yenđlenebđlđr enerjđ kaynakları - HESKON ENERJİ son yıllarda

1
YENĐLENEBĐLĐR ENERJĐ KAYNAKLARI
1. GĐRĐŞ
Ekonomik kalkınmanın temel öğelerinden biri olan enerji, insanlığın vazgeçilmez
gereksinimlerinden biridir. Dünya nüfusu ve endüstriyel gelişmelere paralel
olarak enerji gereksinimi giderek artmakta buna karşın fosil enerji kaynaklarının
rezervleri hızla tükenmektedir. En son istatiksel değerlendirmelere göre; dünya
enerji ihtiyacının %38,5’ini karşılayan petrolün 41, %23.7’sini karşılayan doğal
gazın 62, %24.7’sini karşılayan kömürün ise 230 yıl rezerv kullanım süresi
bulunmaktadır.
1900 yılında nüfusu 1.6 milyar, birincil enerji tüketimi yaklaşık 1 000 Mtep olan
dünyamızda 1997 yılında nüfus 6.5 milyara ulaşmış, birincil ticari enerji tüketimi
8639.6 Mtep düzeyine çıkmıştır. Böylece bir yüzyıl içinde dünyanın birincil enerji
tüketimi 8 katın üzerinde artış göstermiş bulunmaktadır.
Günümüz dünyasında tüketilen enerjinin yaklaşık %85'i direkt satış amacıyla
üretilen "ticari enerji" olup, kömür, petrol ve doğal gaz dünya enerji
gereksiniminin yaklaşık dörtte üçünü karşılamaktadır. Kalan dörtte biri nükleer,
hidrolik, odun, bitki ve hayvan artıkları gibi klasik biomas, yeni ve yenilenebilir
kaynaklar ile karşılanır durumdadır. Enerji bütçelerinin ağırlıkla fosil yakıta
dayanması nedeniyle, fosil yakıt üretici ve satıcı ülkeler ile fosil yakıt alıcı ülkeler
arasındaki ilişkiler, dünya stratejik dengesinin önemli unsurları olmuştur.
Dünyada enerji talebinin karşılanmasında ana kaynakların fosil yakıtlar olması,
fosil yakıtların yanma reaksiyonu ile değerlendirilmesi ve bu reaksiyonda
karbondioksit (CO2) ile diğer zararlı emisyonların ortaya çıkması, çevre sorunları
oluşturmaktadır. Bugün dünyanın en önemli çevre sorunu olan global ısınmanın
ana nedeni, artan CO2 emisyonu ile atmosferin sera etkisinin güçlenmesidir.
Dünyada CO2 emisyonunu sınırlandırmak için çeşitli girişimler yapılmakla birlikte,
henüz çare olacak sonuçlardan uzak bulunulmaktadır.
Birincil enerji kaynaklarının rezervlerinin kısıtlı olması, yakıt fiyat artışları, nüfus
artışı, endüstrileşme, ulusal kaynaklarının değerlendirilmesi zorunluluğu, 21.
yüzyılın sosyo-ekonomik yapılanması, mevcut yakıtların çevre üzerindeki olumsuz
etkileri (sera etkisi, küresel ısınma, iklim değişiklikleri, yağış anormallikleri, asit
yağmurları, sağlık problemleri gibi), yeni enerji teknolojileri kapsamında,
yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı gerekliliğinin temellerini
oluşturmaktadır.
2
2. GENEL ENERJĐ DURUMU
2.1. Dünyanın Enerji Durumu
Enerji insanoğlunun temel girdilerinin karşılanmasında, ülkelerin sosyal ve
ekonomik olarak kalkınmasında en önemli gereksinimlerden biridir. Dünya enerji
sektöründe, önceleri petrol krizinden kaynaklanan arz kısıtlamaları, günümüzde
ise çevresel baskılardan kaynaklanan büyük maliyet artışları söz konusudur.
Enerji sektörü artık ülke sınırlarını aşmış, uluslararası boyutları ile irdeleme
konumuna girmiştir. Uluslararası organizasyonların enerji sektörü ile ilgili olarak
uyguladıkları kararlar tüm dünya ülkelerinin etkilemektedir.
Dünya enerji tüketimi, 2001 yılında %0,3 oranında artmıştır. Bu yılda kömür ve
nükleer enerji tüketimlerindeki artışa karşılık, hidrolik enerji tüketiminde düşme
gözlemlenmiştir.
Petrol ve doğalgaz tüketimlerinde çok önemli bir değişiklik yaşanmamış olup,
bunun da 2001 yılında petrol ve doğalgaz fiyatlarındaki artışlardan kaynaklandığı
düşünülmektedir(WEC,2002).
2.1.1. Fosil yakıtlar
Günümüzde enerji ihtiyacının büyük bir bölümü fosil yakıtlardan
karşılanmaktadır. 2001 yılı sonu itibariyle dünyadaki fosil yakıt rezervleri,
petrolde 142.9 milyar ton, doğalgazda 155,1 trilyon m3, taşkömüründe 519,1
milyar ton ve linyitte 465,4 milyar ton olarak belirlenmiştir (WEC 2002).
2001 yılında fosil yakıt rezervlerinin kullanılabilme süreleri petrolde 40 yıl,
doğalgazda 62 yıl ve kömürde ise 216 yıl olarak tespit edilmiştir (WEC, 2002).
2001 yılında dünyadaki toplam fosil yakıt üretimi 8050,9 milyon TEP olarak
gerçekleşmiştir. Bunun 3584,9 milyon ton’u petrol, 2217,7 milyon TEP’ i doğalgaz
ve 2248,3 milyon TEP’i kömür olarak gerçekleşmiştir.
2001 yılında, 2000 yılına göre fosil yakıt tüketimlerinde toplam %0,3’lük bir artış
kaydedilmiştir. 2001 yılında, fosil yakıt tüketimleri içerisinde petrol %44 ile
ağırlığını korumuş, bunu %29 ile kömür ve %27 ile doğalgaz takip etmiştir.
3
2.1.2 Diğer enerji kaynakları
Dünya genelinde 14 000 TWh/yıl değerlendirilebilecek hidrolik potansiyel vardır.
Avrupa ve Kuzey Amerika'da bu kapasitenin %60 kadarı kullanılmaktadır.
Dünyanın diğer bölgelerinde de söz konusu kapasitenin %10'u kullanılmakta
olup, %30'u değerlendirme beklemektedir. 2001 yılı hidrolik enerji tüketiminin
2000 yılına göre %3,7 azaldığı görülmektedir.
Dünya nükleer santrallarının kurulu güç kapasitesi, Uluslararası Atom Enerjisi
Ajansı raporlarına göre, 2001 yılı Nisan ayı itibariyle 438 reaktör ünitesi
bulunmakta olup, toplam kurulu güç 351327 MW'dır. Đnşası süren 31 ünitenin
kurulu gücü 27756 MW düzeyindedir. 2000 yılında toplam nükleer enerji arzı
2562 TWh olarak gerçekleşmiştir.
Dünya nükleer enerji üretiminin %86'si OECD ülkeleri tarafından
gerçekleştirilmiştir. OECD’ye üye ülkeler arasında yer alan Fransa’nın elektrik
üretimindeki nükleer enerjinin payı (2001 Nisan ayı itibariyle) %76, Belçika’nın
%57, Japonya’nın %34 ve ABD’nin ise %20 oranındadır. Đşletmede olan nükleer
santraller açısından ABD 104 ünite ve 97411 MW kurulu güç ile birinci sırada,
Fransa 59 ünite ve 63073 MW kurulu güç ile ikinci sırada, Japonya 53 ünite ve
43491 MW ile üçüncü sırada yer almaktadır.
2.1.3 Yenilenebilir enerji kaynakları
Dünyanın üzerinde durulan yeni ve yenilenebilir kaynakları jeotermal enerji,
güneş enerjisi, rüzgar enerjisi, biomas enerji, hidrojen enerjisi olup, bunların
dışında gel-git enerjisi, deniz dalga enerjisi, deniz ısıl enerjisinin kullanımı için
çalışmalar sürdürülmektedir. Yenilenebilir kaynakların toplam brüt ve/veya teorik
potansiyeli, insanlığın maksimum 12 TW kadar olan toplam enerji gereksinimi
karşısında sonsuz büyüklükte kalmaktadır.
Jeotermal enerji olarak adlandırılan yer derinliklerinden gelen ısı akımı dünya için
ortalama 30.6 TW güç rezervi sağlamaktadır. Jeotermal enerjide en büyük kurulu
güç elektriksel olarak 2842 MW ve direkt kullanım olarak 2242 MW ile ABD'de
bulunmaktadır. ABD'den sonra en büyük elektriksel kurulu güç 1448 MW ile
Filipinlerde, en büyük direkt kullanım gücü ise 2143 MW ile Çin'dedir.
4
Güneş enerjisi dünya için sonsuz bir enerji kaynağı sayılabilir. Dünya genelinde
güneş enerjisinin brüt potansiyeli 178.000 TW'dır. Teorik olarak alınabilir
potansiyel 50-100 TW arasında bulunmaktadır. Güneş enerjisi uygulamaları
elektrik üretimi ve ısıl uygulamalar biçiminde iki ana grupta toplanmaktadır.
Dünyada güneş elektrik santrallerinin kurulu gücü henüz 580 MW
düzeylerindedir. Bunun 180 MW'ı fotovoltaik, kalanı termiktir. Güneş enerjisinin
kurulu kollektörlerle ısıl kullanımı 10 Mtep/yıl düzeylerinde bulunmaktadır. Güneş
elektrik santrallerinde en büyük kurulu güç termik/hibrid santrallere aittir.
Fotovoltaik santraller henüz küçük güçlerdedir ve yeni geliştirmeler ile maliyet
düşürülmesine çalışılmaktadır.
Atmosferin rüzgârı oluşturan brüt kinetik potansiyeli 191 TW'dır. 50° kuzey ve
güney enlemleri arasında alınabilir rüzgar gücü potansiyeli 3 TW kadar olmakla
birlikte, maksimum teknik potansiyelin 1 TW olduğu hesaplanmıştır. Rüzgar
enerjisi mini türbinlerin yanı sıra, 2 MW'lık geliştirilmiş türbinlerle de
kullanılabilmektedir. Rüzgâr elektrik santralleri şebekeden bağımsız ve şebeke
bağlantılı kurulabilmekte olup, şebeke bağlantılı olanları yaygınlaşmıştır.
Günümüz rüzgâr santralleri birden fazla türbin içeren rüzgar tarlaları
biçimindedir. 1990 yılında dünyada rüzgar santrallerinin kurulu gücü toplam 2160
MW iken, 1996 sonunda 6097 MW'a ulaşmıştır. Bu hızlı artış trendi sürmekte
olup, 1997 yılında kurulu güç 7500 MW'a yükselmişse de, kullanılabilecek
minimum potansiyelin binde biri değerlendirilmemiş durumdadır. 1997 yılında
dünya genelinde rüzgardan sağlanan elektrik üretimi 12300 GWh kadardır.
Önemli bir yenilenebilir kaynak biomas enerjidir. Biyosferde biyolojik materyal
devresinin kuru madde kütlesi 250 milyar ton/yıl ile 100 milyar ton/yıl karbona
eşdeğerdir. Biyosferdeki fotosentez enerjisi 2 x 1021 J/yıl (70 TW) düzeyindedir.
Dünyadaki toplam biomas üretimin enerji değeri karşılığı, toplam enerji
tüketiminin 8 katını aşmaktadır. Biomasın sanayileşmiş ülkelerdeki birincil enerji
tüketimindeki payı genel olarak %3’ün altında ise de bazı ülkeler bioenerji
kaynağını önemli ölçüde kullanmaya başlamışlardır. Finlandiya %15, Đsveç %9,
Amerika %4, Eski SSCB Devletleri %3-4 oranında biomas enerjisi
kullanmaktadır.
2.2 Türkiye’nin Enerji Durumu
Türkiye’nin birincil enerji kaynakları rezervleri incelendiğinde; kömür rezervi ile
jeotermal ve hidrolik enerji potansiyeli, dünya kaynak varlığının %1’i kadardır.
Petrol ve doğalgaz rezervleri ise son derece kısıtlıdır. Toryum rezervi dünya
rezervinin %54’ünü oluşturmaktadır. Bunun değerlendirilmesi ise henüz deneme
safhasında olan toryum santrallerinin gelişmesine bağlıdır.
Birincil enerji kaynakları üretimi 2002 yılında, 2001 yılına göre %2’lik bir
azalmayla 25,2 Mtep’ten, 24,6 Mtep seviyesine düşmüştür. 2002 yılında hidrolik,
5
güneş ve jeotermal enerji hariç olmak üzere hemen hemen tüm enerji
kaynaklarının üretimlerinde düşüşler gözlenmiştir. Petrol ve doğalgaz üretim
miktarı oldukça küçük olup, ülkenin ana enerji kaynağı başta linyit olmak üzere
kömürdür. 1990-1999 yılları arasında üretiminde önemli artışlar kaydedilen
linyitin üretimde bu yıldan itibaren düşmeler kaydedilmeye başlanmış, özellikle
2002 yılında santral tüketimlerindeki azalmaya paralel olarak bu kaynağın üretimi
51 Mt. olmuştur. Üretiminde önemli artış kaydedilen diğer bir enerji kaynağı da
hidrolik enerji olup, 1990 yılında 23148 GWh’ten yıllık ortalama %7,8 artışla
1998 yılında 42.229 GWh’e ulaşmıştır. Ancak 1999-2001 yılları arasında
ülkemizde kuraklığın hüküm sürmesi ve diğer bazı teknik zorunluluklar nedeniyle
hidrolik enerji üretiminde önemli derecede düşmeler gözlenmiş ve 33684 GWh
olarak gerçekleşmiştir.
2002 yılında toplam kömür, birincil enerji kaynakları üretiminin %47,4’ünü,
petrol ve doğalgaz %11,8’ini, hidrolik ve jeotermal elektrik %12,2’sini, diğer
yenilenebilir kaynaklar %4,3’ünü, ticari olmayan yakıtlar ise %24,3’ünü
oluşturmuştur
1990-2002 yılları arasında yıllık ortalama %3,3’lük bir artış gözlenmiştir. 1990
yılında 53 Mtep olan tüketim, 2000 yılında 81,3 Mtep’ne ulaşmış ancak, 2001
yılında ülkemizde yaşanan krize paralel olarak enerji tüketiminde de önemli
derecede bir azalma olmuş, 2002 yılında tekrar tüketimin artışı yönünde bir
eğilim olmuştur. 2002 yılında genel enerji tüketiminde petrol %39,3 ile en büyük
paya sahip olmuştur. Bunu %20,6 ile doğalgaz, %13,5 ile linyit takip etmiştir.
Aynı yılda hidrolik enerjinin payı %3,7 iken ticari olmayan kaynakların payı %7,6
olmuştur. 2002 yılında hidrolik enerji hariç yenilenebilir enerji kaynaklarının
toplamı 7,1 Mtep olmuştur. Bunun önemli bir miktarı odun (4,7 Mtep) ile hayvan
ve bitki artıklarını (1,3 Mtep) içermekte olup, geri kalan kısmını jeotermal
enerjiye (0,8 Mtep) ile güneş (0,3 Mtep) oluşturmaktadır.
1990 yılında 944 kgpe olan kişi başına enerji tüketimi, 2002 yılında 1126 kgpe’ne
ulaşmıştır.
2.2.1. Enerji ithalatı ve ihracatı
Enerji üretim artışının talepten daha düşük olması nedeniyle 1990-2002 yılları
arasında net ithalatla %5,5’lik bir artış gerçekleşmiş ve net ithalat yaklaşık 2 kat
artarak 1990 yılındaki 28,5 Mtep seviyesinden 2002 yılında 53,9 Mtep seviyesine
ulaşmıştır.
2002 yılında da başta petrol olmak üzere doğalgaz, kömür ve elektrik enerjisi
ithalatları yapılmıştır. Taşkömürü ve ikincil kömür ithalatları toplam olarak 9,6
Mtep (%16,5), ham petrol ve petrol ürünleri 32,6 Mtep (%56), doğalgaz 15,8
Mtep (%27) ve elektrik 0,3 Mtep (%0,5) olarak gerçekleşmiştir. 2002 yılında
gerçekleşen bu ithalat miktarları sonucunda 1990 yılında %48,1 olan talebin yerli
üretimle karşılanma oranı, 2002 yılında %31,3 olmuştur.
6
2.2.2. Elektrik enerjisi durumu
Enerjiye doymuş sanayileşmiş ülkelerde bile talebi artan ikincil enerji kaynağı
olarak ülke kalkınmasında kritik bir önemi artarak devam etmektedir.
1990 yılında 16318 MW olan ülke kurulu güç kapasitesi, son dönemlerde devreye
alınan 15528 MW ilave kapasite ile 2002 yılında 31846 MW’a ulaşmıştır. Aynı
dönemlerde üretim yıllık ortalama %7 artışla, 57543 GWh’ten 129400 GWh’e
ulaşmıştır. 1990-1996 yılları arasında net elektrik enerjisi ihracatçısı olan
Türkiye, bu yıldan itibaren arz kapasitesi artışının talep artışından daha düşük
olması nedeniyle net ithalatçı konumuna gelmiştir. 1990 yılında net tüketim
46820 GWh, kişi başına net tüketim 834 kWh, kişi başına brüt tüketim ise 1012
kWh iken 2002 yılında yaklaşık iki kat artarak sırası ile 102800 GWh, 1476 kWh
ve 1903 kWh olarak gerçekleşmiştir.
3. YENĐLENEBĐLĐR ENERJĐ KAYNAKLARI
Dünya'da artan nüfusa bağlı olarak, enerji ihtiyacı her yıl yaklaşık %4-5 arasında
artmaktadır. Buna karşılık fosil yakıt rezervleri ise hızla azalmaktadır. Yapılan
hesaplamalara göre en geç 2030-2050 yılları arasında petrol, kömür, doğal gaz
rezervleri tükenme aşamasına gelecek ve ihtiyacı karşılayamayacaktır.
Fosil yakıtların kullanımı dünya ortalama sıcaklığını 500 bin yılın en yüksek
seviyesine ulaştırmıştır. Bu durum son yıllarda yoğun hava kirliliğine, sel, fırtına
ve doğal afetlerin hızla artmasına sebep olmaktadır. Sıcaklığın yükselmesi ile
deniz seviyesinde bulunan birçok adada yerleşim alanları, buzulların erimesi ve
su seviyesinin yükselmesinden dolayı boşaltılmıştır. Önlem alınmaması
durumunda yakın gelecekte, deniz kenarlarındaki birçok şehir sular altında
kalacaktır. Yakın gelecekte alternatif enerji kaynaklarına geçilmemesi durumunda
birçok bitki ve hayvan soyu tükenecektir. Bu durumda doğal denge bozulacak ve
yaşam şartları ağırlaşacaktır. Egzoz gazlarındaki kurşun nedeniyle doğan zihinsel
özürlü çocuk sayısı hızla artmaktadır. Asit yağmurları nedeniyle birçok doğal eko
sistemler tamamen ölmüş, doğadaki gıda ve madde zinciri ile ağır metaller insan
vücuduna besinlerle girmeye başlamıştır. Bu olumsuz yönlerden dolayı alternatif
enerji kaynakları çok önem kazanmaktadır. Alternatif enerji kaynaklarına
geçilmesiyle, daha değişik dünya görüşü hayatımıza girecektir. Sınırsız ve
sorumsuz harcanan enerji tüketiminin yerini bilinçli, çevreye saygılı ve ihtiyacı
karşılamaya yönelik enerji tüketimi alacaktır. Böyle bir ortamda refah düzeyini,
en fazla enerji tüketen yerine, enerjiyi en verimli kullanan belirleyecektir. Fosil
yakıtları bitmeden temiz enerji dediğimiz alternatif enerji kaynaklarına yönelmek
son çare olacaktır.
7
Yenilenebilir enerji kaynakları :
1. Hidrolik (Su) Enerjisi
2. Güneş Enerjisi
3. Rüzgar Enerjisi
4. Jeotermal Enerji
5. Biyokütle (Biomas) Enerjisi
6. Hidrojen Enerjisi
olmak üzere 6 grupta incelenir.
3.1. Hidrolik Enerji
Suyun potansiyel enerjisinin kinetik enerjiye çevrilmesiyle elde edilen enerjidir.
Hidrolik enerji, kirlilik oluşturmaz, doğal kaynak kullanıldığından dışa bağımlı
değildir. Pik enerji ihtiyacında çok hızlı devreye girer ve acil durumlarda da hızlı
devreden çıkabilir. Yapılan yatırım enerji üretimi yanında, sulama amaçlı olarak
da kullanılabilir. Elektrik enerjisi üretiminde fosil ve nükleer yakıtlı termik,
doğalgazlı santraller yanında hidroelektrik santrallerinin yenilenebilir "puant"
çalışabilme gibi iki özelliği vardır. Hidroelektrik santraller ilk yatırım maliyeti
yönünden özel haller ve doğal gazlı santraller dışında termik ve nükleer
santrallerle rekabet edecek durumdadır. Đşletilmesi ekonomik ve çevreye zararı
en az olan santrallerdir. Bununla birlikte, bu enerji kaynağının yatırım maliyeti
yüksek, inşaat süresi uzundur ve aşırı yağışlardan olumsuz etkilenebilmektedir.
Türkiye'de 26 akarsu havzasına dağılmış olan su kaynaklarının enerji üretimi
açısından toplam debisi 186 km3/yıl düzeyindedir. Bu doğal olanakta havzaların
en büyük payları sırasıyla; Fırat % 17, Dicle % 11.5, Doğu Karadeniz % 8, Doğu
Akdeniz % 6 ve Antalya % 5.9 düzeylerindedir.
Hidrolik enerji 2002 yılında toplam elektrik enerjisi üretiminin %26’sını
sağlamıştır. 1990 yılında 2 Mtep (23148 GWh) olarak gerçekleşen hidrolik enerji
üretimi, yıllık ortalama %3,2 artışla 2002 yılında 2,9 Mtep’ne (33648 GWh)
ulaşmıştır. 2002 yılı sonu itibariyle 126 milyar kilowatt saat olan toplam hidrolik
enerji potansiyelinin %34’ü değerlendirilmiş durumdadır. Önümüzdeki yıllarda
hidrolik enerji üretim artışının devam etmesi planlanmaktadır (WEC, 2002).
3.2. Güneş Enerjisi
Güneş enerjisi, bilinen en eski birincil enerji kaynağıdır ve bütün enerji kaynakları
güneş enerjisinden türemiştir. Temizdir, yenilenebilir ve dünyanın her tarafında
yeterince vardır. Güneş'ten yeryüzüne 8 dakikada gelen enerji, tüm dünyada
kullanılan enerji miktarına karşılık gelir. Güneş enerjisi kesikli ve değişken,
günlük ve mevsimlik değişimler gösterir. Diğer kaynaklarla karşılaştırıldığında
güneş enerjisinin yoğunluğu düşüktür. Güneş enerjisi fotosentetik ve
8
fotokimyasal olayları başlatmak için gereken özelliklere sahiptir. Yarı iletkenlerde,
fotoelektrik ve termoelektrik etkileri kullanılarak güneş enerjisini doğrudan
elektrik enerjisine çevirmek mümkündür. Güneş enerjisinden yararlanabilmek
için ilk aşama, bu enerjinin depolanmasıdır. Toplama işlemi, ısıl ve elektriksel
yöntemle yapılmaktadır. Basit ve ucuz olmasından dolayı toplama yöntemi tercih
edilir.
Türkiye, coğrafi konumu nedeniyle sahip olduğu güneş enerjisi potansiyeli
açısından birçok ülkeye göre şanslı durumdadır. Devlet Meteoroloji Đşleri Genel
Müdürlüğünde (DMĐ) mevcut bulunan 1966-1982 yıllarında ölçülen güneşlenme
süresi ve ışınım şiddeti verilerinden yararlanılarak EĐE tarafından yapılan
çalışmaya göre Türkiye’nin ortalama yıllık toplam güneşlenme süresi 2640 saat
(günlük toplam 7,2 saat), ortalama yıllık toplam ışınım şiddeti 1311 kWh/m2-yıl
olduğu tespit edilmiştir. Bu verilerin değerlendirilmesi ile Türkiye bir yılda 26,4
milyon TEP termal, 8,8 milyon TEP elektrik enerjisi teknik potansiyeline sahip
olduğu belirlenmiştir. Türkiye’nin en fazla güneş alan bölgesi Güney Doğu
Anadolu Bölgesi olup, bunu Akdeniz bölgesi izlemektedir.
Türkiye’de güneş enerjisinin en yaygın kullanımı sıcak su ısıtma sistemleridir.
Halen ülkemizde kurulu olan güneş kollektörü miktarı 2001 yılı için 7,5 milyon
m2 civarındadır. Çoğu Akdeniz ve Ege Bölgelerinde kullanılmakta olan bu
sistemlerden yılda yaklaşık 290 bin TEP ısı enerjisi üretilmiştir. Sektörde 100’den
fazla üretici firmanın bulunduğu ve 2000 kişinin istihdam edildiği tahmin
edilmektedir. Yıllık üretim hacmi 750 bin m2 olup bu üretimin bir miktarı da ihraç
edilmektedir. Bu haliyle ülkemiz dünyada kayda değer bir güneş kollektörü
üreticisi ve kullanıcısı durumundadır (WEC, 2002).
3.3. Rüzgar Enerjisi
Rüzgar enerjisi yenilenebilir enerji kaynakları içinde en gelişmiş ve ticari açıdan
en elverişli türdür. Bütünüyle doğa ile uyumlu, çevreye zarar vermeyen ve
tükenme ihtimali olmayan enerji kaynağıdır. Sera gazı emisyonlarını önlemenin
ötesinde, rüzgar enerjisi civa, kükürt, kükürt dioksit, ve azot oksit gibi zararlı
fosil kirleticileri önler, hava ve suyun daha temiz olmasını sağlar. Uygun rüzgar
alanlarında fosil yakıtlar ve nükleer enerji ile rekabet edebilir. Rüzgar teknolojisi
ilerledikçe ve kullanım alanları genişledikçe maliyetleri düşmektedir. Bu enerji
kaynağının bazı dezavantajları da vardır. Türbin için geniş yer gereklidir. Bu
alanlar aynı zamanda tarım amaçlı olarak da kullanılabilir. Görsel ve estetik
açısından olumsuz, gürültülü ve çok az da olsa kuş ölümlerine sebep olabilirler.
Rüzgar enerjisi kaynağı doğal olsa da, rüzgarın tutularak enerjiye dönüştürülmesi
için bir maliyet gerekir. Rüzgardan verimli enerji eldesi rüzgarın hızına, esme
süresine, seçilecek bölgenin meteorolojik özelliklerine ve seçilecek türbin
tasarımına bağlıdır. Uygun bölge seçimi, ölçümler sonucu yapılan istatistiksel
yöntemlerle hesaplanan kararlı rüzgar rejimlerine göre yapılır. Rüzgarın
9
sürekliliği, rüzgar hızı ve yön ölçümleri, topografik yapı ve arazi pürüzlülüğü
önemlidir.
Rüzgar enerjisi bakımından en zengin olan bölgelerimiz Ege, Marmara ve Doğu
Akdeniz kıyılarıdır. Devlet Meteoroloji Đşleri Genel Müdürlüğü’nün 113
istasyonunun saatlik rüzgar kayıtlarını temel olarak EĐE Đdaresi Genel Müdürlüğü
tarafından yapılan değerlendirme çalışmasına göre Türkiye’nin ortalama rüzgar
hızı 2,5 m/sn, yıllık ortalama rüzgar gücü yoğunluğu 24 W/m2’dir. Yerleşim
alanları dışında 10 m yükseklikteki rüzgar hızı yıllık ortalaması, Ege Bölgesi ve
diğer kıyı alanlarında 4,5-5,6 m/sn, iç kesimlerde ise 3,4-4,6 m/sn civarındadır.
Türkiye’nin bugünkü koşullarda rüzgar enerjisi teknik potansiyeli 88000 MW,
ekonomik potansiyelinin ise 10000 MW civarında olduğu tahmin edilmektedir.
2002 yılı sonu itibariyle 18,9 MW kurulu gücündeki 2 adet rüzgar santralinden 48
GWh’lik elektrik enerjisi üretilmiştir (WEC, 2002).
3.4. Jeotermal Enerji
Yerkabuğunun çeşitli derinliklerinde birikmiş olan ısının oluşturduğu, sıcaklıkları
atmosfer sıcaklığının üstünde olan sıcak su, buhar, ve gazlar olarak tanımlanır.
Jeotermal enerji, yerkabuğunun derinliklerinden gelen ısının doğal olarak yer
altındaki sulara aktarılması ve yeraltı sularının yeryüzüne çıkması ile oluşan
enerji türüdür. Çevre dostudur, temizdir, suyun ısıtılması ve buharlaştırılması için
fosil enerjiye gereksinimi yoktur. Yer altı sularının, paslanmaya, çürümeye,
kireçlenmeye neden olması ve içerdiği Bor, H2S, CO2 gibi maddeler nedeniyle
uygulamada bazı teknolojik önlemlerin alınması gerekmektedir. Jeotermal
kuyular CO2 üretimi için kaynak olarak kullanılabilir. Kabuklaşma sorunu akışkana
kimyasal inhibitör katılmasıyla çözülmüştür. Kullanılan jeotermal akışkanın
çevreye zararlı etkisini azaltmak için yeraltına geri verme (reenjeksiyon)
uygulaması geliştirilmiştir.
Dünyada jeotermal ısı kullanımı ve kaplıca uygulamalarındaki ilk 5 ülke Çin,
Japonya, ABD, Đzlanda ve Türkiye’dir. Türkiye’de keşfedilmiş olan 170 adet
jeotermal alan ve alt sıcaklık sınırı 20°C kabul edilen toplam 1000 dolayında sıcak
ve mineralli su kaynağının varlığı ile ülkemiz Avrupa’da birinci sırayı almaktadır.
Bilinen jeotermal alanların %95’i ısıtmaya ve kaplıca kullanımına, diğerleri de
elektrik üretimine uygundur. Sadece doğal jeotermal kayakların boşalımları
değerlendirildiğinde potansiyel 600 MWt’dir. MTA verilerine göre Türkiye’nin
ispatlanmış termal kapasitesi 3173 MWt’dir. Muhtemel jeotermal potansiyelimiz
ise 31500 MWt’dir. Bu da Türkiye’deki konut sayısının %30’una karşılık
gelmektedir.
10
2002 yılında, jeotermal enerjinin toplam birincil enerji kaynakları arzına katkısı
105 GWh’lik elektrik enerjisi üretimiyle birlikte 820 Btep olmuştur (WEC, 2002).
3.5. Biyokütle (Biomas) Enerjisi
Biomas enerji, uygun bitkilerin yetiştiriciliğine bağlı olduğu için yenilenebilir,
çevre dostu ve yerli kaynak olarak değer kazanmaktadır. Bu enerji kaynağı klasik
ve modern enerji kaynağı olarak iki grupta incelenir. Klasik biomas enerji,
ormanlardan elde edilen odun, yakacak olarak kullanılan bitki ve hayvan
artıklarından oluşur. Bitkisel ve hayvansal kökenli bütün maddeler biyokütle
enerji kaynağıdır. Bu kaynaklardan üretilen enerji biyokütle enerji adını alır.
Modern biomas kaynakları; enerji ormancılığı ürünleri, orman ve ağaç endüstrisi
artıkları, enerji tarımı ürünleri, kentsel atıklar, tarım kesiminin bitkisel ve
hayvansal atıkları, tarımsal endüstri atıkları olarak sayılabilir. Biomas kütleler
çeşitli biomas yakıt teknikleri ile işlenerek katı, sıvı ve gaz yakıtlara dönüştürülür.
Biomas yakıt üretmek için piroliz, hidrogazifikasyon, hidrojenlendirme, parçalayıcı
distilasyon, asit hidroliz tekniklerinden yararlanılmaktadır.
Türkiye biomas materyal üretimi açısından, güneşlenme ve alan kullanılabilirliği,
su kaynakları, iklim koşulları gibi özellikleri uygun olan ülkedir. Türkiye'de
kültürel yetiştiriciliğe ve gıda üretimi dışında fotosentezle kazanılabilecek enerjiye
bağlı olarak biomas enerji brüt potansiyeli teorik olarak 135-150 Mtep/yıl kadar
hesaplanmakla birlikte, kayıplar düşüldükten sonra net değerin 90 Mtep/yıl
olacağı varsayılmaktadır. Ancak, ülkenin tüm yetiştiricilik alanlarının yıl boyu
yalnızca biomas yakıt üretim amacıyla kullanılması olanaklı değildir. Olabilecek en
üst düzeydeki yetiştiriciliğe göre teknik potansiyel 40 Mtep/yıl düzeyinde
bulunmaktadır. Ekonomik sınırlamalarla 25 Mtep/yıl değeri, Türkiye'nin ekonomik
biomas enerji potansiyeli alınabilir (WEC, 2002).
3.6. Hidrojen Enerjisi
Hidrojen enerjisi; verimli, sınırsız ve yeryüzünde bolca bulunmaktadır. Otomotiv
sektöründen hava taşımacılığına kadar tüm sanayi kollarında enerji olarak
kullanılabilme özelliğine sahiptir. Yakılmasıyla direkt kullanılabildiği gibi, yakıt pili
kullanan araçlarda enerji kaynağı olarak da kullanılabilir. Alternatif yakıtlar içinde
en verimlisi ve kullanışlısı hidrojendir. Hidrojen enerji teknolojisi, hidrojenin
üretim teknolojisi, hidrojenin taşınması, hidrojenin depolanması ve hidrojenin
kullanım teknolojisi bölümlerine ayrılır. Bu bölümler için gelişmeler sağlanmış
olup yakın bir gelecekte kullanılabilecek teknoloji birikimi bulunmaktadır.
Hidrojen üretimi için kullanılan konvansiyonel yöntemler; doğal gazın katalitik
buhar reformasyonu, ağır petrolün kısmi oksidasyonu, kömürün gazifikasonu,
buhar-demir işlemi, suyun ısıl ayrıştırılması (Decomposition), biyolojik ve
11
biyokimyasal hidrojen üretimi, suyun elektrolizi/güneş olarak sınıflandırılabilir.
Bazı işlemlerle yan ürün olarak hidrojen elde edilmektedir. Klor-Alkaliden karşıt
klor üretiminde, kok fırınlarında kömürden kok üretimi, kimyasal
dehidrojenerasyon işleminde hidrojen yan ürün olarak elde edilmektedir.
Hidrojen en yaygın olarak sudan elde edilmekte ve yan ürün su ve su buharı
olmaktadır.
Ülkemizde hidrojen enerjisi henüz kullanılmamaktadır. 7. Beş Yıllık Kalkınma
Planı genel enerji özel ihtisas komisyonu yeni ve yenilenebilir ihtisas komisyonu
raporunda hidrojen enerjisine değinilmesine rağmen resmileşen raporda hidrojen
enerjisi adı geçmemiştir. Yakıt hücreleri ile ilgili olarak TÜBĐTAK Marmara
Araştırma Merkezi ve ODTÜ Kimya mühendisliği laboratuarlarında araştırma
çalışmaları yapılmaktadır ve ODTÜ'de hidrojen gazından elektrik üretebilecek
alkali yakıt hücresi tasarlanmış, kurulmuş ve gücünü etkileyen etkenler
araştırılmıştır.
4. ENERJĐ VE ÇEVRE
Enerji ve çevre çoğu zaman çatışır iki ayrı kavram ve/veya alan gibi görülmek
yada gösterilmek istenmişse de, enerji ve çevre ilişkilerinin optimal bir dengede
uyuşması olanaklı olduğu gibi, sürdürülebilir çevre ve sürdürülebilir enerjinin
paralel gelişimine çalışılmaktadır.
Doğal çevreyi tüm insan faaliyetleri etkilemektedir. Bu faaliyetlerin en
etkililerinden biri enerji alanıdır. Sanayi devrimimin başlangıcından beri giderek
artan ve aşırı boyutlara ulaşan, artışı tükenme pahasına sürdürülen fosil yakıt
kullanımı, enerji-çevre sorunlarının oluşmasının temel nedenidir. Diğer enerji
kaynaklarının da doğal çevre üzerinde etkileri vardır. Onların kullanımı fosil
yakıtlar düzeyine ulaşmadığından, teknolojilerinin farklılığından etkileri daha
sınırlı bulunmaktadır.
Çevre teknolojilerinin dünyadaki gelişim sürecine bakıldığında, 1970'li yıllarda
geliştirilen ilk teknolojiler kirlilik kontrol amaçlıdır. Kirleticilerin havaya, suya ve
toprağa atılmadan engellenmesini yada azaltılmasını amaçlayan uygulamalardır.
Ancak, bu teknolojiler üretim sürecinin sonuna yönelik olup, fazla malzeme ve
enerji gereksinimli, düşük verimli teknolojilerdir. 1980'lerin başında çevre
yönetimi yaklaşımı ile üretim sürecinin her aşamasında çevre ve enerji
verimliliklerini artıracak tasarımlar üzerinde durulmaya başlanmıştır.
1980'lerin sonuna doğru çevre politikaları endüstriyel ekoloji görüşü ile
biçimlendirilmiş, üretim sistemlerindeki madde ve enerji akışının irdelenmesi ve
atıkların girdi olarak değerlendirilmesi üzerinde durulmaya başlanmıştır.
1990'larda çevre yönetim fonksiyonlarına toplam kalite yaklaşımı eklenmiştir.
12
Çağdaş çevre politikası, işlem ve üretimlerin atık oluşumunu engelleyecek
biçimde, yeniden dizayn edilmesi ve düzenlenmesi üzerinde odaklanmıştır. Artık,
kirliliğin kaynağında önlenmesi ve temiz üretim ilke edinilmiştir.
1992 Rio de Janerio’da yapılan "Çevre ve Kalkınma Konferansı" sonuçları ve
Avrupa Birliği 5. Çevre Eylem Programı, sürdürülebilirlik temeline göre
hazırlanmış olup, hedef sektörler arasında enerji sektörü ağırlıklı biçimde yer
almaktadır. Belirlenen ve enerji ile ilgili olan hedef alanlar ise; iklim değişikliği,
asit etkileri ve hava kalitesi, atık yönetimi, gürültü kirliliği, çevre riskleri ve
kazaları şeklinde sıralanabilir. 1997'de Kyoto toplantısında konu alınan “Đklim
Değişikliği Anlaşmaları"nda ise, özellikle karbondioksit emisyonu ve global ısınma
üzerinde durulmuştur.
Türkiye'de 1982 Anayasası ile yurttaşların sağlıklı ve dengeli bir çevrede yaşama
hakları tanınmış, 1983 yılında Çevre Kanunu çıkarılmış, 1991 yılında Çevre
Bakanlığı kurulmuştur. 7. Beş Yıllık Kalkınma Planının önerisine de uygun olarak
Ulusal Çevre Eylem Planı (UÇEP) oluşturulmuştur. UÇEP kapsamında ele alınan
hedeflerden "çevre yönetiminin iyileştirilmesi" enerji sektörü ile yakın ilişki
içindedir.
Yanma reaksiyonu ile ortaya çıkan fosil yakıt emisyonları, birincil ve ikincil
kirleticiler diye ayrılmaktadır. Birincil kirleticiler COx, NOx, SOx, PbOx, TSP
hidrokarbonlar iken, yanma dışı reaksiyonlar ve güneşin UV ışınları ile ikincil
kirleticilere dönüşmektedirler. Bu grupta aerosollar, aldehitler, olefinler, PAH,
nitrosamin, oksidantlar vb kirleticiler bulunmaktadır. Birincil ve ikincil kirleticilerin
bazıları sera etkisi oluşturmakta ve iklim değişikliğine neden olmakta, bazıları
biyosferi zehirlemektedir. PAH bileşikleri ve halojenli yakıtlardan çıkan
PCDD/PCDF (dioksin ve furan) türü yanma ürünleri ise, kanserojen maddeler
olarak bilinmektedir.
Enerji üretiminin neden olduğu çevre etkileri; asit kirleticiler, sera etkisi (global
ısınma), insan sağlığı ve emniyet sorunu, partiküller, ağır metaller, afet olasılığı,
atık sorunu, çirkin görüntü, gürültü, ışık kirliliği, radyasyon kirliliği, arazi
gereksinimi olmak üzere gruplandırılabilir. Açıklanacak olan olumsuz çevre
etkilerini ve/veya kirlilikleri giderebilecek mühendislik çözümleri bulunmaktadır.
Bu nedenle, yeterli güvenlik önlemleri alınmak koşulu ile her teknolojiden
yararlanılabilir.
13
4.1. Sera Etkisi ve Global Isınma
20. yüzyılda enerji tüketimi başlangıca göre 8 kat artış göstermiştir. Her enerji
dönüşümü ve/veya çevrimi, dünyada entropiyi artırmış, kullanılabilir enerjiyi
azaltmıştır. Dünyada entropi artışının yanı sıra, global dünya sıcaklığı da
artmıştır. Dünyanın buzul çağından bu yana ortalama yüzey sıcaklığının 3 oC
arttığı hesaplanmakta, bu artışın zaman sürecine bağlı olarak en yüksek hızını
son yarım yüzyıl içinde aldığı belirtilmektedir. Yaklaşık 1oC'lik daha artış,
kutuplardaki buzulların erimesi ve iklim değişiklikleri ile insanlık için önemli
sorunlar dizini ortaya çıkaracaktır.
Sera etkisine neden olan gazlar başta CO2 olmak üzere, N2O, HFC, PFC VE SF6
olarak sıralanabilir. 1997 yılında imzalanan "Kyoto Protokolü" gereği protokole
dahil olan ülkelerde 2008- 2012 dönemine kadar toplam sera gazı emisyonlarında
1990 yılı değerlerine ulaşılması hedeflenmektedir. 1990- 2000 yılları arasında AB
ülkelerinde sera gazları emisyonlarında sağlanan azalma %5.4’tür. 2000 yılı ilk
yarısında, AB’de CO2 emisyon değerleri 1990 değerlerinin %0.6 aşağısında olup,
ikinci yarısında değerler sabitlenmiştir. Sera gazı emisyon kaynağı olarak
gösterilen enerji üretimi, tarım, sanayi, atık yönetimi ve konut sektörlerinde
azalmalar gerçekleştirilmesine ve 1995- 2000 yılları arasında otomobillerde
üretilen CO2 emisyonu miktarları %7.5 azaltılmasına rağmen ulaşım sektöründe
kullanılan araç sayısındaki hızlı artış nedeniyle emisyonlarda %18’e varan bir
artış gerçekleşmiştir. Đleriye dönük projeksiyonlar sonucunda teknolojideki
gelişim ve taşıt sayısındaki artışa paralel olarak 2010 yılında bu artışın %28
olacağı düşünülmektedir. Otomobillerden kaynaklanan CO2 emisyonlarının 19952008 döneminde %25 azaltılması ACEA (Assoc. des Constructeurs Europeens
D’Automobiles), JAMA (Japan Automobile Manufacturers Association) ve KAMA
(Korea Automobile Manufacturers Association) tarafından onaylanmıştır.
Avrupa’da hedeflenen CO2 emisyon oranı ortalama 140 g- CO2 km’dir.
Sera gazlarının etkisinin azaltılması için bir takım önlemler alınmaktadır. Bunlar
sırasıyla; fosil yakıtların tüketiminin azaltılması ve bu yakıtların yüksek verimle
yanmalarının sağlanması, yanma sırasında oluşan CO2 ’in absorpsiyon gibi
yöntemlerle tutulması ve karbon sayısı düşük veya hiç karbon içermeyen
yakıtların kullanılmasıdır. Günümüzde ulaşım sektöründe emisyonların azaltılması
için yakıt tüketiminin azaltılması, alternatif yakıtların kullanılması, ulaşım
planlaması, trafik düzenlenmesi gibi önlemler alınmaktadır.
14
4.2. Enerji Kaynakları ve Çevre Etkileri
Fosil yakıtların ve yenilenebilir enerji kaynaklarının çevreye olan etkileri farklıdır
ve bunlar ayrı kategorilerde incelenecektir.
4.2.1. Fosil yakıtlar
Fosil yakıtların en önemli çevre etkisi CO2 emisyonudur. Bu yakıtın karbon (C)
içeriğine bağlıdır. Genelde 1 kg karbonun yanması ile 4 kg karbondioksit
oluşmaktadır. Fosil yakıt kullanımında CO2 emisyonu kömürde 85.5-101.2 kg/GJ,
petrolde 69.4-81.2 kg/GJ ve temiz yakıt diye sunulan doğal gazda 52.0-54.8
kg/GJ kadardır.
Fosil yakıtların tümünün bileşiminde az veya çok miktarda kükürt bulunur.
Yanma sonucu bu kükürt SO2 ve SO3 biçimine, kısaca bunların toplamını ifade
eden SOx emisyonuna dönüşür. Özellikle, SOx solunum yolu enfeksiyonlarına ve
kalp rahatsızlıklarına neden olduğu gibi, atmosferdeki mutlak nem ile birleşerek
sülfüroz ve/veya sülfürik asit biçimine dönüşerek, yağmurla birlikte asit yağmuru
olarak yeryüzüne döner. Kültür alanlarında, ormanlarda ve doğal bitki örtüsü
üzerinde büyük tahribat yapar. SOx gazlarının arıtılması için termik santral
bacalarına baca gazı desülfürizasyon tesisleri eklenmektedir.
Fosil yakıtların yanması sonucu ortaya çıkan bir diğer kirletici NOx emisyonudur.
Doğal gazın alevinin yüksek sıcaklıkta olması NOx üretimini artırmaktadır. NOx
emisyonu CO2 gibi bir sera gazıdır. Ayrıca, NOx solunması koşulunda aside
dönüşerek akciğer dokusunu tahrip etmektedir.
1995 yılında dünyada 9.33 milyar ton fosil yakıt yakılmıştır. Yanma sonucu
ortaya çıkan sera gazları, asit yağmuru bileşenleri ve toksit kimyasallardan
oluşan kirleticilerin toplam miktarı 29.3 milyar tondur. Miami Temiz Enerji
Araştırma Enstitüsü tarafından yapılan araştırma, bu kirleticilerin oluşturduğu
çevre zararının 2 700 milyar $ ile dünya brüt gelirinin % 14'üne eşit olduğunu
ortaya koymuştur.
Ulaşım sektörü de kirletici emisyonlar yönünden önemli bir paya sahiptir. Toplam
emisyonlarda trafiğin payı, partikül maddeler ve SO2 için hemen hemen yok
varsayılırken, NOx emisyonu için % 82, toksit olan CO için % 57 ve hidrokarbon
(HC) için % 92 dir. Dizel motorlu araçlar, taşıtların CO emisyonuna % 15, benzin
motorlu araçlar % 85 katkı yapmaktadır. NOx emisyonu için bu durum tersine
15
dönmekte, dizel motorlu taşıtların katkısı % 84, benzin motorlu taşıtların katkısı
% 16 olmaktadır. Taşıtların HC emisyonunda dizel motorlu araçların payı % 62,
benzin motorlu araçların payı % 38 düzeylerindedir. Büyük kentlerde trafikten
ortaya çıkan emisyon kirlilikleri, termik santrallerin oluşturduğu kirlilikten
fazladır.
4.2.2. Yenilenebilir Enerji Kaynakları
Yenilenebilir kaynakların başında yer alan hidrolik enerjinin başlıca olumsuz
etkileri; büyük alan kaplaması, iklimi değiştirmesi, dikkate değer kaza ihtimali
bulunması, doğal görünümü bozarak görüntü kirliliği oluşturabilmesi, balık ve
doğal yaşamı etkilemesi, ekolojik dengeyi bozması, suyun kalitesini düşürmesi,
doğal fay hareketlerini etkileyerek deprem oluşum riskini artırması biçiminde
sıralanmaktadır.
Bir diğer yenilenebilir kaynak olan jeotermal akışkan, bünyesindeki yoğuşmayan
gazlar nedeni ile az da olsa asit kirleticilere katkı yapabilmekte, bünyesindeki CO2
ve CH4 sanayi amaçlı değerlendirilmeyecek olursa, sera gazı atımı
gerçekleşmektedir. Akışkandaki bor nedeni ile su ve toprak kirliliği
oluşabilmektedir.
Teknolojik gelişmeler yeni ve yenilenebilir kaynaklardan rüzgar enerjisine önem
kazandırmıştır. Rüzgar santrallerinin görsel ve estetik kirliliği, gürültü yapması,
kuş ölümlerine neden olması, gerek radyo ve gerekse TV alıcılarında parazitler
oluşturması gibi olumsuz çevre etkileri ile kaza olasılıklarından söz edilmektedir.
Görüntü kirliliğini engellemek ve estetik görünüm için pilon tipi kafes kulelerin
yerini boru kuleler almıştır. Türbinlerin haberleşmede parazit oluşturması ise 2-3
km'lik alanla sınırlı kalmaktadır. Uçma hızı düşük kuşların rüzgar türbinlerine
çarpması ve kuş ölümlerine neden olması ise ihmal edilebilir düzeyde
bulunmaktadır.
Güneş enerjisinin kullanım biçimine göre çevre etki ve sorunları değişik
olmaktadır. Bugün yaygın biçimde kullanılan güneşli su ısıtıcılar, mimari yapı ile
bütünleşik ele alınmadıklarından görüntü kirliliği oluşturmaktadırlar. Burada
özellikle güneşle elektrik üretiminin çevre etkileri ele alınmıştır. Fotovoltaik
üreteçler, üretimleri ve atılmaları koşulunda partikül sorunu, ağır metal sorunu
ve atık sorunu ortaya çıkarmaktadır. Görüntü kirliliği oluşturabilmekte, çevrim
verimlerinin düşüklüğü nedeni ile büyük alan istemektedirler.
16
Bir başka yenilenebilir kaynak olan biomas enerji asit kirletici, CO2 emisyonu,
CH4 emisyonu oluşturabilmektedir. Ancak, yetiştiricilik aşamasındaki fotosentez
prosesinde CO2 gazını kullandığı için, CO2 salımı yapmadığı varsayılır. Partikül
emisyonu olmakta, atık sorunu oluşabilmekte, çirkin görüntü ve tesisin cinsine
göre gürültü kirliliği de ortaya çıkmaktadır. Ayrıca alan gereksinimi ve su
gereksinimi önemli büyüklüktedir.
Tüm enerji kaynaklarını işlenmesinde, bu kaynaklara dayalı çevrimlerde ve/veya
dönüşümlerde, çevre sorunlarından ve bazılarında büyük bazılarında küçük çevre
ve sağlık risklerinden söz edilebilir. Bununla beraber, bu sorunlar çözülemez
değildir. Çevre sorununu çözümleyici önlemler en son teknolojiyle yeterince
alınarak hiçbir santralın yapımı ve işletilmesi engellenmemelidir.
4.3. Enerji Teknolojilerini Değerlendirme Kriterleri
Enerji teknolojilerini değerlendirirken; doğal kaynakların kullanımı, çevre
üzerindeki tahrip edici etkiler, insan sağlığı üzerindeki etkileri, muhtemel
kazaların yaratacağı etkiler, dışa bağımlılık, makroekonomik etkiler, üretim ve
yatırım maliyetleri gibi çeşitli kriterler kullanılmaktadır. Üzerinde en çok
durulanlar ise; çevre üzerindeki etkiler ve sosyo-ekonomik risklere ilişkin kriterler
olarak göze batmaktadır.
Son 25-30 yıl içerisinde enerji darboğazları, enerji sorununa toplumsal ilginin
artması, enerji seçeneklerine ilişkin karar vermeyi çok daha karmaşık bir hale
getirmektedir. Bu nedenle son yıllarda, farklı yapıdaki enerji teknolojilerinin
birbiriyle mukayesesinde önem kazanan noktalar ve bu doğrultuda çalışmalar
yapılmaktadır. Enerji teknolojilerini mukayeseye yönelik çalışmalar genellikle
gelişmiş ülkelerde gerçekleştirildiği için, mukayesede kullanılan kriterler doğal
olarak bu ülkelerin şartlarını ve değer yargılarını aksettirmektedir. Ülkemiz
şartlarına ve değer yargılarına bağlı olarak, değerlendirilmelerde önem kazanan
faktörler, maliyetler, faydalar ve dolayısıyla varılacak sonuçlar çok farklı
olabilmektedir
Ülkemizde yakın gelecekte sıkıntıya düşmemek için enerji talebinin hangi
kaynaklarla karşılanacağının belirlenmesi ve uygulamaların da buna göre
yapılması gereklidir. Enerji politikalarındaki ciddiyetsizlik ve dağınıklık önlenmeli,
ülkenin güvenli, temiz ve yeterli enerjiye sahip olmasını hedefleyen planlı bir
enerji politikası oluşturulmalıdır.
17
5. HĐDROJEN ENERJĐSĐ
Enerji insanoğlunun temel girdilerinin karşılanmasında, ülkelerin sosyal ve
ekonomik olarak kalkınmasında en önemli gereksinimlerden biridir. Dünya nüfusu
ve endüstriyel gelişmelere paralel olarak enerji gereksinimi giderek artmakta
buna karşın fosil enerji kaynaklarının rezervleri hızla tükenmektedir.
Birincil enerji kaynaklarının rezervlerinin kısıtlı olması, yakıt fiyat artışları, nüfus
artışı, endüstrileşme, ulusal kaynaklarının değerlendirilmesi zorunluluğu, 21.
yüzyılın sosyo-ekonomik yapılanması, mevcut yakıtların çevre üzerindeki olumsuz
etkileri (sera etkisi, küresel ısınma, iklim değişiklikleri, yağış anormallikleri, asit
yağmurları, sağlık problemleri gibi), yeni enerji teknolojileri kapsamında,
yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı gerekliliğinin temellerini
oluşturmaktadır. Alternatif enerji olarak en çok şans verilen enerji türü hidrojen
enerjisidir.
Endüstri devrimi ile 1750 yılından bu yana, teknik yeniliklere dayalı olarak dünya
genelinde ekonominin gelişmesi, peş peşe beş ayrı dalgalanma biçiminde
sürmüştür. 1750-1825 yılları arasındaki birinci dalgalanmanın başat enerji
kaynağı kömürdür. 1825-1860 arasındaki ikinci dalgalanmada, ekonomiye ivme
kazandıran elektrik olmuştur. 1860-1910 yılları arasındaki üçüncü dalgalanmada
elektrik etkisini sürdürmüş, ama yeni kaynak olarak petrol ortaya çıkmıştır.
1910-1970 arasındaki dördüncü dalgalanmada ekonomiyi büyüten yeni enerji
kaynağı nükleer enerjidir. Şimdi ise1970'lerde başlayan 21. yüzyılın neresinde
biteceği henüz bilinmeyen yeni bir dalgalanma içindeyiz. Bu yeni dalgalanmayı
etkileyen enerji türü hidrojendir. Hidrojen aşağıda sıralandığı gibi çeşitli
avantajlara sahip ideal bir enerji taşıyıcısıdır.
1. Hidrojen yenilenebilir enerji kaynakları da dahil olmak üzere herhangi bir
enerji kaynağı kullanılarak üretilebilir.
2. Hidrojen elektrik kullanılarak üretilebilir ve nispeten yüksek verimle de
elektriğe çevrilebilir. Hidrojenin solar enerjiden doğrudan üretim süreçleri de
geliştirilmiştir.
3. Fosil yakıtlar son kullanımda sadece bir süreç ile dönüştürülürken, hidrojen
kullanılacak enerji şekline beş farklı süreç ile dönüştürülmektedir.
4. Son kullanımda hidrojen kullanılacak enerji şekline dönüşürken en yüksek
verime sahiptir. Hidrojen fosil yakıtlardan %39 daha verimlidir. Kısaca hidrojen
birincil enerji kaynaklarını korur.
5. Hidrojen gaz şeklinde (büyük ölçekli depolamada), sıvı şeklinde (hava ve uzay
ulaşımında) veya metal hidrit şeklinde (araçlar ve diğer küçük ölçekli
depolamada) depolanabilir.
6. Hidrojen boru hatları veya tankerler ile büyük mesafelere taşınabilir (bir çok
18
durumda elektrikten daha ekonomik ve verimlidir).
7. Hidrojen diğer yakıtlardan farklı güvenlik ekipmanı ve prosedürü gerektirse de
onlardan daha fazla tehlikeli değildir. Hidrojen güvenlik sıralamasında propan ve
metanın (doğal gaz) arasındadır. Yangın tehlikesi ve zehirlilik dikkate alındığında
hidrojen en güvenilir yakıttır.
8. Hidrojen elektrikten veya solar enerjiden üretilirken, taşınırken veya
depolanırken ve son kullanımda herhangi bir kirletici üretmez veya çevreye
zararlı herhangi bir etkisi yoktur. Hidrojenin yanması veya yakıt hücresinde
tüketilmesi sonucu son ürün olarak sadece su üretilir. Yanma yüksek sıcaklıkta
olursa havadaki azot ve oksijenden NOx oluşabilir. Ancak bu sorun diğer
yakıtlarla aynıdır ve kontrol edilebilir.
9. Çevresel hasarlar ve yüksek kullanma verimi dikkate alındığında solar hidrojen
enerji sistemleri en düşük etkin maliyete sahiptir.
Yenilenebilir enerji kaynakları içinde hidrojenin önemi her geçen gün hızlı bir
şekilde artmaktadır. Yıldız ve gezegenlerde serbest halde en çok bulunan element
olan hidrojen, dünyada da fazla miktarda bulunmasına rağmen, serbest halde
bulunmamaktadır. Hidrojen kömür ve doğal gaz gibi fosil yakıtlardan, güneş
enerjisi ve nükleer enerjiden, su gibi sonsuz bir kaynaktan elde edilebilir. Sınırsız
kaynağa sahip olan ve havayı kirletmesi açısından içten yanmalı motorlarda
kullanılan diğer alternatif yakıtlara göre pek çok avantaja sahip hidrojenin, içten
yanmalı motorlarda kullanım çalışmalarına 1900’lü yılların başında başlanmıştır
ve günümüzde de çalışmalar çok yoğun bir şekilde devam etmektedir.
Gaz haldeki hidrojen renksiz, kokusuz ve tatsız bir gazdır. Hafif olan kütlesi
nedeniyle çok yüksek yayılma özelliğine sahiptir. Gaz haldeki hidrojen aynı
hacimdeki havadan 15 kat daha hafiftir. Kullanım alanları incelendiğinde
hidrojenin, fosil yakıtlara göre oldukça fazla alanda kullanılabileceği ortaya
çıkmaktadır; hidrojen alevli yanma, doğrudan buhar üretimi, katalitik yanma,
kimyasal dönüştürme, elektrokimyasal dönüştürme uygulamalarında yakıt olarak
kullanılabilirken, fosil yakıtlar sadece alevli yanma uygulamalarında
kullanılabilmektedirler.
Hidrojen araçlarda sıvı veya gaz formda depolanabilmektedir. Depolamada
seçilecek yol, aracın kullanım alanı, araçtan beklenen performansına bağlıdır.
Günümüzde, hidrojenli yakıtlarda hidrojen sıvı ve yüksek basınç altında gaz halde
depolanmaktadır. Hidrojenin yukarıda sıralanan özellikleri gösteriyor ki yeni
yüzyıl, enerji-ekonomi-ekoloji uyumu açısından hidrojen çağı olacaktır.
19
5.1 Hidrojen Enerjisinin Gelişimi ve Dünyadaki Uygulamaları
Hidrojenin yakıt olarak kullanılmasına ilişkin düşünceler 1820'lere kadar gitmekte
ise de, bu düşüncenin gerçekleşmesine yönelik çalışmaların başlaması 150 yıl
sonra olabilmiştir. 1970'li yıllarda hidrojene enerji taşıyıcısı olarak az bir dikkatle
bakıldığı söylenebilir. O yıllarda "hidrojen enerjisi", "hidrojen ekonomisi" ve
"hidrojen enerji sistemi" gibi kavramlar enerji literatürlerinde yer almıyordu.
Ancak, roket yakıtı olarak hidrojen kullanılıyor, süper devletler hidrojen
çalışmalarını gizlilik içinde yürütüyordu.
1974 yılında ABD Florida'da, Miami Üniversitesi Temiz Enerji Enstitüsü tarafından
düzenlenen "Hidrojen Ekonomisi Miami Enerji Konferansı" (THEME), bu konuların
yayılması ve hidrojen enerjisi kullanımına başlangıç oluşturması açısından
önemlidir. Bu toplantı ile Uluslararası Hidrojen Enerjisi Birliği (IHEA) kurulmuştur.
Bugün söz konusu örgütün dışında, çeşitli ülkelerde ona yakın hidrojen enerjisi
örgütü bulunmaktadır. Ayrıca, on bir kez Dünya Hidrojen Enerjisi Konferansı
(WHEC) toplanmıştır.
Yakıt olarak hidrojen kullanan ilk uçak ABD'de 1956 yılında denenmiştir. Eski
Sovyetler Birliği'nin hidrojenle uçan ilk uçağı ise 1988 yılında yapılmıştır. ABD
Lockheed firması hidrojenle çalışan kargo uçağı geliştirmiştir. Bu konuda AlmanRus işbirliği ile air-bus tip uçak geliştirme projesi olup, Japonya'da hidrojenli
hipersonik uçaklar geliştirilmesi üzerinde durulmaktadır. Halen uzay mekiğinde
ve uzay araştırma roketlerinde yakıt olarak hidrojen kullanılmaktadır.
Son on beş yıl içerisinde hidrojenle çalışan değişik motorlar üretilmiş,
otomobillere, otobüslere uygulanarak demonstrasyonlar yapılmıştır. Đçten
yanmalı motorlarda yakıt olarak hidrojen kullanılabilmekte olup, bunlar
çoğunlukla enjeksiyonlu motorlardır. Bu motorların hem iki ve hem de dört
zamanlı olanları vardır. Son yıllarda hidrojen/benzin ve hidrojen/doğal gaz
sistemli Otto motoru gibi düzenlemeler ortaya çıkarılmıştır. Hidrojen yakıtı
araçlara sıvılaştırılmış biçimde veya metalik hidrit biçiminde uygulanmaktadır.
Ballard, BMW, Buick, Daimler Benz, Ford, G.M., Honda, Mazda, Suzuki, Toyota
gibi otomobil firmalarının 1990 öncesi deneme ve demonstrasyon amacıyla
ürettikleri hidrojenli araçlar vardır. % 15-20 hidrojen ve % 80-85 doğal gaz
karışımı hythane olarak adlandırılmakta olup, bu yakıtla çalışan otobüs, 1993
yılında Kanada Montreal'da denenmiştir. MAN firması içten yanmalı doğal gaz
motorundan geliştirdiği tek sıra üzerinde altı silindirli hidrojen motorunu MAN SL
202 otobüsüne uygulamıştır. MAN D 2566 Diesel motoru da hidrojene uyarlanmış
olarak bir diğer test otobüsünde kullanılmıştır. Almanya'da bu tür test ve
gösterim otobüsleri 1994 yılından bu yana piyasaya sürülmüş bulunmaktadır.
Hidrojenin eşsiz bir özelliği, ekzotermik kimyasal reaksiyon altında, bazı metal ve
alaşımlarla kolayca büyük miktarlarda hidrit biçimine dönüşebilmesidir. Değişik
20
tip hidritler geliştirilmiş olmakla birlikte, metal hidritler hidrojen depolanması ve
taşınması için kullanıldığından, kütlesi hafif olanlar tercih edilmektedir. Hidritlere
ısı verildiğinde hidrojen serbest kalmaktadır. Đlk kez Mercedes firması tarafından
metal hidritli bir deneme aracı yapılmıştır.
Değişik senaryolara göre 2025 yılında dünya genel enerji tüketiminin ulaşacağı
düzey 12 000-16 000 Mtep olarak kestirilmektedir. Aynı yılda dünyada 1 500-2
600 Mtep hidrojen enerjisinin kullanılması planlanmaktadır. Böylece, göz önüne
alınan etüt periyodu (2000-2025 dönemi) sonunda, dünya birincil enerjisinin %
9-21 açıklığı arasındaki bir bölümü hidrojene dönüştürülerek kullanılabilecek
demektir. Bu oran daha çok % 10 olarak öngörülmektedir.
5.2 Hidrojen Üretim Yöntemleri
Hidrojen sentetik bir yakıt olup, üretim kaynakları son derece bol ve çeşitlidir.
Bunlar arasında su, hava, kömür ve doğal gaz sayılabilir. Ancak, sayılan bu
kaynaklardan kömür ve doğal gaz fosil yakıt olup, sınırlı rezerve sahiptir. Ayrıca,
bu gerçek birincil enerji kaynağı, gerekse hidrojen üretim kaynağı olarak
kullanması çok büyük çevre zararlarına yol açmaktadır. Bu nedenle, hidrojenin
temiz enerji kaynakları ile sudan üretilmesi en doğru seçim olacaktır.
Her türlü birincil enerji yardımıyla üretilen hidrojen, günümüzde suni gübreden,
nebati yağlara, oradan roket yakıtlarına kadar çeşitli alanlarda kullanılmakta ve
bunun için dünyada her yıl 600 milyar metreküp hidrojen üretilmektedir. Hidrojen
üretimi için çok eskiden beri bilinen bir yöntem, bileşiği H2O olan suyun içindeki
hidrojeni elektroliz yoluyla ayırmaktır. Burada hidrojen üretimi yöntemlerini
tanımlarken, kullanılabilecek birincil enerji kaynaklarını da ayrıca belirtmek
yerinde olacaktır. Buna göre hidrojen, fosil yakıtlar yardımıyla olabildiği gibi,
güneş,rüzgar, dalga enerjileri, jeotermal enerji ve biyokütle gibi birincil enerji
kaynaklarının hepsi ile aşağıda tanımlanan yöntemlerin her hangi biri ile
üretilebilir.
Hidrojen evrenin en bol elementi olmasına rağmen atmosferdeki derişimi
milyonda birden daha da azdır. Hidrojenin çoğu kimyasal bileşiklere bağlıdır. Bu
nedenle büyük ölçekli kullanım için hidrojen bitkiler, su, kömür veya doğal gaz
gibi kaynaklardan elde edilmektedir. Elde edilme sırasında önemli miktarda enerji
tüketildiğinden, hidrojen enerji kaynağı olmaktan çok bir enerji taşıyıcısı olarak
düşünülmektedir. Aslında hidrojen kullanımı sonucunda açığa çıkan enerji üretimi
sırasında yatırılan enerjidir. Bu nedenle hidrojenin nasıl üretildiği büyük önem
taşımaktadır.
21
Hidrojen üretim yöntemleri; buhar iyileştirme, atıkgazların saflaştırılması,
elektroliz, fotosüreçler, termokimyasal süreçler, radyoliz, solar hidrojen,
hidrokarbonların kısmi oksidasyonu olarak sıralanabilir.
• Buhar iyileştirme: Fosil yakıttan hidrojen üreten bir süreçtir. Hidrojen kaynağı
olarak en yaygın metandan oluşan doğal gaz kullanılır. Su buharı ve metan
yüksek basınç ve sıcaklıkta kimyasal tepkime ile hidrojen ve karbon dioksite
dönüşür. Üretilen hidrojenin enerji içeriği, tüketilen doğal gazdan daha yüksektir.
Ancak iyileştirmenin yapılması için yüksek miktarda enerji gerekmektedir. Bu
nedenle net dönüşüm verimi %65’dir.
• Atıkgazların saflaştırılması: Petrol rafinerileri ve bazı kimyasal tesisler gibi bir
çok endüstrinin atık akımlarında hidrojen derişimi yüksektir. Bu gazların
toplanması ve saflaştırılması uygulanır. Atık gazdan elde edilen hidrojen yine
endüstride kullanılır. Bu uygulama mevcut hidrojen pazarının önemli bir öğesidir,
ancak gelecekte hidrojenin yaygın kullanımında talebi karşılayacak yeterlilikte
değildir.
• Elektroliz: Elektroliz, sudan elektrik akımı geçirerek su moleküllerinin hidrojen
ve oksijene ayrılmasını sağlar. Bu süreçte enerji kaybı nispeten azdır ve yaklaşık
%65 enerji verimi elde edilir. Elektroliz mevcut hidrojen pazarında küçük bir paya
sahip olsa da, temiz bir süreç olması ve suyun bol bulunması nedeniyle büyük ilgi
çekmektedir. Ancak, yüksek maliyet nedeniyle yakın ve orta vadede elektrolizin
pazarda büyümesi sınırlı görülmektedir.
• Fotosüreçler: Fotosüreçler genellikle güneş ışığını kullanarak su veya
biyokütleden hidrojen üreten süreçlerdir ve üç ana kategoriye ayrılır. Bunlardan
birincisi olan fotobiyolojik teknikler bazı bakteri, alg ve bitkiler ile fotosentez
döngüsüne dayanır. Fotobiyolojik hidrojen üretim verimi sadece %1-5
arasındadır. Diğer fotosüreç olan fotokimyasal süreçler, sentetik molekülleri
kullanarak doğal fotosentezi taklit eder. Bu teknik sadece %0.1 verimlidir.
Üçüncü fotosüreç olan fotoelektrokimyasal süreçte yarı iletken maddeler ışığa
maruz kaldığında gerilim farkı yaratır ve bu da suyun hidrojen ve oksijene
parçalanmasını sağlar. Günümüzde hidrojen araştırma programlarının çoğu
fotosüreçlerden oluşmaktadır.
• Termokimyasal süreçler: Suyun hidrojen ve oksijene ayrılması için ısının
kullanıldığı bir süreçtir. Basit bir uygulaması suyun çok yüksek sıcaklığa (3400 K)
ısıtılması ile doğrudan ısıl dönüşümdür. Yüksek sıcaklık gerektiğinden, doğrudan
ısıl dönüşüm pratik bir süreç değildir. Kompleks, çok basamaklı süreçler
çalışılmaktadır. Ayrıca bir veya daha fazla tepkime basamağının elektrolizi içerdiği
hidrit çalışmalar da yapılmaktadır.
22
• Radyoliz: Bu metotta nükleer reaktörde üretilen yüksek enerjili partiküllerin
çarpışması ile su molekülleri parçalanır. Üretilen hidrojen ve oksijen atomları
tekrar su oluşturmak üzere çok çabuk bir araya geldikleri için radyolizin verimi
%1 civarındadır.
• Solar hidrojen: Bu yöntemde fotovoltaik hücreler kullanılarak güneş ışığından
üretilen elektrik ile su elektroliz edilir. Genellikle solar hidrojen terimi rüzgar gibi
diğer yenilenebilir kaynaklı elektrikle suyun elektrolizinden elde edilen hidrojen
için de kullanılmaktadır. Fosil yakıt yerine yenilenebilir enerji kaynağının kullanımı
çevresel yararından dolayı oldukça ilgi çekmiştir.
• Hidrokarbonların kısmi oksidasyonu: Bu yöntemde hidrojen hidrokarbonların
katalitik olmayan kısmi oksidasyonundan (örneğin gazifikasyon) elde edilir. Bu
teknikte sıkıştırılabilen veya pompalanabilen hidrokarbon kaynağı
kullanılmaktadır. Ancak sürecin toplam verimi %50 civarındadır ve saf oksijen
gereklidir. Bu dönüşümün kullanıldığı iki ticari teknoloji vardır: Texaco
gazifikasyon süreci ve Shell gazifikasyon sürecidir.
Bu sayılan teknolojilerden başka bir çok hidrojen üretim teknolojileri vardır.
Ancak bu süreçlerin çoğu gelişme aşamasındadır.
5.3. Hidrojenin Depolanması
Gerek sabit gerekse taşınabilir uygulamalar için hidrojenin etkin ve güvenilir
tarzda depolanabilmesi gereklidir. Taşınabilir uygulamalarda ilave olarak
depolamada hafiflikte önem kazanmaktadır. Hidrojenin depolanması; dağıtım
sisteminde depolama ve son kullanımda depolama olarak iki grupta incelenebilir.
5.3.1. Dağıtım Sisteminde Depolama
Hidrojen dağıtım sisteminde depolanması gaz veya sıvı şekilde olabilir. Gaz
hidrojen depolanması genellikle doğal gazın tükendiği yer altı mağaralarında
yapılmaktadır. Hidrojenin diğer gazlara göre sızma özelliği daha çok olmasına
karşın bu teknik ile depolamada sızıntı problem oluşturmamaktadır. Bu teknik ile
depolamaya örnek şehir gazının (hidrojen içeren karışım) mağarada başarı ile
depolandığı Fransa verilebilir. Ayrıca, hidrojenden daha fazla sızma eğilimli olan
helyum gazı Teksas, Amarillo yakınında, tükenmiş doğal gaz mağarasında
depolanmaktadır. Bu teknikte gazın mağara içerisine ve sonra da mağaradan
dışarıya pompalanması için kullanılan enerji önem taşımaktadır. Bu tip
depolamaya alternatif, yüksek basınçlı tanklarda depolamadır.
Hidrojenin sıvı olarak depolanmasında, sıvı hidrojen taşınım tanklarına benzer
tanklar kullanılır. Örneğin Kennedy Uzay Merkezinde fırlatma alanının yanında
3217 m3 hacminde küre kullanılır ve bu tanktan uzay mekiğine 38 m3/dk hıza
23
kadar aktarım olabilmektedir. Sıvılaştırma tesislerinde ise depolama genellikle
1514 m3 hacminde vakum-izole küresel tankta yapılır.
5.3.2. Son Kullanımda Hidrojenin Depolanması
Araçlarda hidrojen kullanımında başlıca engel hidrojenin depolanmasıdır. Hidrojen
gaz formunda oda sıcaklığı ve basıncında aynı eşdeğer enerji miktarına sahip bir
gazdan 3000 kat daha fazla yer kaplar. Bu nedenle de hidrojenin araçta kullanımı
için sıkıştırma, sıvılaştırma veya diğer teknikler gereklidir. Dört ana teknik
mevcuttur. Bunlar sıkıştırılmış gaz, karyojenik sıvı, metal hidrit ve karbon
absorpsiyonudur. Kısa dönemde en uygulanabilir olanları ilk ikisidir. Metal hidrit
yöntemi gelişmiş bir yöntem olsa da rekabet edebilir olması için daha fazla
araştırma gereklidir. Karbon absorpsiyonu ise henüz olgunlaşmış bir teknik
değildir, ancak araştırma-geliştirme çalışmalarının sonunda hedefler
gerçekleştirilirse uygulanabilir yöntem olarak görülmektedir. Hidrojenin son
kullanımda depolama teknikleri her bir uygulama için farklıdır .
• Sıkıştırılmış Gaz Olarak Hidrojenin Depolanması: Bu depolama oda sıcaklığında
yüksek basınca dayanıklı tankta yapılmaktadır. Sıkıştırılmış gaz depolamada
tankın ağırlığına dolayısıyla tankın tipine bağlı olarak ağırlıkça %1-7 hidrojen
depolanmaktadır. Daha hafif, dayanıklı ve ağırlıkça daha fazla hidrojen
depolayabilen tanklar daha pahalıdır. Doldurma istasyonunda hidrojen gazının
sıkıştırılması için yakıtın enerji içeriğinin %20'si harcanır .
• Karyojenik (Dondurulmuş) Sıvı Depolama: Bu teknikte hidrojen atmosfer
basıncında, 20 °K'de oldukça iyi izole edilmiş tankta depolanmaktadır. Hidrojen
sıvı şekilde olduğu için, eşdeğer ağırlıktaki benzinden 3 kat fazla enerji içerir ve
eşdeğer enerji içerdiği durumda da 2,7 kat fazla hacim gerektirir. Bu teknik tank
ve izolasyon dahil ağırlıkça %16 hidrojen depolar. Ayrıca, sıvılaştırma yakıtın
enerji içeriğinin %40'ı kadarını gerektirir. Diğer bir dezavantaj izolasyona rağmen
tanka ısının sızmasıdır. Bu sızma sonucunda hidrojen ısınır. Basınçlı tank
kullanılarak bu problem çözülebilir ama bu da ağırlığı ve boyutu artırır .
• Metal Hidrit Sistemi Đle Depolama: Bu teknikte hidrojen granüler metallerin
atomları arasındaki boşluğa depolanır. Bu amaçla çeşitli metaller
kullanılmaktadır. Kullanım sırasında da ısıtma ile hidrojen salınır. Metal hidrit
sistemleri güvenilir ve az yer kaplar, ancak ağırdır ve pahalıdır. Araştırma
aşamasında olan uygulamalarda ağırlıkça %7 hidrojen depolanabilmektedir.
Sıkıştırılmış gaz veya dondurulmuş sıvı depolamanın aksine metal hidrit yeniden
doldurulmada çok az enerji gerektirir. Ancak yakıtın dışarıya salınımı için enerji
harcanır. Düşük sıcaklıkta metal hidrit depolanmasında bu enerji yakıt hücresinin
veya motorun atık ısısından sağlanabilir. Yüksek sıcaklık metal hidrit depolaması
daha ucuz olmasına rağmen, aracın enerji tüketiminin yarısı metalden hidrojeni
açığa çıkarmak için harcanır .
24
Tepkimeler:
Absorpsiyon :M+xH2 → MH2x+ısı (1)
Desorpsiyon: MH2x+ısı → M+xH2 (2)
şeklindedir. Burada M, metal, element veya metal alaşımı temsil etmektedir.
• Karbon Absorpsiyon Tekniği: Bu teknik hidrojeni basınç altında oldukça
gözenekli süper aktif grafit yüzeyine depolar. Bazı uygulamalarda soğuk ortam
bazılarında oda sıcaklığı gereklidir. Mevcut sistem ağırlıkça %4 hidrojen depolar.
Bu verimin %8'e çıkması beklenmektedir. Bu teknik sıkıştırılmış gaz depolamaya
benzer, ancak burada basınçlandırılmış tank, grafit ile doldurulur. Grafitler ek
ağırlık getirmesine rağmen aynı basınçta ve tank boyutunda daha fazla hidrojen
depolanabilmektedir .
• Cam Mikrokürelerde Depolama: Küçük, içi boş, çapları 25 ile 500 mm arasında
değişen ve duvar kalınlıkları ~1mm olan cam küreler kullanılır. Bu mikroküreler
200-400 °C'de hidrojen gazı ile doldurulur. Yüksek sıcaklıkta cam duvarlar
geçirgenleşir ve gaz kürelerin içine dolar. Cam oda sıcaklığına soğutulduğunda,
hidrojen kürelerin içine hapsolur. Kullanılacağı zaman kürelerin ısıtılması ile
hidrojen tekrar açığa çıkar .
• Yerinde Kısmi Oksidasyon: Benzin veya dizel gibi geleneksel yakıt kullanılan
kısmi oksidasyon süreci doğrudan %30 hidrojen gazı ve %20 karbonmonoksit
verir. Daha sonra karbonmonoksit su buharı ile tepkimeye girerek yakıt
hücresinde kullanıma hazır hidrojen ve karbondioksit gazı oluşturur .
Diğer Teknikler: Araştırılan diğer teknikler gelişme aşamasındadır. Toz demir ve
suyun kullanıldığı bir teknikte yüksek sıcaklıkta pas ve hidrojen üretilmektedir.
Metal hidrit tekniğine benzer şekilde metal yerine sıvı hidrokarbon veya diğer
kimyasalların kullanıldığı teknikte mevcuttur.
5.4. Hidrojen Kullanımında Güvenlik
Hidrojen diğer yakıtlardan farklı güvenlik donanımı ve prosedürü gerektirse de
onlardan daha fazla tehlikeli değildir. Dünyada hidrojen zaten petrol ve kimya
endüstrisinde veya başka yerlerde güvenle kullanılmaktadır. Hidrojen güvenlik
sıralamasında propan ve metanın (doğal gaz) arasındadır.