Enerji denkleminde 'sistem değiştiren' HİDROJEN

  Enerji sistemi dinamik bir yapıya sahip. Teknolojinin süratle gelişmesi ile sisteme dâhil olan yenilikler de sistemi sürekli olarak bir sonraki kademeye taşıyor. Karbon salımının azaltılması için kullanılacak alternatif yakıtlar arasında ise hidrojen ön plana çıkıyor. Yeni bir "oyun değiştirici" hidrojenden bahsetmeye başlayabileceğiz. Belki de sadece "oyun değiştirici" yerine, "sistem değiştirici" kelimeleri daha uygun olabilir; çünkü hidrojen var olan enerji sisteminin henüz küçük bir parçası. Yenilenebilir enerjinin devam edecek olan yükselişi, "yeşil" hidrojen için önemli bir rol ortaya çıkarıyor. Belma ŞAHANER      Hidrojen, ulaştırma sektörünün, karbon-yoğun ağır sanayinin (demir-çelik, çimento, petrokimya gibi sektörlerin) karbondan arındırılması ve binaların ısıtılmasında yani tüm enerji denkleminin senkronize olarak sistemsel bir değişim geçirmesinde merkezi ve kilit rol oynayabilecek karbonsuz/temiz çözüm ve fırsatlar sunuyor. Akademik çalışmalarındaki başarısını uluslararası arenaya taşıyan ve TÜBİTAK Lider Araştırmacılar Destek Programı kapsamında Fransa'dan ülkemize dönen Prof. Dr. İskender Gökalp "temiz yakıt" ve "yanma teknolojileri" alanında destek vermek üzere Türkiye'de önemli projeler yürütüyor. Prof. Dr. İskender Gökalp, Gazeteci Belma Şahaner'in hidrojenle ilgili sorularını yanıtladı. Enerji denkleminde sistem değiştiren hidrojene dair bütün soruların cevaplarını röportajımızda okuyabilirsiniz  Karbon salımının azaltılması için kullanılacak alternatif yakıtların başında hidrojen geliyor. Hidrojenin tercih edilmesindeki önemli etkenleri anlatır mısınız? Neden hidrojen?  Küresel ısınmaya ve bunun tetiklediği çeşitli şiddetli iklim değişikliklerine sebep olan karbondiyoksit (CO2) salımını bütün sektörlerde azaltmamız gerektiğini biliyoruz: enerji üretimi, sanayi, ulaştırma ve konutlarda enerji tüketimi bunların başlıcaları. Hidrojeni yakıt olarak kullanınca, yakarak ısıya veya yakıt pillerinde elektrik ve ısıya dönüştürünce, sadece su buharı veya sıvı su salındığını da biliyoruz. Dolayısıyla, Hidrojeni CO2 salmadan üretebilirsek çözüm bulunmuş gibi gözüküyor.  'ÜLKEMİZ ÇOK AVANTAJLI ' Bunu da suyu elektroliz ederek iki bileşenine, yani hidrojen ve oksijene, ayrıştırarak yapabiliyoruz. Düğüm noktası elektroliz için gereken elektriğin temiz olması yani CO2 salmadan üretilmesi olarak önümüze çıkıyor. Ama bunu da çeşitli yenilenebilir enerji kaynaklarını kullanarak yapabiliyoruz: rüzgar ve güneş enerjisi ve de hidroelektrik santraller. Üstelik Türkiye bu kaynaklar açısından avantajlı durumda.  Hidrojeni neden yakmamız gerekiyor? Sanayide (çimento, seramik ve cam, demir-çelik gibi), elektrik üretiminde (gaz türbinleri ile), ulaştırmada kullanılan çeşitli motorlarda, hatta evsel ocaklarda, yüksek sıcaklıklara ihtiyacımız var. Bunu elde etmenin en verimli ve gereken çeşitli ısısal güçlere uyarlamanın en uygun yolu yakma teknolojisinden geçiyor, yani hidrojeni oksijenle kimyasal tepkimeye sokup yakıtın kimyasal enerjisini ısıya dönüştürmekten. Uygulama alanına göre elde edilen ısı, ya ısı enerjisi ya da mekanik enerjiye dönüştürülerek faydalı enerji olarak kullanılıyor. Hidrojenin kg başına içerdiği ısıl enerji de yüksek olduğundan, yüksek alev sıcaklıkları ve yüksek ısısal verimler elde ediliyor, üstelik CO2 salmadan.      Hidrojeni yakmanın olası riskleri nelerdir? Evet, hidrojen başka yakıtlara pek benzemiyor; mesela doğal gaza göre tutuşması çok daha kolay, hidrojen molekülünün hafifliğinden dolayı kaçak oluşturması daha kolay, hatta metal malzemelere nüfuz ederek malzemeyi gevrekleştimesi, çatlaklar ve dolayısıyla kaçaklar oluşturması mümkün, hidrojen alevinin sıcaklığı daha yüksek ve yakıcı malzemesine zarar vermesi daha olanaklı. Bu ve benzer özelliklerinden dolayı hidrojen ve hidrojen karışımlarının patlama ve yangın gibi istenmeyen durumlara sebep olması mümkün, yani risk potansiyeli yüksek. Bu risk durumları hidrojenin yakılması yani enerjiye dönüştürülmesi sırasında veya depolanması, iletimi ve dağıtımı sırasında da ortaya çıkabilir.  Bu riskleri nasıl azaltabiliriz?  Hidrojenin yakılmasından doğabilecek risklerin nasıl en aza indirilebileceğini anlatmak için, yanma bilimine biraz değinmek gerekiyor. Gaz fazındaki yakıtları iki şekilde yakabiliyoruz. Bir; yakıtı ve oksijeni (havayı) yanma odasından veya yakıcıdan önce karıştırarak ve bu yanıcı karışımı yanma odası içinde veya yakıcı çıkışında tutuşturarak. Bu yöntemle elde edilen alevlere, "ön karışımlı alevler" diyoruz; bu tipten alevler enteresan zira karışımın terkibini (yakıt / hava veya oksijen oranını) ayarlayabildiğimiz için oluşan alevin sıcaklığını da gereken uygulamaya göre kontrol edebiliyoruz. Yakıt olarak fakir alevler elde ederek hem malzemelerin aşırı sıcaklıklara maruz kalmasını önlüyoruz hem de genellikle sıcaklıkla artan azot oksitleri, ve doğal gaz gibi yakıtlar kullanıldığında, tam yanmamış karbondan oluşan karbonmonoksit ve is / kurum gibi kirleticilerin salımını da azaltabiliyoruz.  "ÖN KARIŞIMSIZ ALEVLER" Öte yandan, bu yakıtça fakir alevlerin "kararlılık", yani tutuştuktan sonra sönme riski olabiliyor. Bu duruma da çözüm bulmak gerekiyor. Yukarıda sıraladığımız patlamaya kadar gidebilecek risk unsurlarını hatırlarsak, hidrojen ve hava veya oksijeni alevden önce karıştırmanın çok akılcı bir çözüm olmadığını anlayabiliyoruz. Hidrojenli yanıcı karışımların yanma odasından önce oluşmasına, tabiri caizse, "çok sıcak" bakmıyoruz. İkinci bir yakma şekli ise, yakıt ve havayı veya oksijeni yanma odasına ayrı ayrı gönderip orada karışmalarını sağlamak ve tutuşturmak. Bu yöntemle elde edilen alevlere, "ön karışımsız alevler" diyoruz.    Yanıcı karışım, kimyasal olarak ortaya çıkacak enerji açısından en ideal terkibinin oluştuğu bölgelerde tutuşuyor ve dolayısıyla alev sıcaklığı yanıcı terkibin kimyasal olarak sağlayabileceği azami değerlere ulaşıyor. Bu sıcaklığı ön karışımlı alevlerde olduğu gibi kontrol edemiyoruz veya çok daha karmaşık ilave süreçlerle kontrol etmeye çalışıyoruz. Bu durum, bihassa yüksek sıcaklıktaki hidrojen alevleri için elbette tercih edilen bir yanma süreci değil. Açıkçası, hidrojen yanmasını ön karışımsız olarak yaparak patlama, alevin dağıtım borularına geri tepmesi gibi riskleri sıfırladık ama oluşan alevin aşırı sıcaklığından doğan başka risklere ve çevreye zararlı salımlara yol açmış oluyoruz.  Çözümü nerede aramalıyız? Yanma bilimi ve teknolojisi uzmanları olarak üzerinde çalıştığımız ve bir ölçüde de başarılı olmaya başladığımız yöntem ile hidrojen yanmasının risklerine bütünsel bir çözüm getirmeyi amaçlıyoruz. Kısaca, öyle bir yanma teknolojisi geliştirmeliyiz ki, hidrojenli yanıcı karışımın yanma odası veya yakıcı öncesinde oluşmasını önlesin, ama yanma odasına girer girmez ön karışımlı bir alev gibi ve de kararsızlık sorunu olmadan yanmayı sürdürsün.  'BİR SEVİYEYE GETİRDİK' Fransa'da kurduğum yanma enstitüsünde (CNRS-ICARE) başlattığım bu çalışmaları üç senedir Tübitak Uluslararası Lider Araştırmacılar Programı kapsamında ve Tübitak-SAGE, Tübitak-MAM, EÜAŞ, Gazbir/Gazmer, IGDEAS Enerji ve Savunma A.Ş.  Prosis Mühendislik şirketi gibi paydaşlar ile ortaklıklar sayesinde yakında ticari boyuta ulaştıracağımız bir seviyeye getirdik. Aşağıda Şekil 1'de geliştirdiğimiz yakıcı ve elde edilen kararlı alev gösteriliyor. Doğal gaza hacimsel olarak %20 oranında hidrojen katılımıyla oluşan bu alev kararlı bir şekilde yanıyor.       KARBON AYAK İZİ AZALACAK   TÜBITAK- MAM, TÜBİTAK -SAGE, GAZBİR,  İZMİRGAZ   proje ekibi       Çalışmaların sonunda, hidrojenli yakıtları güvenli, temiz ve verimli bir şekilde yakabilecek yakıcıların en iyileştirilmesini bekliyoruz. Bu gelişmelerden faydalanacak ilk sanayi sektörleri arasında çimento ve seramik ve cam sanayilerini görüyoruz. Bu sektörler Türkiye'de Yeşil Mutabakat yaptırımlarından en kısa zamanda ve en şiddetle etkilenecek sektörler. Aynı şekilde, elektrik üretiminde linyitlerimizden gazlaştırma yolu ile elde edilecek hidrojen içeren sentetik gazı en verimli bir şekilde yakabilecek gaz türbinleri yanma odalarının geliştirilmesi, Türkiye'nin doğal gaz ithalat yükünü hafifleteceği gibi karbon ayak izini de azaltacaktır.