Hidrojen Enerjisi Nedir?
Hidrojen enerjisi, dünyamıza güç sağlamanın daha temiz bir yolu ve fosil yakıtlara iyi bir alternatif. Şehirlerin ve binaların sıfır karbon hedefinde hidrojen kullanımının kaçınılmaz olduğu da bir gerçeklik. İklim krizini yaşadığımız bu günlerde tüm dünya bina sektörü için temiz enerji kaynakları konusunda araştırma halindeyken, özellikle ülkemizde bina sektöründe hiç dikkate alınmayan bir enerji kaynağını, hidrojeni sizlere genel hatlarıyla açıklamak istedik.
Hidrojen taşımacılıktan sanayiye, uzay roketlerinden petrol üretimine kadar birçok alanda kendisine geniş bir yer buluyor. Bu enerji çeşidi, ağırlıklı olarak atık ısı ve elektrik depolama, ısıtma ve soğutma sistemleri, pompa veya basınçlandırma üniteleri, hidrojen temizleme ve deuterium ayrımı alanlarında kullanılıyor. Hidrojen kaynaklı enerji kullanımının karbonsuzlaştırma, sıfır karbon şirket ve üretim gerçekleştirme, binalar ve şehirlerin sıfır karbon hedefinde olması gibi konularda iyi öğrenilmesi gerekiyor. Hidrojen, sadece ulaşım değil, sanayi, altyapı, binalar ve şehirlerin ayrılmaz bir enerji kaynağı olabilir. Hatta kısa vadeli elektrik şebekesi altyapı kapasitesi yetersizliği ve enerji depolama sorunsallarına önemli bir çözüm gibi gözüküyor.
Türkiye’de duruma kayıtsız durmuyor. T.C. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı, hidrojeni kullanarak karbon sıfır bir ekonomi modeli oluşturmak amacıyla hazırladığı “Türkiye Hidrojen Teknolojileri Stratejisi ve Yol Haritası” adlı çalışmasını Ocak 2023’te kamuoyuyla paylaştı. Bu strateji raporuna göre Türkiye, sürdürülebilir enerjinin geleceğine katkısı itibarıyla hidrojeni öncelikli alanlardan biri ilan etmiş durumda.
Yakıtlar, yemeğimizi ilk pişirmemize izin veren odun ateşlerinden Sanayi Devrimi'ni gerçekleştiren ve şu an içinde bulunduğumuz modern yaşam tarzımızı mümkün kılan fosil yakıtlara kadar her zaman insan teknolojilerine güç vermiştir. Ancak fosil yakıtların yakılması, iklim değişikliği ışığında artık mümkün görülmüyor. Açıkça söylemek gerekir ki, dünya için fosil yakıtların kullanımı çok feci sonuçlar doğurdu ve doğuruyor. Buna karşın devletler ve sermaye tarafında her geçen dakika fosil yakıtların kullanımı konusu baskı görüyor ve sınırlandırılmaya çalışılıyor. Bugün fosil yakıt kullanan şirketlerin cari değerleri düşüyor, ülkeler ve şehirler sıfır karbon hedeflerini ortaya koyuyor. Dolayısıyla fosil yakıtların yerine yeni alternatifler aranıyor.
Bazı bilim adamları, hidrojen enerjisinin dünyamıza güç sağlamak için daha temiz ve daha verimli bir yol olabileceğine inanıyor. Hidrojen doğal olarak oluşan bir gaz ve evrende en bol bulunan maddedir. Hidrojen, Latince olarak "su oluşturucu" anlamına gelmektedir. Çünkü hidrojen yandığında su oluşmaktadır. Temiz hidrojen, çok düşük veya sıfır karbon emisyonu ile üretilen hidrojendir. Yani hidrojeni üretirken ve depolarken kullandığımız enerjiyi sıfır emisyonlu yenilenebilir enerjiden kullanırsak temiz hidrojen yaratmış oluruz. Bu “Temiz Hidrojen” terimi aynı zamanda temiz yakıtlar da dahil olmak üzere hidrojenin türev ürünlerini de kapsamaktadır.
Hidrojen, yenilenebilir enerji ve biyoyakıtlar gibi diğer teknolojilerle birlikte kullanıldığında, en kötü sera gazı yayıcılarından bazıları da dahil olmak üzere bir çok endüstriyi karbondan arındırma potansiyeline sahiptir. Yine hidrojen, araştırma şirketlerinin yaptığı analizlere göre göre, 2050 yılına kadar yıllık küresel emisyon azaltımlarının %20'sinden fazlasına katkıda bulunabilir. Hidrojenin net sıfıra ulaşmadaki potansiyel katkısı, kuruluşlar ve hükümetler için kaydadeğer bir anlam taşımakta.
Mayıs 2023 tarihi itibariyle, dünya çapında 320 milyar dolarlık doğrudan yatırım tutarında 1.000'den fazla büyük ölçekli hidrojen projesi yer almakta. Bu durum hidrojen sektöründe süratli bir gelişme olabileceğini gösteriyor.
Bugüne kadar hidrojen projelerine 117 milyar dolar yatırım yapılan Avrupa'da, hidrojenin karbonsuzlaştırma hedeflerine ulaşmada önemli bir rol oynaması bekleniyor.
Ancak hidrojen, endüstrilerin karbondan arındırılmasında tam olarak nasıl bir rol oynayabilir? Hidrojen enerjisinin türleri nelerdir ve yaygın olarak benimsenmesinin önünde duran nedir? Aşağıda detaylarıyla açıklamaya çalıştık.
Net sıfır hedefi nedir?
Net sıfır, atmosfere salınan sera gazı emisyonu miktarının, yakalanan veya uzaklaştırılan miktara eşit olduğu ideal bir durumu ifade eder. Dünyanın kalıcı ve sonuçları çok kötü bir şekilde ısınmasını önlemek için tüm endüstrilerin en kısa sürede net sıfıra ulaşması gerekiyor. Yani tüm endüstriler yeşil enerji vb teknolojileri kullanarak sıfır karbon salmalı, yani dekarbonizasyon. Atmosferdeki karbonun azaltılması anlamı taşıyan dekarbonizasyon, daha az karbon yayan enerji kaynaklarına geçerek ve salınan herhangi bir karbona karşı koyarak sağlanabilir. Tüm dünya çapında birçok kuruluş ve hükümet, önümüzdeki yıllarda karbondan arındırma veya net sıfıra geçiş yapma vaadini açıkladı.
Yeşil hidrojen nedir?
Yeşil hidrojen, sudan elde edilen hidrojendir. Hidrojen moleküllerini sudaki oksijen moleküllerinden ayırmak için yenilenebilir kaynaklardan elde edilen elektriğin kullanıldığı elektroliz adı verilen bir işlem kullanılarak oluşturulur. Burada kullanılan elektrik yenilenebilir kaynaklardan geldiği için sera gazı emisyonu yoktur. Yeşil hidrojen nispeten yeni bir teknolojik gelişmedir. Geleneksel teknoloji olarak, tüm dünyada elde edilen hidrojenin çoğu, kömür veya doğal gaz gibi fosil yakıtlardan elde edilir. Buhar reformu (doğal gazın nikel gibi bir katalizör varlığında buharla işlendiği) gibi geleneksel hidrojen hasat yöntemleri, yan ürün olarak gelecekte yakalanması veya dengelenmesi gereken sera gazlarını da üretir. Buhar reformu yöntemi, gri hidrojen olarak bilinen ürünü üretir. Gri hidrojen tarafından üretilen karbon yakalanır ve depolanırsa, sonuç mavi hidrojen olarak adlandırılır. Yeşil hidrojen üretim maliyetlerinin 2030 yılına kadar yaklaşık yüzde 50 oranında düşmesi bekleniyor. 2050 yılına kadar, karbon maliyetleri de dahil olmak üzere gri hidrojenin mavi veya yeşilden önemli ölçüde daha pahalı olacağı tahmin ediliyor. Yani yeşil hidrojene geçiş sermayenin de talebi olacak.
Hidrojen, çeşitli yüksek emisyonlu sektörlerin iklim hedeflerine ulaşmasına nasıl yardımcı olabilir?
Ağır sanayi ve uzun mesafeli taşımacılık gibi büyük ölçüde fosil yakıtlara dayanan endüstriler, hidrojen enerjisinden en fazla yararlanan sektörlerdir. Küresel yıllık emisyonların %8'ini oluşturan çelik endüstrisi, özel bir fırsata sahiptir.
Avrupa çelik endüstrisindeki yatırımcıların, yeterli hacimlerde ve rekabetçi maliyetle mevcut olduğunda, tesislerini yeşil hidrojenle çalışacak şekilde dönüştürerek nasıl karbondan arındırabilecekleri inceleniyor. 2030 yılına kadar, hidrojen bazlı çelik üretimi, hidrojen yoluyla önlenen emisyonların yaklaşık %20'sini oluşturabilir. Uzun mesafeli taşımacılık da önümüzdeki yıllarda bazı büyük değişikliklerle karşı karşıya. Firmalar birbiri ardına sıfır karbon hedeflerini açıkladıkça, yeşil veya sürdürülebilir nakliye talebi gün geçtikçe artıyor.
Ülkeler veya kural koyucular küresel olarak emisyon standartlarını sıkılaştırıyor. Avrupa'da yeni yönetmelikler 2030'dan itibaren, üreticilerin yeni otoyol kamyonları için CO2 emisyonlarını 2019 seviyelerine kıyasla %30 oranında azaltmasını isteyecek. Amerika Birleşik Devletleri'nde de benzer bir öyküye hazırlık bulunuyor. 2027 yılına kadar ülke çapında ulaşım bazlı emisyon azaltma hedefi, 2010 seviyelerinden yaklaşık %50 daha düşük. On beş ABD eyaletinde, 2030 yılına kadar satılan kamyonların %30'unun sıfır emisyonlu olmasını gerektiren ek zorunluluklar bulunuyor. Hidrojen yanmalı motor, uzun mesafeli taşımacılık endüstrisinin bu düzenleyici zorlukların üstesinden gelmesine potansiyel olarak yardımcı olabilir. Yaygın olarak kullanılmaktan ve benimsenmekten hala çok uzak olsa da, hidrojen yanmalı motorlar, piller ve yakıt hücresi teknolojisi ile çalışan motorların aksine, içten yanmalı motorlardan nispeten kolay bir geçişi sağlayabilir. Dahası, mevcut bilgi birikimi ve iş yöntemlerinden yararlanabilir ve otomotiv endüstrisindeki mevcut tedarik zincirlerinden ve üretim kapasitelerinden yararlanabilirler. Yani mevcut motorlarda dönüşüm de gerçekleşebilir.
Hidrojen enerjisinin geniş çapta benimsenmesini engelleyen zorluklar nelerdir?
Hidrojen endüstrisinin değer zinciri hem karmaşık hem de sermaye yoğundur. Yüksek yatırım miktarı gerektirmektedir. Dahası, sektördeki segmentlerin çoğu henüz aynı oranda gelişmiyor. Hızla gelişen teknolojiler ve düzenlemeler o kadar hızlı ilerliyor ki, güncel kalmak firmalar için bile zor oluyor.
Hidrojen enerjisi elde etmek halen sıfır emisyon değildir. Hidrojen sıfır emisyonlu üretilse de endüstri geneli emisyon üretir. Ancak diğer enerji üretim yöntemlerine göre miktar büyük ölçüde endüstri lehine azdır. Ayrıca endüstri emisyonlarının ileride daha da düşük orana çekilmesi kolaydır. Örneğin, yeşil hidrojen, yenilenebilir enerji açısından zengin bölgelerde %100 güneş ve rüzgar enerjisinden üretilebilir ve herhangi bir yakıt ikmal istasyonuna teslim edilebilir.
En temelde, hidrojenin karbonsuzlaştırmaya anlamlı bir şekilde katkıda bulunmasını engelleyen birincil engel yatırım maliyetidir. Net sıfıra giden bir yol taahhüt etmek, 2030 yılına kadar hidrojene neredeyse yarım trilyon dolarlık (460 milyar dolarlık) ek doğrudan yatırım gerektirecektir. Bu yatırımın finansmanı ise halen hazır değildir.
Bu yatırım açığı üç kategoriye ayrılır:
Üretim: Temiz hidrojen üretimi, 2030 yılına kadar yaklaşık 150 milyar dolar daha fazla yatırıma ihtiyaç duymaktadır.
İletim, dağıtım ve depolama: Buradaki yatırımlar, maliyet açısından rekabetçi hidrojen kaynaklarına erişim sağlamak için kritik öneme sahiptir. Bunlar, araçlar için yakıt ikmali altyapısı geliştirmeyi veya endüstriyel tesislere tedarik sağlamak için boru hatları inşa etmeyi kapsayabilir. Buradaki yatırım açığı şu anda 165 milyar dolardan fazladır.
Son kullanım uygulamaları: Çelik üretimi ve nakliyesi de dahil olmak üzere hidrojenin çeşitli son kullanım uygulamalarında öngörülen talebin karşılanması, 145 milyar dolarlık ek yatırım gerektirecektir.
Hidrojenin temiz enerji geçişine katkıda bulunması için önümüzdeki on yılda ölçekli şekilde büyütmesi kritik öneme sahiptir.
Hidrojen enerjisi pazarının ölçeklenerek büyümesi için neye ihtiyaç var?
Hidrojen enerjisinin geniş potansiyelini yerine getirmek için, hidrokarbon zengini ülkelerin aşağıdaki dört alanı ele alması gerekecektir:
Rekabetçi arzın ölçeklendirilmesi: Hidrojen enerjisinin potansiyelini gerçekleştirmek için hidrokarbon zengini ülkelerin hem mavi hem de yeşil hidrojenin üretimini büyütmesi gerekecektir. Mavi hidrojen kısa ve orta vadede önemli bir rol oynayacak, yeşil hidrojen, ekonomik olarak giderek daha uygun hale geldiği için orta ve uzun vadede daha büyük bir pazar payına sahip olacaktır.
Yerel talebin canlandırılması: Sağlıklı bir hidrojen ekosistemi oluşturmak için, ihracata ek olarak hidrojen için yerel bir pazarın da olması gerekecektir. Karbonsuzlaştırma ve temiz hava ile ilgili düzenlemeler yerel talebi canlandırmaya yardımcı olabilir.
Ulaşım teknolojisinin geliştirilmesi: Hidrojenin taşınması zordur. Ya sıvı halde olmalı ya da amonyağa dönüştürülmelidir. Her ikisi de pahalıdır ve hidrojenin sıvılaştırılması teknik olarak da zordur. Hidrojen de sıvılaştırılması ve taşınması için tüm elementlerin en düşük kaynama noktalarından biri olan –252°C'ye kadar soğutulmalıdır.
Değer zincirleri, müşteriler ve ülkeler arasında işbirliğini kolaylaştırmak: Hidrojen değer zinciri yeni ortaya çıkmıştır. Temiz hidrojen değer zincirinin tutarlı bir şekilde gelişmesi için tüm aşamalardaki oyuncuların birlikte koordineli ve devlet desteğinde çalışması gerekir. Bu koordinasyon, müşteriler ve üreticiler arasındaki uzun vadeli alım anlaşmalarını veya hükümetler arası ortaklıkları da içerebilir. Devletler süratle hidrojen endüstrisindeki teknolojik gelişmelere göre yönetmelikleri adapte etmelidir.
Hidrojen endüstrisi alanındaki aktörler süreci hızlandırmak için nasıl bir rol oynayabilir?
Hidrojen zengini ülkelerdeki tüm paydaşların oynayacağı kilit roller vardır. Hükümetler hem yerel hem de uluslararası düzeyde hidrojen ekonomisinin ilk gelişiminde öncü bir rol oynayabilir. Bu süreç, ulusal hidrojen üretimi için hedefler belirlemek, yerel hidrojen talebini teşvik etmek için farklı sektörleri karbondan arındırmak için düzenlemeler uygulamak, yerel hidrojen ihracatına olan talebi güvence altına almak için hükümetler arası ortaklıklar kurmak, değer zinciri boyunca hidrojen üretiminin yerelleştirilmesi konusunda bir bakış açısı geliştirmek ve düzenleyici destek yoluyla hidrojen dağıtımını desteklemeyi içermektedir. Yani devletler hidrojen endüstrisinin yol haritalarının geliştirmelidir.
Kamu hizmeti şirketleri, kimya şirketleri, enerji yoğun endüstriler ve nakliye şirketleri dahil olmak üzere hidrojen değer zincirlerindeki paydaşlar, fırsattan yararlanmak için hidrojen stratejileri geliştirebilir. Paydaşlar, yetenek geliştirme, ortaklıklar, tedarik pazarını genişletme ve uzun vadeli talep ortaklıkları veya alım anlaşmaları gibi alanlara odaklanmalıdır.
Bina sektörü ve hidrojen endüstrisi ne durumda?
Hidrojen, AB pazarında bina ısıtma pazarının karbondan arındırma zorluklarının üstesinden gelmede önemli bir unsur olarak görülmekte.
Elektrikli ısı pompaları gibi sektörü karbondan arındırmak için mevcut verimli çözümler tüm dünyada kullanılıyor. Buna karşın yenilenebilir kaynaklı elektriğin ısıtma sektörünün talep ettiği yerde ve zamanda tedarik edilerek mevcut olması gerekiyor. Ayrıca, binanın elektrifikasyonu için minimum enerji kaybını garanti edebilecek sistemleri ve dış kabuğu yenilenmiş bir bina stoğu da gerektirir.
Buna karşın:
1. Yenilenebilir enerji her zaman tüketildiği yer ve zamanda üretilmez ve ilave olarak:
Depolama ihtiyaçları ve arz belirsizliği vardır.
Sektörün karbondan arındırılması için gereken maliyetler ve zaman gereklidir.
Sistem veya altyapı yükseltmeleri örneğin, iletim ve dağıtım elektrik şebekelerinin yenilenmesi gereklidir. Mevcut şebekeler AB ülkelerinde bina ısıtması bir yana henüz elektrikli araçlara dahi yetmemektedir.
2. AB'nin kışın elektrik tüketimi yaza göre daha fazladır. Ayrıca
Kışın artan elektrik talebi, yenilenebilir enerjinin mevsimsellik yönünü daha da kötüleştirecektir.
3. AB'deki binaların yaklaşık %65'i 1980'ten önce inşa edilmiştir. Bu binaların yenilenmesi aşağıdakileri gerektirecektir:
Halihazırda yüksek bir kullanım oranına sahip olan bir bian sektörü ara elamanı usta personel arzı yoktur. Örneğin Almanya'da inşaat sektöründe usta personel kapasite kullanımı %90'dır. Polonya'da 2019 yılında inşaat şirketlerinin yarısı işgücü sıkıntısı bildirilmiştir ve Türkiye’de de durum farksızdır.
Düşük gelirli bireylerin yüksek yenileme maliyetlerini karşılamasını sağlayacak finansman planları henüz yoktur.
Eski yapı stokunun geniş bir bölümünü yenilemek için önemli bir zaman gerekir.
Bina sahiplerinin en uygun çözümlerini seçmeleri için daha geniş bir ısıtma ve soğutma seçeneği yelpazesini korumak, 2050 yılına kadar karbon nötrlüğüne ulaşmanın anahtarıdır. Hidrojen bu zorlukları aşmada çözümün ayrılmaz bir parçası haline gelebilir.
1. Hidrojen, bina sektörü için elektrik şebekesi genişletme gereksinimlerini hafifletebilir.
Bir binada iç hacim ısıtma, güçlü bir şebeke tarafından desteklenmesi gereken önemli miktarda güç gerektirir. Bir ısı pompasının büyük veya tüm bina ısıtma ihtiyaçlarını karşılaması için, dağıtım ve iletim seviyelerinde şebeke takviyelerinin çok daha hızlı gerçekleşmesi gerekir. Özellikle soğuk hava dalgaları sırasında, elektrikli ısı pompaları daha az verimli olduğunda, elektrik talebi zirveye ulaşacak ve muhtemelen dağıtım şebekelerini kısıtlayacaktır. Yakıt hücreleri, kazanlar ve entegre hibrit ısı pompaları gibi H2 güç cihazları, şebeke genişlemesini ve kısıtlamalarını hafifletmeye, maliyetleri düşürmeye ve sektörün karbondan arındırma hızını artırmaya yardımcı olacaktır.
Almanya gibi çok güçlü bir ekonomide bile binaların yenilenme oranı %2,3'e ulaşmıştır. Binaların daha enerji verimli olmasını sağlasa bile, Almanya'da ısıtma sektörünü 2045 yılına kadar tamamen elektrikli hale getirmek için pik yükte %109'luk bir artışla başa çıkmak için şebekenin önemli oranda güçlendirilmesi gerekecektir. Bina yenileme oranı mevcut %1 civarında seviyelerde kalırsa, pik yük %157'ye kadar artacaktır.
AB-27'de, 2050 yılına kadar 91 milyon ek ısı pompası kurulursa, şebekenin yalnızca ısı pompalarından gelen 292 GW'lık bir pik yükü kaldırması gerekecektir. Bu, 2018'de AB-27'nin toplam ortalama pik yükünün yaklaşık %65'ini temsil ediyor. Dolayısıyla hidrojen endüstrisi bina sektörü için önemli ve gerekli.
2. Hidrojen, mevsimselliği hesaba katmak için yenilenebilir enerjinin depolanmasını kolaylaştırır ve tüm ısıtma sektörü için arzı güvence altına alır.
Özellikle kış aylarında, yenilenebilir enerji üretmek için güneş radyasyonunun ve rüzgarın azalması ve ısıtma sektöründeki talebin mevsimselliği nedeniyle, hidrojen yenilenebilir enerjiyi depolayabilir ve kış ve yaz aylarında elektrik tüketimi arasında zaten var olan dengesizliğe daha fazla katkıda bulunmaktan kaçınabilir.
Fransa'da 2021 kışında ısıtma talebi önemli ölçüde artmasına rağmen, rüzgar ve güneş kaynaklarından gerçek elektrik üretimi benzer bir artış görmedi. Bunun yerine, üretim yıl boyunca nispeten sabit kaldı.
AB bazlı çalışmaların gösterdiği şey "Herkese uyan tek beden" yaklaşımı işe yaramayacaktır. Ülkelerin farklı iklimleri ve farklı ısınma zorlukları vardır. Hidrojen, çok soğuk iklimde ve kötü yalıtılmış binalarda iyi çalışmaktadır. Mevcut gaz altyapısı uyarlanarak sistemlere adapte edilebilir. Dağıtım düzeyinde, boru hatlarının vb yenilenmesine gerek yoktur. Çünkü hidrojen dağıtımı boru hatlarıyla olamamaktadır. Bu alanda bina bazlı tesisat yatırımları, yalnızca kazanları ve diğer yanma yapan cihazları uyarlamak için gereklidir.
3. Hidrojen, coğrafi dengesizlikleri hesaba katmak için yenilenebilir enerjinin üretimden tüketim merkezlerine taşınmasına izin verir.
Ne yazık ki, dünyadaki tüm bölgeler maliyet açısından rekabetçi yenilenebilir elektriğe kolayca erişememektedir. AB ülkelerinde dahi durum böyledir. Almanya, fazla gelen karada ürettiği rüzgar enerjisini kuzeyden güneye taşımakta şebeke olarak zorlanmaktadır. 2019'da Kuzey'deki karadaki rüzgar kaynaklı elektrik üretimi, Almanya'nın güneyindekinden önemli ölçüde daha yüksekti ve yaklaşık 5.100 GWh'nin azaltılması gerekiyordu. Çek Cumhuriyeti ve Slovakya gibi denize kıyısı olmayan ülkeler sınırlı yenilenebilir kaynaklara ve kuzey denizlerindeki büyük kaynaklara sınırlı erişime sahiptir. Isıtma sektörünün büyük ölçüde elektrifikasyonu bu sorunu daha da kötüleştirecektir.
Hidrojen üretim alanlarına yakın binalar, endüstriyel ve ulaşım amaçlı yapılacak altyapı yatırımlarından kurtulacaktır. Hidrojenin sudan yenilenebilir enerji ile yeşil hidrojen olarak üretilmesi yaygınlaşır ise, doğal gaz altyapısı olmayan alanlarda bile, hidrojen kısa vadede binalara kolayca dahil edilebilir.
4. Hidrojen, büyük yenilenebilir kaynaklara sahip ülkelerden daha ucuz yenilenebilir enerji ithalatını mümkün kılar, maliyetleri düşürür ve sistem verimliliğini artırır.
Orta Doğu ve Kuzey Afrika'da (MENA) rüzgar ve güneş enerjisinden elde edilen yıllık RES kullanım oranları Avrupa'ya göre daha yüksektir ve MENA bölgesinde RES üretimini en üst düzeye çıkarmaktadır. Hidrojen, binaları modernize etme yarışını kolaylaştırabilir, bina restorasyon ustası zanaatkar sektörünün darboğazlarını hafifletebilir. Bina sahibi bireylerin tam yenileme maliyetlerini üstlenme yükünü azaltabilir ve karbonsuzlaştırmayı çok daha fazla hızlandırabilir.
Bu dört aşama gösteriyor ki bina sektörü de elektrifikasyona paralel olarak kısa sürede hidrojen kullanımına da uyum sağlayacak. Hatta bazı şehirlerde bu teknolojilerin binalarda kullanılması kaçınılmaz olacak.
Türkiye'de, bina sektöründe hidrojen kullanımına tek örnek Ankara’da bulunuyor.
Ankara ODTÜ TEKNOKENT’de yer alan, hidrojen enerjisi teknolojileri ve yakıt pilli üretimi yapan TEKSİS Teknoloji firması, çatısına yerleştirdiği güneş panellerinden sağlanan elektrikle yeşil hidrojen üretip, enerji ihtiyacını bu kaynaktan sağlıyor. Binanın çatısında 12 adet toplamda 6 kW kapasiteli PV paneliyle gündüz elektrik üretimi sağlanıp, ihtiyaç karşılanırken yakıt pilleri sayesinde depolanan yeşil hidrojen, güneşin olmadığı zamanlarda devreye girerek binanın elektrik ihtiyacını 7 gün 24 saat boyunca karşılıyor. Güneş panelleri ve elektrolizörlerle 24 saat elektrik üretiliyor.
TEKSİS Teknoloji Binası, kendi enerjisini üreten yeşil hidrojen üretimi olması sebebiyle Türkiye'de ilk ve tek yeşil hidrojen üretimi yapan ve tüketen binası.Bina şebekeden bağımsız olarak kendi enerji ihtiyacını kendisi karşılıyor.
Bina çatısında 6 kilovat kapasiteli 7,2 zirve güç verecek güneş panelleri ile yenilenebilir enerji üretiyor. Daha sonrasında binanın bodrumunda konumlanan elektrolizlerde sudan yeşil hidrojen gazı üretiliyor. Yeşil enerji kaynaklarından güneş enerjisi ile üretilen yeşil hidrojen gazı 30 bar basınçta depolanıyor. Güneşin olmadığı saatlerde hidrojen gazını yakıt hücreleri aracılığıyla elektriğe çeviriliyor binanın ihtiyacını karşılıyor.
Binanın yapım maliyetleri ile de bilgiler var. Kurulum maliyetleri de dahil olmak üzere kilovat başına PV kurulumu 1.000€ mertebesinde, elektrolizörler ise 1.500-2.000 avro aralığında değişiyor. Binanın bu sistemlere yaptığı yatırımın ise 80-100 bin avroyu bulduğu ifade ediliyor.
Sonuç olarak
Temiz, güvenli ve uygun fiyatlı bir enerji geleceğinde anahtar rol oynayacak hidrojenin potansiyelinden faydalanma zamanı yaklaşıyor.
Temiz hidrojenin benzeri görülmemiş siyasi ve ticari ivme kazanma potansiyeli bulunuyor. Dünya genelinde politika ve projelerin hızla geliştirildiği görülüyor. Teknolojinin hemen yaygınlaştırılması ve maliyetlerin düşürülmesi mümkün görülmüyor ama potansiyel yüksek.
Hidrojen, insanlık olarak birçok kritik enerji sorunlarının üstesinden gelmemizi sağlayabilir. Uzun mesafeli taşımacılık, kimyasallar ve demir-çelik gibi emisyonları azaltmanın zor olduğu sektörlerde dekarbonizasyonu sağlayacak yöntemler ortaya koyabilir. Ayrıca hava kalitesini iyileştirmeye ve enerji güvenliğini artırmaya yardımcı olabilir.
Hidrojen birçok amaç için kullanılabilir. Günümüzde hidrojen sayesinde enerjiyi farklı şekillerde üretebilecek, depolayabilecek, taşıyabilecek ve kullanabilecek teknolojiler bulunmaktadır. Yenilenebilir ve nükleer enerji kaynakları ile doğal gaz, kömür ve petrol gibi yakıtlarla hidrojen üretebilmektedir. Hidrojen, boru hatlarıyla ve gemilerle sıvı hâlde taşınabilir. Elektriğine ve metana dönüştürülerek evler veya yem sektörü için enerji üretebilir veya arabalarda, kamyonlarda, gemilerde ve uçaklarda yakıt olarak kullanılabilir.
Hidrojen, yenilebilir kaynakların katkısını daha da artırabilir. Üretim düzeyi sabit olmayan, kullanımları her zaman taleple uyuşmayan solar PV ve rüzgâr gibi yenilenebilir kaynaklara destek olma potansiyeline sahiptir. Yenilenebilir kaynaklardan elde edilen enerjinin depolanması için en iyi seçeneklerden biri olan hidrojen, elektriği günler, haftalar, hatta aylar boyunca en düşük maliyetle depolayabilir. Ayrıca hidrojen ve hidrojen bazlı yakıtlar, yenilebilir kaynaklardan elde edilen enerjiyi güneş ve rüzgâr kaynakları bol olan Avustralya ve Latin Amerika gibi bölgelerden enerji ihtiyacı olan binlerce kilometre uzaktaki şehirlere taşıyabilir.
Hidrojen çok daha yaygın olarak kullanılabilir. Günümüzde hidrojen, çoğunlukla rafinajda ve gübre üretiminde kullanılmaktadır. Temiz enerjiye geçişe katkı sunması için, henüz hiçbir varlık gösteremediği ulaşım, binalar ve enerji üretimi gibi alanlarda benimsenmesi gerekmektedir. Ülkemizde bu alanda örnekler yok denecek kadar azdır.
Öte yandan küresel enerji dönüşümünde hidrojenin yaygın olarak kullanımı, bazı engellerle karşı karşıyadır:
Düşük karbonlu enerjiden hidrojen üretmek hâlâ maliyetlidir. IEA raporunun bulgularına göre yenilenebilir elektrikten hidrojen üretmenin maliyeti, yenilenebilir enerji maliyetlerinin düşmesi ve hidrojen üretiminin artmasıyla 2030’a kadar %30 civarında azalacaktır. Yakıt hücrelerinin, yakıt ikmal ekipmanlarının ve elektrik veya sudan elektrik üreten elekrolizörlerin tamamı seri üretimden fayda sağlayabilir.
Hidrojen altyapısının gelişimi yavaş ilerlemekte, benimsenmesini yavaşlatmaktadır. Tüketiciler için hidrojen fiyatları, ikmal istasyonlarının sayısına, kullanım sıklığına ve günlük hidrojen teminine bağlıdır. Bu sorunun çözümü için ulusal ve yerel yönetimleri, sanayi temsilcileri ve yatırımcıları bir araya getirecek planlama ve koordinasyon çalışmaları gerekmektedir.
Günümüzde hidrojen üretimi neredeyse tamamen doğal gaz ve kömürden sağlanmaktadır. Dünyada zaten endüstriyel ölçekte kullanılan hidrojenin üretimi, Endonezya ve Birleşik Krallık’ın toplamı kadar CO2 emisyonu ortaya çıkarmaktadır. Temiz bir enerji geleceği için fosil yakıtlardan hidrojen üretiminde salınan CO2’nin yakalanmasını; daha çok hidrojenin temiz elektrikten üretilmesini gerektirir.
Mevzuatlar temiz hidrojen endüstrisinin gelişimini sınırlamaktadır. Devletler ve sanayi dünyası iş birliği yaparak mevcut düzenlemelerin yatırımları engellememesini sağlamalıdır. Yüksek miktarda hidrojenin güvenli şekilde taşınması ve depolanması için ortak uluslararası standartların geliştirilmesi ve muhtelif hidrojen kaynaklarının çevre etkisinin takip edilmesi, ticarete katkı sunacaktır.
IEA raporları, hidrojenin temiz ve yaygın kullanımını teşvik etmek için dört kısa vadeli fırsat tespit etmiştir. Böylece hidrojenin maliyetlerinin düşmesi; hükümetler ve özel sektör için risklerin azalması için gereken ölçeğe ulaşılabilir. Her fırsatın kendine özgü amaçları olmakla birlikte, her biri birbirini destekleyecektir.
Sanayi limanları, temiz hidrojen kullanımını artırmak için merkez hâline getirilmelidir.
Milyonlarca kilometrelik doğal gaz boru hatları gibi mevcut altyapı geliştirilmelidir.
Ulaşım filolarında nakliyede hidrojenin payı arttırılmalıdır.
Hidrojen ticaretinin uluslararası kargo rotaları için uygun hale getirilmesi gereklidir.
Gelecek için bir yol haritası olarak, hükümetlerin, şirketlerin ve diğer paydaşların temiz hidrojenin uzun vadeli potansiyelini gerçekleştirmeleri için yedi temel tavsiye IEA raporlarında sunulmaktadır.
Uzun vadeli enerji stratejilerinde hidrojene yer ayrılmalıdır. Ulusal, bölgesel veya yerel yönetimler, gelecekten beklentilere yön verebilir. Şirketlerin de net, uzun vadeli hedefleri olmalıdır. Rafinaj, kimyasal, demir-çelik, yük ve uzun menzilli taşıma ve binalar ile enerji üretimi ve depolanması gibi alanlar, en önemli sektörlerdir.
Temiz hidrojen için ticari talep yaratılmalıdır. Temiz hidrojen teknolojileri piyasada bulunmakla birlikte maliyetleri nedeniyle zorluk yaratabilir. Tedarikçiler, distribütörler ve kullanıcılar tarafından yapılacak yatırımları desteklemek için sürdürülebilir temiz hidrojen pazarlarını oluşturacak politikalar gerekir. Bu yatırımlar, tedarik zincirlerini büyüterek düşük karbonlu elektrik veya fosil yakıtlardan karbon yakalama, kullanım ve depolama gibi yollarla maliyetleri düşürebilir.
İlk adımı atanların yatırım riskleri azaltılmalıdır. Hidrojenin yeni uygulamaları ile temiz hidrojen arz ve altyapı projeleri, en büyük risklerle karşı karşıyadır. Hedefli ve zaman sınırlı krediler, garantiler ve diğer enstrümanlar ile özel sektörün yatırım yapması, öğrenmesi, risk ve faydaları paylaşması sağlanabilir.
AR-GE destekleriyle maliyetleri düşürülmelidir. AR-GE, ölçek ekonomilerinde maliyetleri düşürmenin yanı sıra yakıt hücreleri, hidrojen bazlı yakıtlar ve elektrolizörlerin maliyetlerini düşürmek ve performanslarını artırmak için elzemdir. Kamu kaynaklarının kullanımı gibi hükümet tarafından atılacak adımlar, araştırma gündeminin belirlenmesi, risk alınması ve inovasyon için özel sermaye bulunması için büyük önem taşır.
Gereksiz mevzuat engellerini kaldırarak standartları uyumlu hâle getirilmelidir. Mevzuat ve izin şartlarının belirsiz, yeni koşullarla uyumsuz veya sektörler/ülkeler arasında tutarsız olduğu durumlarda proje yöneticileri engellerle karşılaşır. Ekipmanlar, güvenlik ve muhtelif kaynaklardan salınan emisyonların sertifikasyonu konularında bilgi paylaşımı ve standartların uyumlu hâle getirilmesi çok önemlidir.
Uluslararası angajman ve ilerlemenin tespiti koordine edilmelidir. Her alanda olduğu gibi standartlar, iyi pratiklerin paylaşımı ve sınır ötesi altyapı gibi konularda uluslararası işbirliğinin güçlendirilmesi gereklidir. Hidrojen üretimi ve kullanımı, uzun vadeli hedeflere yönelik ilerlemenin takibi amacıyla düzenli olarak izlenmeli ve raporlanmalıdır.
Gelecek on yılda ivmenin artırılması için dört ana fırsata odaklanılmalıdır:
Mevcut sanayi limanlarını en iyi şekilde değerlendirerek onları düşük maliyetli, düşük karbonlu hidrojen merkezlerine dönüşümü.
Mevcut gaz altyapısını kullanarak yeni temiz hidrojen kaynaklarını desteklenmesi.
Yakıt hücreli araçları daha rekabetçi hâle getirmek için hidrojen kullanan taşıma filolarının desteklenmesi.
Uluslararası hidrojen ticaretinin başlatılması.
Evrenin temel enerji kaynağı olan hidrojen, iklim krizi ile etkin bir şekilde mücadele etme ve sürdürülebilir kalkınmayı destekleme noktasında önemli bir rol üstlenebilecek. Geçmişten günümüze büyük bir teknolojik dönüşümden geçen hidrojen enerjisi, bugün yeşil geleceğe giden yolda stratejik bir kaldıraç vazifesi görebilir.
Türkiye, Ulusal hidrojen stratejisine göre, 2030’a kadar 2 GW, 2035’e kadar 5 GW, 2053’e kadar ise 70 GW hidrojen üretim kapasitesine ulaşmayı hedefliyor. Gerçekleşecek mi, tabi ki bunu zaman gösterecek.
Kaynaklar:
Use of Hydrogen in Buildings, Hydrogen Europe, 2023
McKinsey Explainers, What is hydrogen energy?, 2023
Türkiye'nin tek yeşil hidrojenli binası elektrik ihtiyacını güneş panelleri ve hidrojenden sağlıyor, AA, Gülşen Çağatay, 15.09.2022
Hidrojen Enerjisinin Geleceği, Dünya Enerji Konseyi Türkiye Raporu, Temmuz 2019
Türkiye Hidrojen Teknolojileri Stratejisi ve Yol Haritası, T.C. Enerji ve Tabi Kaynaklar Bakanlığı, 19.01.2023