Ulaşımda yeşil hidrojenle enerji verimliliği

Yeşil hidrojen, yenilenebilir enerji kullanılarak elektroliz yöntemiyle suyun hidrojen ve oksijene ayrılmasıyla elde edilir. Tüm ABD ulaşımını yeşil hidrojenle desteklemek için hali hazırda üretilenden 10 kat daha fazla, 2035 için planlanandan ise 3-4 kat daha fazla yenilenebilir enerji gerektiği düşünülmektedir. Ulaşım sektörü, dünya genelindeki fosil yakıt kaynaklı karbon emisyonunun ortalama %22’sini ve ABD’deki emisyonun %37’sini oluşturmaktadır. Bu nedenle karbon emisyonunu azaltmak için yeşil hidrojen, demiryolu, karayolu, deniz ve hava taşımacılığında ya doğrudan ya da e-yakıt olarak da diyebileceğimiz sentetik yakıtlarda stratejik rol oynayabilir.¹ Araştırmacılara göre, yeşil hidrojeni doğrudan ya da dolaylı olarak e-yakıtlarda, trenlere, uçaklara ve otomobillere güç sağlamak için kullanmanın toplam sistem enerji verimliliği açısından önemli olduğu düşünülmektedir. İklim değişikliğinin etkilerini azaltmak için ulaşımı karbonsuzlaştırmanın gerekli olduğu açıktır. Sistem enerji verimliliği, kara araçlarında tekerlekleri hareket ettirmek ve uçaklar ile gemilerde itme gücü sağlamak için kullanılan enerjiyi, harcanan toplam yenilenebilir elektrik enerjisine oranlayarak ölçer. Araştırmacılar, hidrojenin doğrudan kullanımı dışında e-benzin, e-jet yakıt, e-metanol, e-amonyak şeklinde kullanımını da değerlendirdi. Bu değerlendirmeleri pilli elektrik seçenekleriyle karşılaştırıldığında elektrik girdisinde %80-90 enerji kaybına neden olduğu anlaşıldı. Buna sebep olarak hidrojen ya da e-yakıt üretiminin, nakliye, depolama, dağıtım ve kullanım sırasında sistem verimsizliklerine neden olduğu saptanmıştır. Bu durumda elektrikle çalışan ulaşım, hidrojeni doğrudan veya e-yakıt kullanımından yaklaşık 3 ila 8 kat daha verimlidir. Makalenin yazarı Greg Keoleian, “Enerjinin yanı sıra maliyet, yakıt ikmal süresi, menzil ve güvenlik gibi diğer faktörleri de göz önünde bulundurarak hidrojenin nerede rol oynayabileceğini inceliyoruz.” dedi. Sürdürülebilir Sistemler Merkezi’nde araştırma uzmanı Tim Wallington “ABD’deki yenilenebilir elektrik kaynakları hidrojen üretiminde hafif hizmet araçları için yetersizdir. Bu nedenle yeşil hidrojen, yük kısıtlaması ve menzil sınırlamaları nedeniyle elektrifikasyonun yetersiz kaldığı ağır kara taşıtları, demiryolu,deniz taşımacılığı ve havacılık gibi alanlarda stratejik olarak kullanılmalıdır.” dedi. Ancak Wallington ağır nakliye araçları gibi uzun yol gerektiren ticari araçlarda pillerin işe yaramayacağını düşünüyor. Piller, kıta boyunca bir trene güç sağlamak, okyanus boyunca bir yük gemisi göndermek ya da 200 milden fazla bir uçuşa güç sağlamak için çok büyük ve ağır.

Araştırma ekibi, sistem verimliliğini analiz etmek, hidrojen yolundaki girdileri ve kayıpları resmetmek amacıyla 25 Sankey diyagramları geliştirdiler. Başlangıcı yenilebilir elektrik girdisiyle başlayan bu diyagramlar, yakıt hücresinden içten yanmalı motorda veya uçakta turbofana kadar bir enerji akışını izliyor.² Araştırmacılar, her bir ulaşım için enerji yoğunluğunu ölçtüler. Yük için ton-mil, yolcu için yolcu-mil olarak seçilen bu veriler tüm ulaşım modlarında taşımak için gereken yenilenebilir enerjiyi ifade eder. Araştırma sonucunda hidrojenle demiryolu ve gemi taşımacılığı en verimli olandır, en az verimli olan ise uçaktır. Sürdürülebilir ulaşım olarak bakıldığında ulaşımda tercih edilmesi gereken en az enerji yoğunluklu ve en verimli olandır.

Kaynaklar

1. https://techxplore.com/news/2024-08-green-hydrogen-power-future-passenger.html
2. Timothy J. Wallington et al, Green hydrogen pathways, energy efficiencies, and intensities for ground, air, and marine transportation, Joule (2024). DOI: 10.1016/j.joule.2024.07.012