Mükemmel yakıt: Hidrojen

Dünya nüfusunun yaklaşık yarısının akıllı telefonlar üzerinden internet erişimi bulunuyor; bu, birkaç yıl önce hayal dahi edilemeyen, bugün ise gündelik hayatımızın parçası haline gelmiş bir durum. Kısa süre öncesine kadar kimsenin gerçekleşeceğini düşünmediği ancak bugün bir olanak haline gelen bir başka gelişme ise “yeşil” elektriğin maliyetindeki çarpıcı azalma. 2014’te güneş enerjisinin rekor sayılan en düşük fiyatı kilovat saat başına 7 ABD sentiydi. Üç yıl sonra en düşük fiyat yaklaşık 2 ABD sentine indi. Fiyatlardaki bu aşağı eğilim devam ederse rüzgâr ve güneş ışığından elektrik üretimi kısa bir süre sonra neredeyse tamamen bedava olacak. Yenilenebilir enerji esnek enerji nakil şebekeleri gerektiriyor Yenilenebilir enerjinin azalan maliyeti olumlu bir gelişme olmasına karşın bazı zorluklar da açığa çıkarıyor. Örneğin Almanya’da hâlihazırda enerji nakil şebekesinin uyum sağlayabileceğinden daha fazla enerjinin üretildiği bazı dönemler bulunuyor. Bu durum, özellikle rüzgâr ve fotovoltaik kaynaklardan elektrik üretimi maliyetinin azalmaya devam ettiği ülkelerde daha da şiddetlenecek. Bu nedenle enerji nakil şebekelerinin, dalgalı yenilenebilir enerji üretimine esnek bir şekilde yanıt vermesi gerekiyor; bu, sistemin kararlığını ve arz güvenliğini sağlamanın tek yolu. Enerji depolama sistemleri, enerji nakil şebekelerinin esnekliğinin artırılmasında kullanılabilecek çözümlerden bir tanesi. Enerji depolama sistemleri, rüzgârın ve güneş ışığının bol olduğu dönemlerde enerjiyi depolayıp, bu elektriği rüzgârın olmadığı veya havanın kapalı olduğu dönemlerde sisteme vererek üretimle talep arasında bir denge sağlayabilir ve bu iki sürecin gerçekleştiği zamanları birbirinden ayrıştırabilir. Bu nedenle uzmanlar, yenilenebilir enerji kaynaklarından üretilen elektriğin istikrarlı bir şekilde arz edilmesinin sağlanmasında enerji depolama sistemlerini giderek daha kritik bir unsur olarak görmeye başladı. UMSICHT ve IWES Fraunhofer Enstitüleri’nin yaptığı “Energiespeicher” (Enerji Depolama) çalışması da dâhil çeşitli analizler, Almanya’nın 2030 yılında 50 gigavat (GW) enerji depolama kapasitesine ihtiyaç duyacağını tahmin ediyor. Hidrojen elektrolizi – Geniş kapsamlı uygulamalar Siemens Kurumsal Teknoloji’de Hidrojen Çözümleri Bölümü Başkanı Gabriele Schmiedel, “Gelecekte, bugün sahip olduğumuz pil, kapasitör ve volan gibi teknolojiler ile sıkıştırılmış hava enerjisinin depolanması, yeterli gelmeyecek. Gelecekte bugün henüz ulaşılmamış, yani terravat saatler düzeyinde bir depolama kapasitesine sahip çözümlere ihtiyacımız olacak” diyor. Schmiedel, buna en uygun yakıtın ise hidrojen olduğunu belirtiyor. Peki, bir elektrolizör, artan depolama kapasitesinin karşılanmasına nasıl yardımcı olabilir? Basitçe ifade etmek gerekirse bir elektrolizör, elektrik – ideal olarak “yeşil” elektrik – yardımıyla suyu hidrojen ve oksijene ayrıştırıyor. Schmiedel, “Hidrojen şaşırtıcı bir düzeyde çok yönlü” diyor. Hidrojen birkaç haftalık bir süre içinde birkaç kilovat ile bir gigavat arasında elektrik depolayabiliyor. Böylece sanayide bir proses gazı veya ulaşıma yönelik karışımlarda sıfır emisyonlu yakıt hücreleri için yakıt olarak kullanılabilmesi mümkün oluyor. Ayrıca gübre üretimine yönelik amonyak veya yakıt üretimi için temel bir kimyasal olan metanol gibi hammaddeler üretmek üzere daha fazla işlenebilir. Elektrik fiyatları düşük olduğu takdirde hidrojeni depolamak ve daha sonra, arz güvenliğini garanti eden kombine çevrim santrallerinde tekrar elektriğe dönüştürmek daha da faydalı olabilir. Bu çok işlevsellik, hidrojen elektrolizinin dünya çapında karbonsuzlaştırma açısından ne denli önemli olabileceğini gösteriyor. Bu tür büyük ölçekli depolama sistemleri, yenilenebilir kaynaklardan giderek artan miktarda elektrik üretilmesini mümkün hale getirebilir. Bu da karbondioksit emisyonlarında istikrarlı bir azalma sağlanması ve fosil yakıt çağının sona erdirilmesi için gerekli zemini hazırlayabilir. İkinci nesil PEM elektrolizi 19’uncu yüzyıl başlarında keşfedilen elektroliz yeni bir işlem olmasa da pek çok yeniliğin odak noktasında duruyor. Örneğin Schiemedel’in ekibi, Siemens’in ikinci nesil SILYZER elektroliz teknolojisinin temelini oluşturan proton değişimli membran (PEM) elektrolizine yoğunlaşıyor. PEM’in özgünlüğü, protonları geçirip hidrojen veya oksijen gibi gazları geçirmemesi. Bunun sonucunda elektrolitik proseste membran, başka şeylerin yanı sıra, üretilen gazın karışmasını önleyen bir separatör işlevi görüyor. Membranın ön ve arkasında, gerilim kaynağının artı ve eksi kutuplarına bağlı soy metal elektrotlar bulunuyor. Su molekülleri burada ayrışıyor. PEM teknolojisi geleneksel alkali elektrolize kıyasla, düzensiz olarak üretilen rüzgâr ve güneş enerjisinin depolanması için çok daha uygun çünkü ön ısıtmaya gerek olmaksızın hızlıca açılıp kapatılabiliyor. İşletimde olan rekortmen tesisler Siemens, Avrupa’daki müşterilere yönelik bir dizi PEM elektroliz tesisi işletiyor. Aslında bu tesislerden, 5 megavat (MW) kapasiteye sahip olan ve Hamburg’daki bir petrol rafinerisinde bulunan bir tanesi dünyanın bu alandaki en büyük tesisi. Siemens, Avusturya’da ise yeni SILYZER 300 ürün jenerasyonuna dayanan ilk tesisini inşa etmek üzere bir dizi ortakla birlikte çalışıyor. Tesisin planlanan üretimi altı MW ve bu yalnızca başlangıç, çünkü dönüştürülebilir enerji miktarı arttıkça potansiyel tesislerin kapasiteleri de artıyor. Sonuç olarak bol miktarda rüzgâr ve güneş ışığına sahip bölgelerdeki müşteriler, Siemens açısından ilgi çekici oluyor. Orta Doğu ve Avustralya’da bulunan, Avrupa’dakilerden çok daha büyük güneş enerjisi tarlaları zaman içinde eşi görülmemiş boyutlarda elektrolizör kullanmaya başlayabilir. Schiemedel, “Burada 400 MW’a ulaşan boyutlarda ilgili taraflardan söz ediyoruz” diyor. Schiemedel, halen uzak görünen bu tür senaryoların gerçeklik kazanabileceği görüşünde ve akıllı telefonlar üzerinden yürütülen mobil ağ iletişimi onun bu iyimserliğini haklı çıkarıyor.