Hidrojen enerjisi, doğada en çok bulunan elementlerden biri olan hidrojen elementinden elde edilen ve oksijenle yandığında sıfır emisyon bırakan temiz bir enerji türüdür. Elektrik üretiminde ve araç yakıtlarında hidrojen enerjisinin kullanılması mümkündür.
Hidrojen, evrendeki en basit ve en bol bulunan elementtir. Periyodik cetvelin ilk sırasında yer alır ve 1 proton içerir. Doğal olarak oluşmaz. Hemen hemen her yerde var olsa da su gibi diğer elementlerle birlikte elde edilebilir. Örneğin su, hidrojen ve oksijenden oluşur. Bu nedenle hidrojenin kullanılabilir bir enerji kaynağı olması için bir dönüştürme işlemine tabi tutulması gerekir. Hidrojen ayrıca birçok doğal bileşikte, örneğin doğal gaz, benzin, propan ve metanol gibi yakıtlarla sonuçlanan hidrokarbonlarda da ortaya çıkar.
Hidrojen gazı renksizlik, tatsızlık ve görünmezlik gibi dikkat çekici özelliklere sahiptir. Ayrıca yenilenebilir, kirletici olmayan ve sıfır emisyonlu bir enerji kaynağına dönüştürülebilir. Yeni enerji ekonomisinin temel taşı olarak kabul edilir. Hidrojen enerjisi arayışı, 1776 yılında İngiliz bilim adamı Henry Cavendish tarafından yeniden başlatılmıştır.
İlk olarak, çinko metali hidroklorik aside maruz bırakılarak hidrojen gazı geliştirildikten sonra zamanla ayrı bir element olarak tanımlanmıştır. Henry Cavendish, Londra Kraliyet Cemiyeti’ne yapılan su ürettiği bir gösteri sırasında hidrojen gazıyla bir kıvılcım çıkarmasıyla dikkat çekmiştir. Bu tarihi gelişme sonucu suyun (H20) hidrojen ve oksijenden oluştuğu sonucuna varılmıştır. O zamandan beri hidrojen teknolojisi sıçrama yapmış ve bugün arabalarda, elektrik sistemlerinde ve saf su üretimini sağlamada bir enerji kaynağı olarak kullanılmaktadır.
Hidrojenin yapısı çok basittir. Tek bir atomdan; sadece bir proton ve bir elektrondan oluşur. Gaz halinde, yakıt olarak yakılabilir. Patlayıcı enerji üreten ve roketleri ve uzay gemilerini iten güç hücrelerinde depolanabilir. Uçucu, yanıcı ve çok çok güçlüdür.
Hidrojen donmuş veya basınçlı hava kaplarında bir gaz halinde depolanabilir. Önemli miktarda hidrojen barındırmak için çok fazla depolama alanı gerekir. Bunun nedeni, moleküllerin birbirinden çok uzak olması, gazın hafif olması ve çabuk yayılmasıdır.
Hidrojen gazı, pahalı ve karmaşık bir yakıttır; çünkü birleştiği her elemandan ayrılması gerekir. Hidrojen gazı üretmek masraflıdır ve çok fazla işlem gerektirir. Hidrojeni oluşturan elementlerinden ayırmanın birkaç yolu vardır.
Buhar reformu ile hidrojen üretimi
Bu yöntem metan, petrol, yenilenebilir sıvı yakıtlar, gazlaştırılmış biyokütle, gazlaştırılmış kömür ve doğal gaz gibi hidrokarbon yakıtlardan hidrojen üretir. Bu hidrojen üretim sürecinde reformer adı verilen bir işleme cihazı kullanılır. Reformer, hidrojeni oluşturmak için buharı aşırı yüksek sıcaklıklarda hidrokarbon yakıtlarla reaksiyona sokar. Bugün, buhar reformu tekniği kullanılarak % 90’dan fazla hidrojen gazı üretilmektedir.
Elektroliz ile hidrojen üretimi
Elektroliz, kimyasal bir reaksiyon başlatmak için doğru akımı (DC) kullanan bir yöntemdir. Hidrojen üretiminde, elektroliz suyu ayrıştırır ve bunu elektrik akımı kullanarak hidrojen ve oksijen olan ana elementlerine böler. Elektroliz işleminde kullanılan elektrik, petrol, doğal gaz ve kömür veya hidrokarbonlar gibi fosil yakıtlardan elde edilebilir.
Hidrojenden elektrik üretimi nasıl yapılır?
Hidrojeni oksijene dönüştürmenin en etkili yolu bir yakıt hücresi kullanmaktır. Bir yakıt hücresi kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürür. Yakıt hücresi, elektrokimyasal reaksiyonda hidrojen ve oksijenin karışmasını sağlar. Sonuç: elektrik, su ve ısı üretimidir.
Yakıt hücreleri elektrokimyasal reaksiyonun ürettiği enerjiyi yararlı elektrik enerjisine dönüştürdüğü için adeta bir pil gibidir.
Teknik olarak şöyle izah edebiliriz:
Yakıt hücresinde katot terminali pozitif olarak yüklenir ve anot terminali negatif olarak yüklenir. Bu elektrotlar bir membranla ayrılır. Hidrojen gazı anotta elektronlara ve protonlara (pozitif hidrojen iyonları) dönüştürülür. Protonlar, membrandan katoda geçerek negatif yüklü elektronları geride bırakır. Bu, harici bir devre ile bağlandığında, terminaller arasında doğru akımda elektrik akışı oluşturur. Bu akım, bu devreye yerleştirilen bir elektrik motorunu çalıştırabilir. Hidrojen iyonları, elektronlar ve oksijen katotta birleşerek işlemin tek yan ürünü olan suyu oluştururlar.
Yakıt hücreleri, binalar için elektrik ve ısı kaynağı kullanmak için potansiyel bir teknolojiyi temsil eder. Aynı zamanda elektrikli ve hibrit araçlar için umut verici bir güç kaynağıdır. Yakıt hücreleri en iyi şekilde saf hidrojen üzerinde çalışır. Bununla birlikte, benzin, metanol veya doğal gaz gibi diğer yakıtlar, yakıt hücreleri için gereken hidrojeni üretmek üzere yeniden düzenlenebilir.
Teknoloji hızla ilerlerken, hidrojen hayati bir enerji taşıyıcısı olarak elektriğe eşlik edebilir. Bir enerji taşıyıcısı, kullanıma hazır bir biçimde müşteriye enerji iletir. Rüzgâr ve güneş gibi bazı yenilenebilir enerji kaynakları, günün her saati enerji üretemeyebilir, ancak hidrojen ile elektrik enerjisi üretebilir ve daha sonra kullanılmak üzere saklanabilir.
Gelecekte, “sıfır emisyonlu” araçlar için, ev ve ofisleri ısıtmak, elektrik üretmek ve uçak yakmak için yakıt olarak kullanılacaktır. Hidrojen, petrol gibi ithal edilen enerji kaynaklarına bağlılığı azaltmanın bir yolu olarak büyük potansiyele sahiptir. Hidrojenin daha büyük bir enerji rolü oynayabilmesi ve benzine alternatif haline gelebilmesi için, birçok yeni tesis ve sistemin inşa edilmesi gerekir.