olan amonyağın, hidrojenin taşınmasında kullanılmasının yanı sıra geçerli bir seçenek daha bulunmaktadır: Hidrojen yerine hidrojenden üretilecek elektriğin taşınması…
Hidrojenin Elektrifikasyonu
YEK’e geçişle enerji iletim ve dağıtım ağının mevcut yapısı ve gelecekte nasıl bir geometrik bir yapıya (ağ-yapı) evirilmesi gerektiği konusu üzerinde de durulmalıdır. Mevcut ulusal şebekelerin (ulusal enterkonnekte sistem – Grid), özellikle, kesikli karakterdeki GES ve RES’lerin bağlanmasına pek elverişli olmadığı bilinmektedir.
RES ve GES’leri sorunsuz olarak barındıracak ağ-yapıların, yerelde mikro-grid (ada) ve daha geniş coğrafi ölçekte (örneğin ülke ölçeğinde) bunları birbirine bağlayan DC ve/veya HVDC (Yüksek Gerilim Doğru Akım) arterlerinden oluşması gerektiği, bir çözüm olarak akla gelmektedir. Bir sonraki aşamada, ulusal ağ-yapıların uzun mesafe HVDC hatları ile birbirine bağlandığı, kıtalararası ve hatta okyanus aşırı bir ağ-yapının, küresel ölçekte bir Süper–Grid’in kurulması tartışmalara konu olabilir. Bu noktada, günümüzde ortaya çıkan ve ulusal enterkonnekte sistemlerin üst katını oluşturacak DC Grid konusuyla yakından ilintili güncel bir eğilimden de bahsetmek gerekiyor: Elektrifikasyon…
2019 Temmuz ayında Yeni Delhi’de düzenlenen bir konferansta, IEA icra heyeti direktörü Dr. Fatih Birol, elektrifikasyonun geleceği şekillendireceğini ifade etmiştir (CEEW, 2019CEEW (2019) Electrification will shape the future: Dr Fatih Birol at Energy Horizons adresinden alındı.)
Piroliz yöntemiyle doğalgazdan ve/veya suyun elektrolizi yoluyla elde edilecek hidrojenin, mevcut veya yeni inşa edilecek boru hatlarıyla uzak mesafelere nakli yerine, üretildikleri konumda kurulmuş çevrim santrallerinde elektrik enerjisine dönüştürülerek, elektrik formundaki enerjinin DC / HVDC hatlarla son tüketiciye ulaştırılması akla yakın bir çözüm olarak görünmektedir.
Hidrojenden elektrik tesislerinde üretilecek elektrik, örneğin, kentsel alanlarda, bölgesel ısıtma-soğutma amacıyla kurulacak ısı pompası sistemleri için gerekli olan enerjiyi sağlayabilir. Hidrojenin elektrifikasyonu, işte bu bağlamda yerini bulmuş oluyor. YEK türleri ile uyumlu DC/HVDC Grid, hidrojenden üretilmiş elektrik enerjisinin uzak mesafelere taşınmasında çok uygun bir altyapı oluşturacaktır. Konuyu somutlaştırmak üzere, bölgesel bir Grid olarak tasarlanmış DESERTEC projesine burada yer vermek yararlı olacaktır.
Fikir planının ortaya çıkması 2000’li yılların başına uzanan DESERTEC, Orta Doğu Kuzey Afrika (MENA) ve Avrupa Birliği (AB) ülkeleri arasında HVDC hatları vasıtasıyla bütünleşme hedefleyen bir DC GRID projesi olarak formüle edilmiştir.
Şekil 8’de projenin kapsaması öngörülen coğrafi alan yer alırken, Şekil 9’da MENA’da üretilecek, esas olarak GES ve bunun yanı sıra RES tesislerinde üretilecek elektriğin HVDC arterleri vasıtasıyla Güney Avrupa ülkeleri üzerinden AB’ye sevk edilmesi sembolik olarak resmedilmektedir.
DESERTEC, birer güneş ülkesi olan çöllerin çok büyük bir enerji potansiyeline sahip bulunduğu düşüncesine dayanıyor. Salt Sahra Çölü ile sınırlandığında, bu bölgenin Avrupa ile aynı boylamlarda yer aldığı göz önünde bulundurulursa, gerçekten de büyük bir GES potansiyeline sahip olmakla birlikte, bundan yararlanma süresi (emre amade olma) bakımından bir kazanç, kayda değer bir avantaj olmadığı görülmektedir.
Ne var ki, İran’ı da kapsamak üzere, Orta Doğu ülkeleri de hesaba katıldığında, DESERTEC DC GRİD’e bağlanacak GES (ve RES) tesisleri sayesinde güneş enerjisinden gün içerisinde (gece ve gündüz) yararlanma süresinin kayda değer şekilde artacağı dikkat çekmektedir. İran’ı da kapsayan coğrafi alanda (İran’ın doğusu 60 doğu boylamı) 6 saatlik bir zaman dilimi içinde güneş enerjisinden yararlanma olanağı doğmuş olmaktadır. Bu durumla ilgili önemli bir sonuç şudur: Doğu-Batı uzamında oluşturulacak bir DC GRID / SÜPER GRİD, güneş ve rüzgâr gibi kesikli özelliğe sahip YEK türleri için bir yedekleme aracı işlevi de taşıyacaktır.
DESERTEC projesinin ortaya atıldığı ilk yıllarda, esas vurgu esas olarak GES ve biraz da RES üzerine olmuştur. O dönemde, hidrojen ve/veya hidrojen enerjisinin GRİD’e bağlanarak AB’ye iletilmesi konusu hemen hiç gündeme gelmemiştir. Orijinal DESERTEC ve bunu izleyen yenilenmiş fikir planlarını hayata geçirmek muhtelif nedenlerle mümkün olmamıştır. Günümüze gelindiğinde, DESERTEC 3.0 olarak adlandırılan yeni bir sürümün ortaya atıldığı görülmektedir. 2000’li yılların başında kurulan DESERTEC vakfınca, enerji sektöründe faal şirketleri bir araya getirmek ve bu suretle etkin ve güçlü bir yapıyla YEK’e geçişi ivmelendirmek amacıyla, 2009 yılında DII (Desert Industrial Initiative – Çöl Endüstriyel Girişimi) konsorsiyumu oluşturulmuştur. (DESERTEC Foundation, t.y.DESERTEC Foundation (t.y.). adresinden alındı.)
DII’nın benimsediği yaklaşım ve güncel tanımlamada, orijinal DESERTEC fikrinin dayandığı öncüllerden çok farklı olarak, DESERTEC 3.0 sürümünde hidrojen enerjisini öne çıkarılmaktadır. Buna göre, ağırlıklı olarak GES ve bunun yanı sıra RES kullanılarak üretilecek “Yeşil Hidrojen”, Akdeniz tabanına döşenmiş bulunan (örneğin Cezayir – Fransa bağlantısı) doğalgaz boru hatları vasıtasıyla AB ülkelerine ulaştırılacaktır. Hidrojenin, deniz suyunun elektroliz işlemine tabi tutularak üretilmesinin hedeflendiğini de bu arada belirtelim Bu noktada bir revizyona gerek olduğu hemen akla geliyor: Hidrojenin elektrifikasyonu… Hidrojeni taşımak yerine, hidrojenin üretildiği noktada hidrojenden elde edilecek elektrik enerjisinin HVDC hatlarıyla iletilmesi çok daha cazip bir seçenek olabilir.
YEK ve Hidrojen Enerjisine İlişkin Maliyetler
YEK’e ilişkin tartışmalarda çok sık karşılaşılan bir konu, YEK türlerinin kuruluş ve işletme maliyetleri ile ilgilidir. Maliyet ölçütünün ön planda tutulması geride kalan, 20. Yüzyıla ait bir düşünce alışkanlığından kaynaklanmaktadır. Uzunca bir zamandır, YEK – GFY karşılaştırması yapılırken maliyet, belirleyici bir parametre olmaktan çıkmıştır. Öncelikle, YEK her geçen gün ucuzlamaktadır. Dahası, mevcut sistemin ve GFY’ye dayalı geleneksel enerji paradigmasının dünyamızı getirdiği noktada, bir yol ayrımındayız. Ölüm ile yaşam arasında kesin bir karar vermemiz gerekmektedir. Ölüm ucuz, yaşam pahalı ise hangisini seçeceğiz? GFY ucuz, YEK pahalı ise tercihimiz hangi yönde olmalıdır? “6. Büyük Kütlesel Çöküşün” eşiğinde artık tercihler söz konusu değil; gezegenimizdeki yaşamı korumak uğruna zorunluluklar kendilerini dayatmaktadır.
Sanayi ve ticaret kuruluşları ile kamuya ait mekanlar ve hane halkına, YEK dolayısıyla artan bir maliyet söz konusu ise, bunu yansıtmamak devletlerin liste başı görevleri arasında olmalıdır. Dahası, hükümetlerin başlıca görevi, ülke ekonomilerini büyütürken hane halkının gelir ve refah seviyesini arttırmak değil midir? Gelirler, dağılımın da düzenlenmesiyle, artan enerji maliyetlerini karşılayacak düzeyde kalırsa, bu durum kişi ve kuruluşlara bir yük getirmeyecektir.
Fosil yakıtlarının (GFY) maliyeti konusunda bir de madalyonun arka yüzüne bakmak gerekmektedir. IMF tarafından yayımlanan 24 Eylül 2021 tarihli raporda (Parry & Black & Vernon 2021Parry,I., Black, S.; Vernon, N. (2021). Still Not Getting Energy Prices Right: A Global and Country Update of Fossil Fuel Subsidies. adresinden alındı.), fosil yakıtlarına uygulanan sübvansiyonların, dışsal (dolaylı) maliyetler de hesaba katıldığında, 2020 yılı itibarıyla küresel GSMH’nin %6,8’ine karşılık gelen 5,9 trilyon dolar tutarında olduğu ve bu oranın 2025 yılında %7,4’e yükseleceğinin tahmin edildiği belirtiliyor.
Çevre kirliliği kaynaklı hastalık ve buna bağlı işgücü kayıpları ve sağlık giderleri gibi dolaylı (dışsal) maliyetler bir yana, 2017-2019 yılları arasında, 52 gelişmiş ve gelişmekte olan ülkelerin fosil yakıtlarını, doğrudan olarak, tutarı yılda ortalama 600 milyar dolara yakın sübvansiyonlar ile destekledikleri görülüyor (Timperley, 2021Timperley, J. (2021). Why fossil fuel subsidies are so hard to kill, Nature 598, 403-405. adresinden alındı.; Geddes vd. 2020Geddes, A, Gerasimchuk, I, Viswanathan, B., Suharsono, A., Corkal, V., Roth, J., Picciariello, A., Tucker, B., Doukas, A., Gençsü, İ. (2020). Doubling Back and Doubling Down: G20 scorecard on fossil fuel funding adresinden alındı.). Korona salgını dolayısıyla 2020’de bu miktar geçici olarak azalmıştır.
Yukarıda anılan IMF raporuna göre, İklim Değişikliği olgusuna bağlı olarak insanoğlunun ödemekte olduğu bir de can bedeli var ki, buna bir maddi karşılık biçmek olanaksız; her yıl yaklaşık 900 bin kişiyi, dolaylı olarak, İklim Değişikliğine bağlı olumsuz çevre koşulları nedeniyle hayatını kaybetmektedir.
Yukarıda yer alan veriler temelinde sonuç ve ilk akla gelen düşünce şudur: Anılan sübvansiyonlar pekâlâ YEK’e geçiş sürecinde gerekli maddi teşvikler için kullanılabilecektir. UNDP kaynaklı bir çalışmada, fosil yakıtları için sarf edilen sübvansiyonların, küresel ölçekte yoksullukla mücadele amacıyla kullanılan kaynaklardan fazla olduğuna işaret edilmektedir (UNDP, 2021UNDP (2021). More spent on fossil fuel subsidies than fighting poverty. adresinden alındı.).
Sonuç
Fosil yakıtlarından tamamen ve olası en kısa süre zarfında YEK’e geçişin varoluşsal önem ve ivedilik kazandığı günümüzde, hidrojen veya daha genel ifadesiyle bir hidrojen-karbon toplumuna doğru dönüşüm ve bu yönde köklü bir paradigma değişikliği bir zorunluluk olarak ortaya çıkmıştır. YEK esaslı enerji stratejilerinde, hidrojenin giderek öne çıktığı gözlenmektedir. Hidrojen, temiz ve tükenmeyen bir enerji kaynağı olarak, yelpazesi içinde yer aldığı YEK’in, salt fosil yakıtlarıyla sınırlı olmaksızın, aynı zamanda nükleer enerjinin de yerini almaya adaydır. Elektrik enerjisi üretimi amacıyla, taşınabilir, depolanabilir özelliğe sahip hidrojen, aynı zamanda bir yakıt ve mevcut içten patlamalı motor teknolojisinin yerini alabilecek Hidrojen Yakıt Hücreleri sayesinde, ulaşımda da yaygın bir kullanım alanına sahip olacaktır. “Değişime dirençli” doğalgazdan karbon ve hidrojen üretimi sayesinde açılacak yeni bir çığırın, Ekolojik Uygarlığı karakterize edecek bir dönüşümle doğacağı değerlendirilmektedir.
