Geleceğin yakıtı:HİDROJEN

İki hafta önce Honda’nın yeni yakıt hücreli FCX modelini Japonyo ve Amerika’da kısa bir sure sonra satışa sunacağını duyurması hidrojen enerji sistemlerine ilgi duyanları iyice heyecanlandırdı. Zira bu tür sistemlerle çalışan araçlar genelde konsept olarak sunuluyor ve bir türlü seri üretime geçemiyordu. Bu önemli adımla birlikte ilerleyen yııllar için ümitler daha da arttı.

Aslında hidrojen enerji sistemleri hakkında bilmediğimiz o kadar çok şey varki… Belki de en önemlilerinden başlamalı. Bu sistemleri ilk bulup derli toplu bir şekilde enerji sistemleri olarak tanıtan kişi bir Türk; Prof.Dr Nejat Veziroğlu. Bir diğer bilinmeyen gerçek de bir Birleşmiş Milletler kuruluşu olan Hidrojen Enerji Teknolojileri Merkezi UNIDO-ICHET’in Merkezi’nin İstanbul’da olması. 1974 yılında Prof. Dr. Nejat Veziroğlu’nun Miami’de yaptığı bir konferansta dünyaya duyurduğu ‘Hidrojen Enerji Sistemi’ zamanla çok fazla ilgi görmüş ve yine Prof. Veziroğlu’nun katkılarıyla Birleşmiş Milletler’e kadar taşınmış. Yine Veziroğlu’nun katkılarıyla 1992 yılında başlayan bir projenin ürünü olarak en nihayetinde 2003 yılında dünyanın Hidrojen Merkezi Türkiye ve İstanbul olmuş.

Petrol fiyatları gelişmeleri hızlandırdı
Öncelikli olarak şu soruyu sormak gerekiyor: Nasıl oldu da yakıt hücreli araçlar bu kadar kısa sürede böylesine bir gelişme gösterdi? Aslında araştırmalar hep vardı ama bu araştırmaları hızlandıran bazı ekonomik zorunluluklar son yıllarda iyice artmaya başladı. Bunların en başında artan petrol fiyatları geliyor. Bundan 3 yıl önce 40 dolar olan petrol fiyatları şu anda 90 doları aşmış bulunuyor. Yine bundan üç yıl önce sıvı hidrojen petrolden, gaz hidrojen de doğalgazdan üç kat pahalıydı. Bu fark şu anda kısmen kapanmış bulunuyor. Ayrıca hidrojen yakıt sistemlerinin yüzde 26 daha verimli olduğunu da hatırlatmadan geçmeyelim.

Dünya’da birçok ülke ve aynı zamanda birçok otomotiv şirketi hidrojen enerji sistemlerine yatırım yapıyor. Ülkemiz ayrıca önemli bir avantaja da sahip. Çünkü Karadeniz’in dip sularında bol miktarda bulunan hidrojen-sülfürden elde edilecek hidrojen diğer yöntemlere göre üç defa daha ucuz olacak. Hidrojen enerji sistemlerinin hayatın her alanına yerleşmesi belki 50 yılı bulabilir ama otomotiv endüstri için bu süreç çok daha kısa sürecek gibi görünüyor. Hidrojen Enerji Sistemi hakkında birçok çalışma var. Fakat bizi ilgilendiren kısmı yakıt hücreli araçlar.

Hidrojen tehlikeli bir yakıt değil mi?
Hidrojen ile ilgili sorulan en en önemli sorulardan biri de bu. Hidrojen diğer yakıtlarla kıyaslandığında en güvenlisidir denebilir. Örneğin petrol alevi insan yakabilir ama hidrojen alevinin çıkardığı ısı insanı yakmaz. Ayrıca hidrojen petrol gibi yere yayılmaz çok çabuk uçar ve su baharı çıkardığı için insanı zehirleme ihtimali de yoktur.

Yakıt hücreli araçlardaki gelişmeler
Aslında yakıt hücreli araçlar üzerine çalışmayan marka neredeyse kalmadı. Audi, BMW, Daihatsu ,Fiat Ford, GM,Honda, Hyundai,Kia, Mazda, Mercedes, Mitsubishi, Nissan, Peugeot,Suziki, Toyota, Volkswagen bir veye birden fazla yakıt hücreli kosept araca sahip markalar.

Daha çok kısa bir süre önce Toyota, yakıt hücreli hybrid aracı FCHV ile tek depo ile 560km yol yaparak önemli bir başarıya imza atmıştı. Yine Hyundai I-Blue ve Tucson FCEV ile ilgili üretim planları yapmaya başladı bile. Yazının başında belirttiğimiz gibi Honda FCX modelini önümüzdeki aylarda Japonya ve Amerika’da satışa çıkarmaya hazırlanıyor.

Aslında bu tür yeni teknolojiler bir çok kişiyi heyecanlandırır. Ama arkasından hemen ‘bu araçlar yollara çıkmaz’ diye bir serzeniş de ekleniverir. Gerçekte görüyoruz ki hidrojen enerji sistemlerinin geçmişi 30 yıl öncesine dayanıyor. Yeni bir enerji sistemine geçilmesi demek yeni bir dünya düzeni ve yeni bir yaşam biçimi demek. O yüzden yeni enerji sistemleri ekonomik olgunluğa ulaşmadan toplumun geneline yayılmaz. O yüzden yakıt hücreli araçları kısa bir sure sonar yolda görsek de hepimiz satın alamayacağız. Çünkü hem fiyat hem servis ve bakım maliyetleri bir sure daha soru işareti olacak. Ama global dünya ekonomisi o kadar hızlı hareket ediyor ki bugün ilk okul çağında olan çocukların hayatlarından içten yanmalı motorlara sahip araçların çok fazla yer teşkil etmeyeceğini rahatlıkla söyleyebiliriz. Artık yakıt hücreli araçların yollara çıkması için teknolojik açıdan bir sorun yok. Şimdi yakıt hücresi için gerekli sıvı veya gaz hidrojenin tüketicilere nasıl ulaştırılacağı, fiyatının ne olacağı, bu sistemle ile çalışan araçların bakım masrafının ne olacağı gibi sorulara cevap aranıyor.

Yakıt Hücresi Sistemi Nasıl çalışıyor?
Hidrojen ve oksijen tepkimeye girdiğinde su ve ısı oluşumuyla sonuçlanan ani bir reaksiyon gerçekleşir. Yakıt hücresi sisteminde, hidrojen ve oksijen doğrudan tepkimeye sokulmaz ancak, su ve elektrik üretmek için iyonlar halinde bir araya getirilir. Elektroliz ismi verilen bu olay, sadece iyonik yapıdaki hidrojenin geçmesini mümkün kılan elektroliz zarı sayesinde gerçekleşir.
Elektroliz zarı, hidrojen ve hava arasına yerleştirildiğinde, hidrojen zar ile reaksiyona girerek elektrik açığa çıkaran bir iyon (proton) haline gelir. Proton zardan geçer ve oluşan elektrik ise dış tarafla bağlantılı olan bir devre vasıtasıyla açıktaki havaya taşınır. Havadaki oksijen, zardan geçen protonlar ve elektrotlardan gelen elektrik ile birleşince su oluşturur. Bir ampulu yakmak ya da bir motora güç sağlamak için ihtiyaç duyulan enerji ise bu devreden geçen elektriktir. Toplam verimlilik, standart bir içten yanmalı motora göre daha yüksektir çünkü bir yakıt hücresi kimyasal enerjiyi (yakıt) ek bir adım olmadan doğrudan elektrik enerjisine dönüştürebilme özelliğine sahiptir. Örnek vermek gerekirse, son teknolojiye sahip yakıt hücre teknolojisine sahip bir araç 1 litreyle 24 km yol alırken İçten yanmalı motora sahip bir araç ise 12 km yol almaktadır.

Yakıt Hücresi Ünitelerinin Yapısı
Bir tek yakıt hücresi sistemi, bir volttan daha az olan elektrik enerjisi üretir. Bu enerji, genel kullanım için yeterli değildir. Bu amaçla, gerekli olan enerjiyi üretmek için yüzlerce yakıt hücresinin birbirine seri olarak bağlanmış hali olan yakıt hücresi üniteleri kullanılır.
Zarların arasına, elektriğin geçmesine izin verirken hidrojen ve oksijeni birbirinden uzak tutan ayıraçlar yerleştirilmiştir. Bu ayıraçlar hidrojen ve havayı içeri alıp zar ile temas ettiren, oluşan suyu da etkili bir biçimde ortamdan uzaklaştıran parçalardan oluşur.
Elektrolit zarların ayıraçtan zarar görmesini ve hem zarların hem de elektrodların gazın hızından etkilenmelerini önlemek için, gazları serbest bir şekilde içeri alan bir gaz difüzyon tabakası yerleştirilmiştir.
Düzenli yerleştirilmiş yakıt hücresi sistem plakalarını bir hizada tutmak veya aynı katmanda toplamak için uygun miktarda basınç uygulanmaktadır. Bu yüzden yakıt hücreleri plakaları için “yığın” tabiri kullanılmaktadır.