Günümüz dünyasında fosil yakıtlar temel enerji kaynağı olarak hala büyük rol oynamaktadır. Ulaşım, endüstri ve enerji üretimi gibi pek çok alanda yer almaktadır ancak bu yaygın kullanımın çevresel, ekonomik ve toplumsal alanları olumsuz olarak etkilemesi kaçınılmazdır. Bu gibi alanlarda olumsuz etkilerden kaçınmak için fosil yakıt kullanımından kaynaklanan karbondioksit emisyonunu azaltmayı amaçlayan enerji ihtiyacını karşılayacak temiz, güvenilir ve ekonomik olan yollara başvurulmaktadır. Bu yollardan biri de gelecek için umut vaad eden temiz ve yüksek enerji yoğunluğuna sahip olan hidrojen enerjisidir.
İsveç’deki Lund Üniversitesi’ndeki araştırmacılar katı malzemelerden elde ettikleri sıvı bir otomobil yakıtı üzerinde çalışıyorlar. Bu elde edilen özel sıvı daha sonra tanktan boşaltılarak hidrojenle zenginleştiriliyor ve işlem sonucunda atmosferik karbon salınımı olmayan bir döngü oluşturuluyor. Yeniden kullanılabilir olan bu sistem, çevreye verilebilecek olumsuz etkileri en aza indirerek ihtiyaç duyulan enerji açığını karşılamayı hedeflemektedir.
Lund Üniversitesi araştırmacıları, bu yöntemin etkili olduğunu ve henüz temel bir araştırma olmasına rağmen gelecekte verimli bir enerji depolama sistemine dönüşme potansiyeline sahip olabileceğini ortaya koydu.
Ola Wendt, Lund Üniversitesi Kimya Bölümü profesörü ve yazarlarından biri olarak, ’’Katalizörümüz, kamuya açık olan araştırmalarla kıyaslandığında mevcut pazardaki en etkili katalizörlerden biri olarak öne çıkıyor’’ ifadesinde bulunmaktadır.
Hidrojen enerjisinin gelişimi, enerji sektöründe önemli dönüşümleri de beraberinde getirmektedir. Bu alanda öne çıkan isimlerden biri olan Wendt ’’Gazın yönetilmesi zorlu olabilir; bu yüzden günümüz benzin istasyonlarında olduğu gibi genel dağıtım yapabilen, hidrojenle doldurulmuş sıvı yakıtlara odaklanıyoruz.’’ şeklinde ifade etmektedir.
Yapılan çalışma, hidrojenin etkili bir şekilde depolanması ve taşınması için önerilen bir çözüm yöntemi olan sıvı hidrojen taşıyıcılara (LOHC’ler) odaklanmaktadır. Hidrojenin gaz olması ve hacimsel olarak enerji yoğunluğunun düşük olması sebebiyle atmosferik koşullar altında depolanması zordur. LOHC’ler hidrojen gazını sıvı forma dönüştüren ve bu gazı tekrardan serbest bırakan bileşenlerdir.
Oluşturulmak istenen sistemin asıl amacı, hidrojeni ’’yüklü’’ bir sıvı içerisinde depolamak ve bu sıvıyı kullanarak hidrojeni çıkarmak için mümkün olduğunca verimli bir katalizör bulmaktır. Süreç, hidrojenle doyurulmuş sıvının katı bir katalizör ile hidrojeni çıkararak bir yakıt hücresini beslemesini içermektedir. Bu yakıt hücresi, kimyasal yakıtı elektriğe dönüştürerek yalnızca su emisyonu üretir. Harcanan sıvı daha sonrasında dolum istasyonunda boşaltılabilir ve yeni, yüklü sıvı ile doldurulmadan önce bir depolama tankına aktarım yapılabilir. Bu aşama, büyük ihtimalle günümüzdeki petrol rafinerileri ile kıyaslanabilecek boyutta büyük üretimle eşdeğer olacaktır.
Gerçekleştirilen araştırmada, desteklenmiş katalitik sistemler kullanılarak N-heteroksikliklerin LOHC olarak sürekli akış sistemli ve alıcısız olarak dehidrojenasyonunu ele almakta ve bu alanda yeni bir destekli kıskaç iridyum katalizörünü sunmaktadır. Bu gelişmeler, LOHC’lerin hidrojen depolama ve taşınması konularında gelecekteki uygulamalar için umut vaad etmektedir. Wendt, ’’Sıvı halde olan hidrojen gazının %99 üzerinde bir oranla dönüştürdük’’ şeklinde ifade etmektedir.
Araştırmacılar, yakıtın otobüs, kamyon ve uçak gibi fazla enerji gereksinimi olan araçlar içinde kullanılabilirliğini de değerlendiriyorlar.
Wendt, ’’Araçların sahip oldukları büyük tank kapasiteleri dikkate alındığında bir depo dizel ile katedebileceğiniz mesafeyi yaklaşık olarak aynı oranda bununla kat edebilirsiniz. Üstelik sıkıştırılmış hidrojenle karşılaştırıldığında yaklaşık %50 daha fazla enerjiye dönüştürebilirsiniz.’’ diyor.
Gerçekleştirilmek istenen bu önemli çalışma şimdilik pek çok zorluk ile karşı karşıyadır. Birincisi, kullanılan katalizörün ömrü oldukça kısıtlı olması. Sorunlardan bir diğeri de katalizörün temelini oluşturan iridyumun kıymetli bir metal olması.
Wendt, “Tahminlerimize göre her araba için yaklaşık iki gram iridyum gerekmektedir. Günümüzdeki egzoz temizleme katalitikleri içerisinde bulunan yaklaşık üç gram platin, paladyum ve rodyum gibi değerli metallerin miktarı ile karşılaştırıldığında eşdeğer miktarda olmaktadır.’’ şeklinde açıklamaktadır. İridyumun aynı zamanda diğer elementlere oranla daha ucuz olma daha ucuz olması dikkate değerdir (Şekil 2).
Temel bir araştırma ile bulunmuş olan bu çözüm yöntemi eğer ürün geliştirme kararı alınırsa ekonomik olması ve toplumun ihtiyaçlarını karşılaması şartı ile on yıl içerisinde projenin hazır olabileceği öngörülüyor.
Başka bir problem de hidrojenin çevre dostu olmayan yöntemlerle üretilmesidir. Hidrojenin etkili bir biçimde depolanması ve taşınması gereklidir ancak bu günümüzde oldukça zorlu bir süreçtir. Sıkıştırılmış hidrojen ile yakıt dolumu yapmanın bazı riskleri vardır. Lund Üniversitesi araştırmacıları, bahsedilen bu sorunlar için kendi geliştirdikleri yöntemler ile çözmeyi hedeflemektedirler.
’’Günümüzde kullanılan hidrojenin %98’i fosil kaynaklı, genellikle de doğal gazdan üretilen gri hidrojendir. Bu üretim sonucunda yan ürün olarak oluşan karbondioksit ise çevreci olmaktan uzaklaşmaktadır. Ayrıca, hidrojen üretme düşüncesi çelik, pil ve yakıt gibi sektörlerde karbon emisyonu ile yapılıyorsa çevre dostu olmamaktadır.’’ diyen Wendt suyun yenilenebilir enerji yardımıyla ayrıştırılması (elektroliz) yöntemi ile elde edilen ‘yeşil hidrojenin’ nasıl üretilebileceği konusunda pek çok çalışma olduğunu belirtiyor. Ayrıca, yenilenebilir enerji kaynaklarının fosil yakıtlara karşı rekabet edip belirli bir yer edinebilmesi için politik kararların alınması gerektiğine inanıyor. Daha ekonomik hale gelmesi ve bunun için politik adımlar atılması gerekiyor. Fosil yakıtlarla rekabet etmek, özellikle ulaşım sektöründe maliyetin hâlâ ana etken olduğu bir dönemde, yenilenebilir enerji kaynaklarının benimsenmesi için politik destek şart” şeklinde ekliyor.
Kaynaklar
1. https://techxplore.com/news/2023-10-catalyst-liquid-hydrogen-fuel-future.html
2. Chakrabarti, K., Spangenberg, A., Subramaniyan, V., Hederstedt, A., Abdelaziz, O. Y., Polukeev, A. V., … & Wendt, O. F. (2023). Acceptorless dehydrogenation of 4-methylpiperidine by supported pincer-ligated iridium catalysts in continuous flow. Catalysis Science & Technology, 13(17), 5113-5119.
3. Aakko-Saksa, P. T., Cook, C., Kiviaho, J., & Repo, T. (2018). Liquid organic hydrogen carriers for transportation and storing of renewable energy–Review and discussion. Journal of Power Sources, 396, 803-823.
4. Bourane, A., Elanany, M., Pham, T. V., & Katikaneni, S. P. (2016). An overview of organic liquid phase hydrogen carriers. International journal of hydrogen energy, 41(48), 23075-23091.
5. https://tradingeconomics.com/