Sürdürülebilir kalkınma hedefleri ve enerji sektöründeki hızlı dönüşüm çabaları, hidrojenin merkezi rolünü gün yüzüne çıkarıyor. Bu temiz ve çok yönlü enerji taşıyıcısı, sadece enerji depolama ve taşıma alanında değil, aynı zamanda birçok endüstriyel süreçte de kilit bir rol oynuyor. Ancak, geleneksel olarak kömür ve doğal gazdan üretilen hidrojen, çevresel etkileri ve enerji güvenliği konularındaki endişeleri artırıyor. Sınırlı rezerve sahip olan bu iki fosil yakıt ile hidrojen üretimi sırasında yüksek miktarda sera gazı atmosfere salınıyor. Bu fosil kökenli kaynakların kullanımı, aynı zamanda ekonomik ve enerji bağımsızlığına yönelik tehditlerle de ilişkilidir diyebiliriz.

Bu noktada elektroliz yöntemi, hidrojen üretiminde sürdürülebilir bir alternatif olarak ön plana çıkıyor. Elektroliz, yenilenebilir enerji kaynaklarının entegrasyonu ile hem çevresel etkileri en aza indiriyor hem de enerji bağımsızlığına katkı sağlayarak, geleceğin enerji peyzajına yepyeni bir boyut kazandırıyor.

Şimdi elektroliz kavramına ve hidrojen üretiminde kullanılan elektrolizör türlerinin neler olduğuna daha yakından bakalım.

Elektroliz nedir?

Elektroliz, elektrik akımı yardımıyla bir sıvı içinde çözünmüş elektrik enerjisi ile molekülleri oluşturan atomlar arasındaki kimyasal bağların kırılması işlemine verilen isim. Bu ayrıştırma işlemi maddenin elektron vermesinden ya da almasından kaynaklanıyor.

Elektroliz yoluyla suyun hidrojen ve oksijen gazlarına ayrılmasıyla hidrojen gazı elde ediliyor. Hidrojen gazı birçok endüstriyel alanda, yakıt hücrelerinde, kimyasal üretimde veya enerji depolama sistemlerinde kullanılabilir ve temiz bir enerji kaynağı olarak önemli potansiyele sahip.

Hidrojen Üretiminde Kullanılan Elektrolizör Türleri Nelerdir?

“Geleceğin enerji taşıyıcısı” olarak da adlandırılan hidrojenin üretiminde çeşitli elektrolizör türleri kullanılıyor. Yüksek verimlilik, düşük maliyet ve çevresel etkiler gibi faktörler, tercih edilen elektrolizör tipini belirlemede önemli rol oynuyor.

Bu elektrolizör türleri şunlar:

• Alkali elektrolizörler: Bu tip elektrolizörler genellikle endüstriyel ölçekte hidrojen üretimi için kullanılıyor. Sodyum hidroksit gibi bir alkali elektrolitin kullanıldığı bu sistemlerde, genellikle düşük maliyetli ve yüksek verimli olma özellikleri bulunuyor. Ancak alkali elektrolizörlerin bazik çalışma ortamının, bazı malzemelerin ve bileşenlerin zaman içinde korozif etkilenme riskini artırması gibi bir risk olduğunu söyleyebiliriz.
• PEM (Proton Exchange Membrane) elektrolizörler: PEM elektrolizörler, yüksek saflıkta hidrojen üretimi için yaygın olarak kullanılıyor. Polimer bir membran aracılığıyla hidrojen ve oksijen gazlarını ayırıyor. Daha küçük ölçekli ve taşınabilir uygulamalar için kullanılıyor. Bu elektrolizörler, yüksek enerji verimliliği ve hızlı tepki süreleri ile ön plana çıkıyor. Bu özellikleri ile güneş ve rüzgâr enerjisi gibi yenilebilir enerji sistemleri ile daha kolay entegre ediliyor ve yeşil hidrojen üretiminde etkili ve çevre dostu bir çözüm sunuyor. Ayrıca PEM elektrolizörler, düşük işletme sıcaklıklarında çalışabiliyor. Bu sayede enerji maliyetleri azalıyor ve cihazın dayanıklılığı da artıyor. Ancak, özellikle platin gibi değerli metallerin kullanımı nedeniyle PEM elektrolizörler yüksek maliyetlidir, bu da bir dezavantaj olarak sayılabilir.
• SOEC / Katı oksit (Solid Oxide Electrolysis Cell) elektrolizörler: Yüksek sıcaklıkta çalışan bu elektrolizörler, katı bir oksit elektroliti kullanarak hidrojen üretiyor. Bu tür elektrolizörler, daha çok endüstriyel ölçekte kullanılıyor. Katı oksit elektrolizörler, elektrokatalizörlerin yüksek performans gösterdiği ortamlarda kullanılabiliyor, bu da yüksek verimli hidrojen üretimini destekliyor. Ancak Katı oksit elektrolizörlerde de bazı dezavantajlar söz konusu. yüksek sıcaklık ve agresif işletme koşulları, malzeme dayanıklılığına yönelik zorluklar yaratabiliyor ve sistemi daha karmaşık hale getirebiliyor.
• Hibrit elektrolizörler: Bazı sistemler, farklı elektrolizör tiplerinin avantajlarını birleştiriyor. Örneğin, PEM ve SOEC teknolojilerinin birleşimiyle oluşan hibrit elektrolizörler daha verimli ve esnek bir üretim sağlıyor.

Yeşil hidrojen: Çevreci ve ekonomik

Sürdürülebilir ve temiz bir dünya hedefi ile pek çok ülke karbondan arındırma stratejisi çerçevesinde hidrojenin daha aktif bir rol oynadığı üretim süreçlerini tercih ediyor. Yenilenebilir elektrik kullanılarak suyun elektroliziyle üretilen yeşil hidrojen de bu anlamda büyük önem taşıyor. Karbondioksit utilizasyonu, biyokütle rafinasyonu, alternatif sentetik yakıtların üretimi ve amonyak üretimi gibi sürdürülebilirlik açısından kıymetli birçok süreçte hidrojen başrolü oynuyor.

Yeşil hidrojen özellikle petrokimya, demir çelik, çimento, cam ve seramik gibi enerji yoğun sektörlerin karbondan arındırılmasına yardımcı olan kritik bir unsur. Hidrojen, enerji yoğun sektörlerde öncelikli olarak üretim, taşıma ve depolama maliyetlerini de azaltıyor. Böylelikle yeşil hidrojen üretimi hem daha ekonomik hem de daha çevreci bir yaklaşım anlamına geliyor.

“Sürdürülebilir ve temiz bir dünya hedefi ile pek çok ülke karbondan arındırma stratejisi çerçevesinde hidrojenin daha aktif bir rol oynadığı üretim süreçlerini tercih ediyor.”

Türkiye de yeşil hidrojen üretimi konusunda son yıllarda büyük adımlar atıyor. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı Türkiye Ulusal Enerji Planı ile sürdürülebilirlik kapsamında temiz enerji ve enerji verimliliğinin artırılmasını amaçladıklarını vurguluyor. Bu anlamda suyun elektrolizi yöntemiyle yenilenebilir enerji kaynakları kullanılarak elde edilen yeşil hidrojen, net sıfır emisyon hedefi için büyük önem taşıyor. Doğal gazın hidrojen ve sentetik metan gibi temiz yakıtlarla karıştırılması için çalışmalar devam ediyor. 2030 yılından başlayarak 2053 sonuna kadar hidrojenin doğal gaza karışım oranını yüzde 12’ye, sentetik metanın karışım oranını yüzde 30’a çıkması hedefleniyor.

SOCAR Türkiye’den yenilenebilir enerji hedefine katkı sağlayan bir iş birliği

SOCAR Türkiye Ar-Ge ve İnovasyon Merkezi ve Sabancı Üniversitesi iş birliğiyle başlattığımız “Bipolar Membranlı Elektrolizörler ile H2 Üretimi İçin Özgün Anot Geliştirilmesi” projemiz ile yeşil hidrojen üretimine katkı sağlamak için kolları sıvadık. 2022 yılında başlattığımız bu proje yenilenebilir enerji için büyük önem taşıyor. Bu proje ile sudan yeşil hidrojen üretimi için katkılı yeni nesil katalizörler içeren özgün elektrotların geliştirilmesi amaçlanıyor. Ek olarak proje kapsamında hem elektrolizör maliyetinin düşürülmesi ve verimliliğinin artırılması hem de kullanım ömrünün artırılması hedefleniyor.

SOCAR Türkiye olarak, Avrupa Birliği’nin 2050 yılına kadar Çevre ve İklim Değişikliği Politikası kapsamında net sera gazı emisyonlarını sıfırlama ve karbon ayak izini minimuma indirme hedeflerine katkıda bulunmak için çalışmalarımıza hız veriyoruz. Ülkemizde büyük potansiyele sahip olan yeşil hidrojenin de hem bu amaçlar hem de Sürdürülebilir Kalkınma Amaçları doğrultusunda temiz enerji üretim teknolojilerine duyulan ihtiyaçta önemli bir rol oynadığını düşünüyoruz.

SOCAR Türkiye olarak, sürdürülebilir bir geleceğin mümkün olduğuna inanıyoruz. Teknolojiyi süreçlerimize entegre ederek faaliyetlerimizin çevresel etkilerini en aza indirgiyor; insan, toplum ve çevre için değer oluşturmaya devam ediyoruz.

Bugünün enerjisiyle daha güzel yarınlar için çalışıyoruz.