Nükleer enerjiyle temiz ve verimli hidrojen üretimi

Gelecekte en yaygın şekilde kullanabileceğimiz temiz enerji kaynaklarından birisi olan hidrojen enerjisi, doğaya zararsız ve çok yönlüdür. Hidrojen, üretim yöntemlerine göre farklı renklendirme yapılarak sınıflandırılmıştır. Bu sınıflandırma siyahtan griye, maviden yeşile kadar bir çok renk içerir. Örneğin; yeşil hidrojen temiz enerji kaynaklarından üretilen hidrojen için kullanılır. Bazı yöntemlerde yenilenebilir kaynaklar da kullanılabilir. Fakat fosil kaynaklara olan ihtiyacı azaltmak ve gerekliliği düşürmek için üretim aşamalarında nükleer enerjiden elde edilen ısının kullanımının uygun olabileceği düşünülmüştür.¹

Bu düşünce çerçevesinde ortaya matematiksel bir model atılmıştır. Bu model, nükleer santralden alınacak olan ısı ve elektrik enerjisini kullanmanın ne kadar faydalı veya tam tersi yönde gerek duyulmaz olacağı üzerinedir. İlk olarak bu hesaplama ve tahminler Birleşik Krallık (UK) için hidrojen enerjisinin gelecekte ne kadar önemli ve kullanılabilir olacağını öngörmekle başlar. Hidrojen enerjisinin;

• Karbon ayak izimizi düşürmek ve ekolojik çevremizi korumamız için önemli bir temiz enerji kaynağı olması,
• Sadece elektrik üretiminde değil de birden fazla kullanım alanı sayesinde tek bir kaynaktan birden çok alanda karbonsuzlaştırmaya olan katkısı ve kolaylık sağlaması,
• Hidrojen yakıt hücreleri sayesinde araçlarda yakıt olarak kullanılabileceği,

gibi faydalı bir çok özelliği vardır. Bu faydalı özellikler yanında her şeyin mükemmel ve kusursuz olduğunu düşünemeyiz. Siyah hidrojen, üretim aşamaları sırasında fosil yakıt kullanılan hidrojen enerjisi çeşididir.

Sonrasında bu modelde bir nükleer santralin üretim katsayısı ve verimliliği için kullanılan bir birim olan “ƞₜₕ” genel olarak reaktörün gücünün çıkıştaki termal güce olan oranı ile bulunur.²

ƞₜₕ=Nₑₗ∕𝙌ₜₕ

Bu verimlilik sayesinde termokimyasal yollar ile nükleer enerjiden elde edilen ısı ve elektrik enerjisi hidrojen üretim döngüsüne katılır. Hidrojen üretimi sırasında hem karbon salınımı yapmamış olur hem de bu ısıyı tekrar santralin türbinlerine göndererek oradan da elektrik elde edebiliriz. Bu sayede olabilecek en temiz üretim yöntemleri ile bir girdiden iki çıktılı bir enerji eldesini gerçekleştirmiş oluruz. 

Akla gelen sorulardan biri de neden hidrojen üretimininin bu kadar ısıl işlem ile yapılması olabilir. Aslında bu miktarda ısı gereksinimi bütün hidrojen yöntemleri için yoktur. Ancak “Yüksek Sıcaklıkta Buhar Elektrolizi” üretim yöntemlerinden en verimli olanlardan bir tanesidir. Ayrıca nükleer santraller, ısı kullanıldıktan sonra sadece soğutma sistemlerinde düşürülüp geri ısıtma işlemi için su geri kazanılması prensibine göre çalışır. Bu yüzden ısıyı ara bir işlemle fazladan kullanarak soğutma sistemlerindeki yükü de hafifletilmiş olur.

Yukarıda söylediklerimizi uygulayarak temiz bir enerji üretmeyi modellemek ve gerçekleşmesini sağlamak için birçok sebep vardır. Bunlar sadece karbon salınımını azaltmak değildir. Bu nedenler;

• Günümüzde hidrojen üretiminin neredeyse hepsinin doğalgaz ve kömür ile yapılıyor olması,
• Hidrojen enerjisinin kullanımı için entegrasyonların ve birçok değişimin yapılması gerekmesi,
• Hidrojenin karbon emisyonunun düşük halde iken pahalı olması, (Bu değer yaklaşık olarak yeşil hidrojen için 2,5-5,5 EUR/kg ve gri hidrojen için 1,5 EUR/kg’dır.)
• Mevcut bazı ülkelerin yasal düzenlemelerin hidrojen enerjisi kullanımı üzerine olan bazı sanayisel gelişmeleri kısıtlamasıdır.³

Bu modellemeler ve tahminler, gelecekte çevresel engelleri ortadan kaldırmak için ne yapılabileceğini göstermek ve planlamak için önemli birer adımdır. 

Bu sistem sayesinde kurulmuş olan yalnızca matematiksel bir model olsa da hidrojen enerjisi üretiminin maliyetini neredeyse yarıya kadar düşürebilir. Bu da bize gelecek için daha çok umut verebilmektedir.

Kaynaklar

1. https://techxplore.com/news/2024-09-coupling-nuclear-hydrogen-production-technologies.html
2. Şenaktaş, B. (2005). Hidrojen enerjisi, üretimi ve uygulamaları (Master’s thesis, Pamukkale Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü).
3. Mendrela, P., Stanek, W., & Simla, T. (2024). Sustainability assessment of hydrogen production based on nuclear energy. International Journal of Hydrogen Energy, 49, 729-744.