Doğalgaz Dergisi 236. Sayı | Enerji ve Çevre 179. Sayı (Ocak-Şubat 2023)

27 DOĞALGAZ VE ENERJİ • Ocak - Şubat / 2023 MAKALE elementlerle bileşik haldedir. Su oluşturmak için oksijenle çok kolay reaksiyona girer[3]. Su, H2O molekül yapısında bir inorganik maddedir. Su molekülü, merkezinde bir oksijen atomu, iki köşesinde birer hidrojen atomu, diğer iki köşesinde ortaklanmamış elektron çiftleri bulunan bir düzgün olmayan dörtyüzlü şeklindedir [103]. Bu nedenle, okyanuslar en büyük hidrojen depolarını oluşturur. Hidrojen aynı zamanda tüm organik maddelerin buna bitkisel, hayvansal ve fosil maddeler dahil ikinci çekirdeği bilinen önemli bir parçasıdır. Çevrede, hidrojen volkanik gazlarda serbestçe bulunabilir, ancak hafifliği, dünyanın yerçekimi kuvvetlerinin ötesine geçmesine izin verir (Bellona Raporu, 2002)[3]. Hidrojen üretimi için birçok yolu vardır. Aşağıda, hidrojenin üretimi için en yaygın tekniklerden ve teknolojilerden bazıları açıklanmaktadır[3,37]. Kömürün Gazlaştırılması (Gasification of Coal) Hidrojen üretmenin en eski yöntemlerinden biri kömürün gazlaştırılmasıdır. Eski gaz santrallerinde orijinal şehir gaz olarak bilinen gaz bu şekilde üretiliyordu. Bu gaz içeriği %60’a kadar hidrojen ve aynı zamanda büyük miktarlarda CO içeriyordu. Tipik olarak, kömür 900 ºC’ye kadar ısıtılır ve burada gaz haline dönüşür ve daha sonra buharla karıştırılır. Daha sonra, genellikle nikel olan bir katalizör üzerinden beslenir.[19,37]. Doğal Gazın Buhar Reformu (Steam Reforming of Natural Gas) Doğal gazın buharla reformasyonu şu anda hidrojen üretmenin en ucuz yöntemi ve genel olarak dünyanın hidrojen üretiminin yaklaşık yarısında fazlasını oluşturmaktadır. 700-1000 ºC sıcaklıkta buhar, 3-25 bar basınçta aralığında bir katalizörlü reaktörde metan gazı ile beslenir. Ve daha yüksek verimlilik elde etmek için sürekli yeni yöntemler geliştirilmektedir ve ısı sürecini en üst düzeye çıkarmak ile verimi %85’in üzerine çıkarmayı ve daha da iyi bir sonuç elde etmek mümkündür [3,37,19]. Petrol ve Doğal Gazın Ototermal Reformu (Autothermal Reforming of Oil and Natural Gas). Az miktarda oksijen içeren yanan hidrokarbonlara kısmi oksidasyon denir.Autothermal reform, kısmi oksidasyon ve buhar reformunun bir kombinasyonudur. Buda, endotermik buhar dönüştürme işlemi ile ekzotermik kısmi oksidasyon arasındaki ısı değişimini yansıtır. Hidrokarbonlar, bir katalizörlü “Termo reaktörde” oksijen ve buhar karışımı ile reaksiyona girer. Norsk Hydro’nun bu prosese dayanan “Hidrogüç” konsepti, hem maliyet hem de ortaya çıkan besleme gazındaki nitrojenin daha düşük yanma sıcaklığına taşıyıcısı olarak kabul edilir ve yanması sonucu yalnızca su üretir [4,6]. Yakıt pilleri gibi farklı enerji uygulamalarında hidrojen enerjisinin yanma ürünü olarak suyun çıkış çevreye CO2 emisyonu olmaksızın temiz bir enerji kaynağı olarak kullanılabilir[6,4]. Nitrojen oksit gazlarının yüksek sıcaklıkta hidrojen yanması ile üretildiği ancak bu çevresel kirleticilerin yakıt pillerinde olduğu gibi düşük sıcaklıklarda giderilebildiği araştırılmıştır. Elekterikten - gaza pilot tesisler, hidrojen yakıtından elektrik üretmek veya hidrojen gazını gaz dağıtım sistemine beslemek için kullanılmıştır [7]. Şu anda, bu teknoloji bazı Avrupa ülkelerinde hidrojen gazı olarak çoğu Almanya’daki elekterikten - gaza pilot santralde enerji depolamak, enerji ve güneş enerjisinden elektrik üretmek için kullanılıyor. Hidrojen ekonomisini kullanmanın iyon geçiş zorluklarını değerlendirmek için birçok çalışma geliştirilmiştir[8]. Bir hidrojen ekonomisinin uygulanmasını içeren adımlar araştırılmıştır. Hidrojen enerjisi beklentileri, iklim değişikliği ile ilgili sorunlardan kaçınmak için tanımlanmıştır. Hidrojen enerji sistemleri ve teknolojisinin mantığı, mevcut enerji sistemleri ve çevresel etkilerde dahil olmak üzere incelenmiştir [8,9]. Tüm hidrokarbonlarda bulunduğu için karbonlu bileşikleri daha çok bilinmesine rağmen, diğer elementlerle de (soy gazlar hariç) bileşikler oluşturur[12,13]. Yenilenebilir enerji kimyasal enerji (hidrojen vb.) veya elektrik enerjisi formunda depolanabilir. Elektrik, günlük hayatta enerji depolama seçeneği olarak yoğun bir şekilde kullanılmaktadır. Hidrojene olan ilgi ise, bir enerji taşıyıcısı olarak sahip olduğu olumlu özellikler nedeniyle gün geçtikçe artmaktadır. Sürdürülebilir ilerlemeyi teyit etmek ve ekonomik ve çevresel sorunları çözmek için hem elektrik hem de hidrojenin yenilenebilir enerji kaynaklarından üretilmesi gerekmektedir [98]. 2019’da 7,7 milyarlık küresel nüfus artışı ve 2018’de %3,217’lik ağır sanayileşme, muazzam derecede artan bir enerji talebi olmuştur[16]. Bu nedenle, dünya enerji tüketiminin 2050 yılına kadar yaklaşık %50 oranında artması ve dünyanın ekonomik ve politik istikrarını tehlikeli bir duruma getirmesi bekleniyor [17]. Hidrojen Üretim Teknolojisine Giriş Hidrojen, en çok enerjide kullanılabilecek en yüksek temiz enerji taşıyıcısıdır, hidrojen “su yaratıcısı” anlamına gelir, suyun temel malzemesi olamak tanımlanmıştır Cavendish (1731-1810)[3,37]. Oda sıcaklığında ve normal basınç altında hidrojen, hava ve helyumdan daha hafif, renksiz, zehirsiz bir gazdır. Hidrojen, soluk mavi, neredeyse görünmez bir alevle yanar. -253 ºC’nin altındaki sıcaklıklarda hidrojen sıvı haldedir (Bellona Report, 2002) [37,19]. Yeryüzünde, hidrojen hemen hemen diğer tüm