Güneş-hidrojen sistemine bir örnek

Sürdürülebilir kalkınma hedefleri doğrultusunda fosil yakıtlar yerine yenilenebilir enerjinin kullanımının yanında “fit for 55” gibi bazı hedeflerin yakalanabilmesi için güneş-hidrojen gibi alternatif kaynakların hibrit kullanımı da oldukça önemlidir.

Yenilenebilir enerji türlerinden hidrojen enerjisine geçişte gri ve mavi yerine yeşil hidrojen üretimi hedeflerin gerçekleştirilmesi için kaçınılmazdır. Yeşil hidrojende hidrojen üretimi için yenilenebilir kaynaklar kullanılmaktadır. Özellikle yıllık güneşlenme süresi fazla olan ülkelerde güneş enerjisi kullanılarak elektroliz yoluyla hidrojen üretilmesi en çevreci yöntemdir.

EPFL (Lozan Federal Teknoloji Enstitüsü) bilim insanları tarafından tasarlanan parabolik çanak, bir uydu çanağına veya diğer telekomünikasyon altyapısına benzediği için kolayca gözden kaçabilmektedir. Bu çanağı onlardan ayırıp onu özel yapan şey ise tıpkı bir ağaç gibi çalışıyor olmasıdır.

Sistem, güneş ışınlarını yaklaşık 1000 kat yoğunlaştırdıktan sonra, tabağın üzerindeki bir reaktörde suyu hidrojen ve oksijene ayırma ve de ısıya dönüştürmek için kullanır. Bu teknoloji, yapay fotosentez olarak adlandırılır ve hem endüstriyel amaçlı hem de konutlarda kullanılabilir¹. 

Dünya güneş haritasına bakıldığında mükemmel bir güneş iklimi sergileyen  ve fotovoltaik-elektroliz sistemleri ile hidrojen üretmek için ideal oldukça fazla ülkenin olduğu görülmektedir (Şekil 1). iklimi ile birlikte İspanya için bir güneş-hidrojen sistemi modeli geliştirilmiş ve fosil yakıtlara olan ithalat bağımlılığı kişi başına düşen gayri safi milli hasıla ve kirliliğin azaltılması ve aynı zamanda yaşam kalitesinin iyileştirilmesi açısından avantajları incelenmiştir.

Güneş-hidrojen sistemi devreye girmezse önümüzdeki onyılda büyük miktarlarda fosil yakıt ithal edilmeye devam edilecek ve aynı zamanda çevreye zarar verecektir. Öte yandan verimsiz arazileri kullanarak fotovoltaik elektroliz yoluyla güneş-hidrojen üretmek, dışa bağımlılığını azaltacak ve hatta enerji ihraç eden bir ülke haline gelebilecek bu da olumlu bir etkiye sahip olacaktır³.

Sürdürülebilir kalkınmanın sağlanması dünya kamuoyunda giderek daha önemli hale gelen bir hedeftir. Fosil yakıtlar en büyük kirleticiler ve sera etkisine en fazla katkıda bulunan yakıt çeşitleri olduğundan enerji en çok tartışmaya neden olan konulardan biridir. Bu nedenle fosil yakıtların büyük tüketicisi olan sanayileşmiş ülkelerin güneş-hidrojen sistemi gibi çevreyi kirletmeyen ve tükenmez yenilenebilir kaynaklara dayalı yeni enerji sistemlerini araştırmaları oldukça önemlidir.

Güneş-hidrojen sistemi, bir dizi etkileşimli bileşenin bir araya geldiği entegre bir sistem olarak işlev görür. Hidrojen, güneşe dayalı bir yenilenebilir enerji kaynağı yoluyla elde edilir (yeşil hidrojen) ardından depolanır ve talebe cevap verebilmek için elektrik enerjisine dönüştürülür. Söz konusu sistem fotovoltaik (PV) jeneratör, proton elektrolit membran (PEM) elektrolizör, hidrojen depolama tankı, proton değişim membranlı yakıt hücresi (PEMFC) ve güç düzenleme (PCU) sistemlerinden oluşmaktadır.

PV sistem, yeterli güneş radyasyonu olduğunda yük talebini karşılamak için elektrik üretir. Ancak elektrik talebi yüksek ve güneş radyasyonu da düşük olduğu zaman, güneş-hidrojen sistemindeki enerji ile çalışmaya devam eder³.

Hidrojen ve oksijen, elektrik üretmek amacıyla yakıt hücresinde kullanılmak üzere tank içerisinde depolanır. Böylece güneş reaktörü hidrojen ve oksijen üretiminin yanı sıra kullanılabilir ısı üretimini de sağlar. Hidrojen, fosil yakıtlar gibi birincil enerji kaynağı değildir. Bir enerji taşıyıcısı olup petrol, kömür ve diğer yenilenebilir enerji kaynaklarından elde edilen enerjiyi depolamak ve bunu kullanışlı bir enerjiye dönüştürmek için kullanılır.

Üretilen fazla ısının sisteme yeniden kazandırılabilmesi için bir ısı eşanjöründen (değiştiriciden) geçirilerek değerlendirilir. Bu kayıp ısı ortamların ısıtılması için kullanılabilir. Genellikle atık bir ürün olarak algılanan oksijen, bu sistemle kayıp olmaktan çıkıp, örneğin tıbbi uygulamalar için de kullanılabilir.

Kaynaklar

1. https://techxplore.com/news/2023-04-solar-hydrogen-co-generates-oxygen.html
2. Contreras, A., Carpio, J., Molero, M., & Veziroglu, T. N. (1999). Solar–hydrogen:: an energy system for sustainable development in Spain. International journal of hydrogen energy, 24(11), 1041-1052.
3. Holmes-Gentle, I., Tembhurne, S., Suter, C., & Haussener, S. (2023). Kilowatt-scale solar hydrogen production system using a concentrated integrated photoelectrochemical device. Nature Energy, 1-11. 
4. https://globalsolaratlas.info/