YENİLENEBİLİR ENERJİDE BİR ADIM DAHA: “YEŞİL HİDROJEN”

“Hydrogen is an odorless colorless gas which, given enough time, turns into people”

― Edward R. Harrison

1.GİRİŞ

Hidrojenin evrenin temel yapı taşı olduğuna dair gerçeklik, Britanyalı kozmolog ve gökbilimci Edward Harrison’ın bu sözlerinden daha iyi anlatılamazdı belki de. Fiziksel yapısına bakıldığında hidrojen renksiz, kokusuz, metalik olmayan, tatsız ve oldukça yanıcı bir gazdır. Periyodik tablodaki en hafif elementtir.

Bu yazımızda hidrojeni bir enerji kaynağı olarak ele alacağız. Özellikle, yenilenebilir enerjiden elde edilen yeşil hidrojen (green hydrogen) konusuna ağırlıklı olarak değineceğimiz yazımızda amacımız (i) yeşil hidrojenin nasıl elde edildiği; (ii) nerelerde kullanılabileceği; (iii) karbon salımı ve küresel iklim değişikliği konularındaki etkisi; (iv) karşılaşılan mevcut zorluklar; (v) global seviyede atılan adımlar ve (vi) ülkemizdeki yeşil hidrojen hakkındaki gelişmeler ile ilgili özet bir bilgi sunmaktır.

2.HİDROJEN ENERJİSİ NEDİR VE NASIL ELDE EDİLİR?

Hidrojen enerjisi ise doğada bileşikler halinde bulunan hidrojen gazının işlenmesi ve dönüştürülmesi ile oluşan enerji kaynağıdır. Hidrojen enerjisi her ne kadar doğal enerji (ya da birincil enerji) kaynağı olmasa da sürdürülebilir ve alternatif enerji kaynakları arasındadır. Bir başka deyişle, yeryüzünde doğal hidrojen birikimleri olmadığı için, hidrojen belirli kimyasal süreçlerden geçerek bileşenlerine ayrılarak elde edilir. Hidrojen enerjisi su, fosil yakıtlar ve biyokütle gibi çeşitli hammaddelerden üretilen yapay bir enerji kaynağı, sentetik bir yakıttır.

Hidrojen gazının bu hammaddelerden enerjiye dönüştürülebilmesi için buhar reformasyonu, atık gazların saflaştırılması, elektroliz, radyoliz, piroliz veya termokimyasal süreçler gibi farklı hidrojen üretim teknikleri vardır. Günümüzde hidrojen enerjisi en fazla doğal gaz, buhar metan reformasyonu (Steam Methan Reforming-SRM) ve kömür gazlaştırma yolları ile elde edilmektedir.
Hidrojenin elde edilme malzemesine ve bileşenlerinden ayrıştırılma sürecine göre atmosfere salınan karbondioksit oranı da değişiklik göstermekte olup, buradan çıkışla hidrojen farklı renklerle göre sınıflandırılmış türlere ayrılır. Yazımızda sürdürülebilir hidrojen türü olarak değerlendirilen yeşil hidrojen türüne odaklanılacaktır.

-Gri hidrojen: Fosil hidrokarbon kaynaklardan elde edilen hidrojen türüdür. Örnek olarak doğal gazdan veya kömürden buhar reformasyonu yolu ile elde edilen hidrojen gösterilebilir. Elbette renginden de belli olacağı üzere karbondioksit salımını konusunda çevreye duyarlı bir tür olmayıp, sıfır emisyon hedefine aykırıdır.
-Mavi hidrojen: Doğal gaz ve kömürün üretimi sırasında açığa çıkan karbonun yakalanması yöntemi ile elde edilen hidrojen türüdür. Karbondioksitin atmosfere salınmasının önüne geçtiği için nispeten çevre dostu bir tür olarak değerlendirilmektedir.
-Turkuaz hidrojen: Henüz pilot (deneme) aşamasında olan bu tür metanın termal parçalanması (metan pirolizi) sonucu elde edilir.
-Yeşil hidrojen: Yenilenebilir enerji kaynaklarından üretilen hidrojendir. Tamamen sürdürülebilir bir enerji dönüşümü için en uygun olan hidrojen türü olarak değerlendirilmektedir. Yeşil hidrojen, suyun elektrolizi yöntemiyle elde edilir ve elektroliz için gereken elektrik yenilebilir enerji kaynaklarından sağlanır. Dolayısıyla sıfır karbon salımı sayesinde oldukça temiz bir yakıttır.

3.YEŞİL HİDROJEN NEDİR VE NASIL ELDE EDİLİR? TERCİH EDİLMELİ MİDİR?

Yukarıda kısaca değinmiş olsak da bu başlık altında yeşil hidrojenin elde edilme yöntem ve kaynaklarını daha detaylı belirtmek isteriz. Hidrojenden enerji üretimi esasen yeni bir konu olmayıp, fosil yakıtların çevreye verdiği zarar karşısında alternatif bir yöntem olarak epeydir gözetilmektedir. Ancak üretimde çoğunluk payına sahip gri hidrojenin sağlayamadığı düşük karbonlu çözüm, yeşil hidrojen tarafından sağlanabilir olunca, yeni ilgi dalgası bu yönde şekillenmeye başlamıştır.
Hidrojenin en fazla doğal gazdan elde edildiğini belirtmiştik. Öte yandan hidrojen üretim türü olarak henüz oldukça az yüzdeye sahip olsa da, suyun elektrolizi önemli bir yöntemdir. Suyun elektroliz sürecinden geçirilmesi sonucunda açığa hidrojen ve oksijen çıkar. Elektroliz süreci için gereken elektriğin rüzgar tribünü ya da güneş paneli gibi yenilenebilir enerji kaynaklarından elde edilmesi halinde ise ortaya çevreyi kirletmeyen bir hidrojen çeşidi olarak yeşil hidrojen çıkar. Yeşil hidrojenin tercih edilmesi için pek çok neden bulunmaktadır. Bunlar arasında:

-çevreye verdiği zararın en düşük seviyede olması;
-yenilenebilir enerjideki maliyetlerin giderek azalması;
-kaynak olarak hidrojenin doğada bol miktarda bulunması ve tükenme ihtimalinin olmaması;
-uzun süre depolanabilmesi ve fosil yakıtlardan neredeyse üç kat daha fazla enerji kapasitesine ve en yüksek enerji verimine sahip olması;
-su ve elektrik olan her yerde üretilebilmesi;
-birincil enerji kaynaklarını koruması; ve
-gaz, sıvı veya metal hibrit şeklinde depolanabilmesi gibi faktörler sayılabilir.

Bununla birlikte elbette bazı olumsuzlukları da mevcuttur. Şöyle ki;

-hidrojen oldukça uçucu ve yanıcı bir gazdır;
-yoğunluğu az olduğu için taşımak zordur. Yaklaşık -253˚C’de sıvılaştırılarak ya da atmosfer basıncının yaklaşık 700 katı fazla bir basınç ile sıkıştırılmış gaz haline getirilerek taşınabilir;
-elektroliz sırasında enerji kaybı olur. Hidrojen elde etmek için kullanılan enerjinin yaklaşık %30-35’lik kısmı kaybolur;
-elektroliz maliyetleri göz önüne alındığında özellikle yeşil hidrojen üretimi oldukça pahalıdır. Saf hidrojen üretim maliyeti doğal gaz ya da petrol üretim maliyetine göre yaklaşık dört kat, doğal gaz üretimine göre de üç kat daha fazladır;
-yeşil hidrojenin hem üretimi hem de taşınması için gerekli teknolojik altyapının oturtulması gerekmektedir; ve
-hidrojen enerjisinin üretildiği yakıt hücreleri ve hidrojenin depolandığı tankların hacmi geniş yer kaplamaktadır.

Hidrojenin niş bir uygulama olmaktan çıkıp yaygın kullanıma geçebilmesinin önündeki en büyük engel üretim teknolojisi ve üretim maliyetleridir. Bunun için en başta elektroliz maliyetini düşürmek kritik öneme sahiptir ve maliyetlerin düşmesi de artan taleple doğru orantılıdır.

Uluslararası Enerji Ajansı’nın (International Energy Agency) değerlendirmesine göre 2040 yılına kadar elektroliz maliyetlerinin yarı yarıya düşebileceği öngörülmektedir. Düşen yenilenebilir enerji maliyetleri ile birlikte kullanımın da yaygınlaşması halinde, 2050 yılına kadar yeşil hidrojen için öngörülen rakam kg başına 1 Amerikan Doları’nın (1$/kg) altına bile düşebileceği yönündedir. Yeşil hidrojenin fiyatı hali hazırda kg başına yaklaşık 4-7 Amerikan Doları civarında değişmektedir.

Ülkelerin sıfır karbon emisyonu hedeflerine tam anlamıyla uyması halinde yeşil hidrojen kaynaklı enerji giderek daha önem kazanacak ve yaygınlaşacaktır. Önündeki maliyet engelini de yatırım indirimi ve hidrojen üretimi teknolojileri için yapılabilecek teşvikler gibi yardımlar ile aşabileceği düşünülmektedir.

4.HİDROJEN ENERJİSİ NERELERDE KULLANILIR?

Hidrojen mevcut halde birçok alanda kullanılmaktadır. Bunlar arasında teknoloji, taşımacılık, sanayi ve petrokimya sektörleri en başta gelmektedir. Kimya ve petrokimya sektörleri (rafineriler dahil), günümüzde hidrojen kullanımında en büyük paya sahiptir. Hidrojen, organik kimya ürünlerinin üretildiği sektörün yanı sıra daha çok gübre üretiminde kullanılan amonyağın yapı taşını oluşturmaktadır.

Özellikle, demir-çelik, havacılık ve çimento üretimi gibi dekarbonizasyonun en çok gerekli olduğu sektörlerde, karbon emisyonunu azaltmada önemli bir unsur olarak yeşil hidrojenin bu alanlarda kullanılmasının yaygınlaşacağı beklenmekte olup bu yönde çalışmalar yapılmaktadır. Yeşil hidrojen ve onun metan, metanol ve amonyak gibi sentetik türevleri, özellikle taşımacılık için önemli bir çözüm sağlamaktadır. Önemli bir yakıt alternatifi olarak otomotiv sektörünün güven beslediği hidrojen, maliyetlerin yanı sıra hala birtakım pratik engelleri aşmak durumundadır. Örneğin, “elektrikli araçlar şarj edilebilmeleri için önemli bir altyapıya ihtiyaç duyarken, depolama çözümleri yük taşımacılığı için hala tam olarak ticarileşmemiştir. İhtiyaç duyulan batarya depolama teknolojilerinin gerek maliyetleri gerekse büyüklükleri, kullanımı önünde engeller oluşturmaktadır.”

5.YATIRIM AÇISINDAN YEŞİL HİDROJEN PAZARINA VE GELECEK DURUMA GENEL BİR BAKIŞ

Global dekarbonizasyon politikası ışığında Hidrojen Konseyi (Hydrogen Council) ve McKinsey’nin ortak olarak yayınladıkları Şubat 2021 tarihli hidrojen raporu’na göre hidrojen konusundaki girişimler giderek hız kazanmaktadır. Rapora göre, 2030 yılına kadar toplamda yaklaşık 300 Milyar Amerikan Doları tutarında 228 adet büyük ölçekli proje planlanmış olup, bunların 80 Milyar Amerikan Dolarına denk gelen kısmı ya başlangıç aşamasında ya nihai yatırım kararı verilmiş halde ya da inşası başlamış durumdadır. Sadece bu bilgi ışığında bile, 10 yıllık projeksiyon kapsamında öngörülen yatırım toplam tutarının yaklaşık %26’lık kısmının çoktan hayata geçmiş olduğu göz önüne alınırsa, hidrojen alanında yapılacak yatırımların 300 Milyar Amerikan Dolarını geçmesi epey mümkün gözükmektedir.

Nitekim Konsey üyesi şirketler, 2025 yılına kadar toplam yatırımlarının altı kat ve 2030 yılına gelindiğinde ise 16 kat daha artmış olacağını öngörmektedirler.
Hidrojen Konseyi, şirketlerin, yatırımcıların ve hükümetlerin yeşil hidrojene global seviyede artan ilgisini ülkelerin dekarbonizasyon politikalarını hızla hayata geçirme ve iklim değişikliği ile mücadele etme amaçlarına bağlamaktadır.

Büyük ölçekli projelerin yaklaşık %85’lik kısmının ağırlıklı olarak Avrupa ve Asya’dan çıktığını belirten rapora göre, hidrojen kullanımının yaygınlaşmasına ve girişimlere öncülük eden ülkeler arasında en önde Amerika, Japonya, Fransa, Almanya ve Avustralya görülmektedir.

6.TÜRKİYE’DE HİDROJEN GİRİŞİMCİLİĞİ NE DURUMDADIR?

Petrol rezervlerindeki azalma ve konvansiyonel yakıtların çevreye verdikleri zararlar göz önüne alındığında daha çevreci olan hidrojenin enerjisinin Türkiye ekonomisine katabileceği katkı tartışmasızdır. Özellikle kaynak açısından Karadeniz’in mevcut potansiyeli düşünüldüğünde Türkiye’nin dünyanın önde gelen hidrojen ihracatçılarından biri olma potansiyeli de yüksektir. Nitekim Karadeniz Bölgesi’ndeki bazı şehirlerde hidrojen elde edilmesine yönelik bazı tesislerin planlanmasının yapıldığı bilinmektedir. Türkiye’nin hidrojen stratejisinin başarısı, büyük oranda yenilikçilik ve girişimcilik ekosisteminin gelişmesine bağlı olacaktır.

Hidrojenin karbonsuzlaştırmadaki önemli rolü, bu alanda girişimcilik için benzersiz fırsatlar yaratacaktır. Özellikle gerekli teknolojik altyapı konusunda finansmanı sağlanabilmesi halinde, hidrojene dayalı bir ekonomiye doğru ilerlemek oldukça mümkün gözükmektedir. Başta Japonya, Amerika ve AB’nin ciddi yatırımlar ayırdığı hidrojen enerjisinin gücü ve potansiyeli kesinlikle göz ardı edilmemelidir. Türkiye hidrojen enerjisi ile ilgili ar-ge, ticarileşme ve büyük ölçekli uygulamalar üzerinde çalışmalarına devam etmektedir.

7.SONUÇ

Bol kaynağa sahip, uzun süreli enerji depolayabilen ve enerji kapasitesi oldukça güçlü olan hidrojenin, enerji türü olarak yaygın yöntem olması, hele ki yeşil hidrojenin neredeyse sıfır karbon salımı sayesinde Paris İklim Anlaşması ile ile Avrupa’da sera gazı emisyonlarının düşürülmesine yönelik önlemlerin alınması, fosil yakıtların enerji üretimindeki yerinin azaltılmasına getireceği katkı da düşünüldüğünde, ülkelerin ve şirketlerin öncelikli enerji politikası haline gelmektedir. Global seviyede, özellikle yüksek üretim maliyetlerine ve hidrojen dönüşüm altyapı sorunlarına yoğunlaşması önemlidir. Yeşil hidrojenin yaygınlaşmasının önünde yatan bu temel engeller aşıldığında, bu alanda hem kamu hem de özel yatırım ve teşviklerin hızının hepten artacağı şüphesizdir. Giderek artan ilgi, bu sorunların yakın – orta vadede çözümlenebileceğini yönünde umut vaat etmektedir. Günümüzde, hidrojen üretiminin yaklaşık %95’inin fosil kaynaklardan sağlandığı göz önüne alınıldığında, hidrojen üretiminden kaynaklanan karbon emisyonunu azaltmak ve bu sebeple yeşil hidrojen üretimine geçmek kaçınılmazdır.

UYARI VE SORUMSUZLUK KAYDI:

Bu yazı, yalnızca genel bilgi vermek amacıyla hazırlanmıştır. Hukuki tavsiye veya profesyonel hukuki hizmet yerine geçmez veya bu amaçla kullanılamaz. Her bir somut işlem için hukuki hizmet almanız tavsiye edilir. Mevzuatın, uygulamanın ve bilginin hızla değişimi nedeniyle yazı içinde verilen bilgilerin güncelliği konusunda herhangi bir taahhüt verilmez.

Konu hakkında daha detaylı bilgi almak için;

hande.aksu@ege-law.com ya da ozlem.ege@ege-law.com ile irtibata geçebilirsiniz.