Hidrojenin Üretim Yöntemleri

Hidrojenin bir ham madde veya enerji kaynağı olarak kullanılabilmesi için çeşitli enerji kaynaklarından elde edilmesi gerekmektedir. Günümüzde hidrojen üretiminin büyük bir kısmı fosil yakıtlar, özellikle de doğal gaz üzerinden buhar metan reformasyonu yöntemiyle gerçekleştirilmektedir. Bu üretim süreci, önemli miktarda karbon emisyonuna yol açmaktadır. Üretildiği enerji kaynağı, üretim yöntemi ve karbondioksit emisyonu seviyesi dikkate alınarak literatürde hidrojen için oluşturulan bir renk sınıflandırılması bulunmaktadır [2]. Ancak, farklı kaynaklarda farklı hidrojen renkleri tanımlanmakla birlikte temelde çoğu kaynakta bulunan en yaygın renk tanımlamaları aşağıda verilmiştir:Gri Hidrojen: Doğal gazın su buharı ile reformlanması (SMR) ile üretilir ve üretimi sırasında herhangi bir karbon yakalama, değerlendirme ve depolama prosesi kullanılmamaktadır

Mavi Hidrojen: Doğal gazın su buharı ile reformlanması (SMR) ile üretilmektedir ve üretimi sırasında karbon yakalama, değerlendirme ve depolama teknolojileri kullanılmaktadır.

Yeşil Hidrojen: Yenilenebilir elektrik enerjisi kullanılarak suyun elektrolizi yolu ile üretilmektedir.

Turkuaz Hidrojen: Metanın pirolizi ile üretilir ve yan ürün olarak katı karbon (karbon siyahı) elde edilir. Bu ana renk sınıflandırması dışında turuncu, pembe, kırmızı, sarı, kahverengi ve siyah hidrojen de bulunmaktadır [3].

Hidrojenin Kullanım Alanları

Hidrojen, gelecek için umut vadedici enerji taşıyıcılarından birisidir. Özellikle elektrik kullanımının (erişiminin) zor olduğu yerlerde ulaşım, ısınma ve elektrik enerjisi üretiminde önemli bir rol oynayabilir.  Sıkı emisyon sınırlayıcı standart ve protokollerin uygulandığı günümüzde; hidrojen enerjisine geçiş günden güne popülerliğini artırmaktadır. Kimya sanayisinde özellikle amonyak, gübre, metanol ve birçok polimerin ana yapıtaşı olan hidrojene karbonsuzlaşmanın oldukça zor olduğu demir çelik sektöründe de ihtiyaç oldukça fazladır [4]. Uluslararası Enerji Ajansı’nın (IEA) Ekim 2024 tarihli “Global Hydrogen Review 2024” isimli raporuna göre 2023 yılında hidrojen talebi 97 Mt (milyon ton)’a ulaşarak 2022 yılına kıyasla %2,5 artış göstermiştir. Hidrojenin 54 Mt’luk petrol rafinasyonu dışındaki toplam endüstriyel tüketiminin %60’ı amonyak üretiminde, %30’u metanol üretiminde ve %10’u da demir-çelik endüstrisinde Direct Reduced Iron (DRI) teknolojisinde kullanılmıştır. Rafinerilerde ise 43 Mt hidrojen çeşitli proseslerde kullanılmıştır. Dünyada hidrojen üretiminin üçte ikisi doğal gazdan yapılmaktadır. Kömürün gazlaştırılması ile hidrojen üretimi ise küresel toplam üretim miktarının %20’si kadardır. Ayrıca, dünya genelinde hidrojenin %15’i ise rafinerilerde ve petrokimyasal endüstride üretilmektedir. Düşük karbon emisyonlu hidrojen üretimi son iki yıl içerisinde hızla büyümüş olsa da halen yıllık 1 Mt’un altında kalarak küresel hidrojen üretiminin %1’inden azını oluşturmaktadır. Düşük emisyonlu hidrojen üretiminin büyük bir çoğunluğu fosil yakıtları kullanan ve karbon yakalama, değerlendirme ve depolama (CCUS) teknolojisi içeren tesislerde gerçekleştirilmektedir. Elektroliz yöntemi ile hidrojen üretimi ise 2023 yılında 100 kt (kilo ton) değerinin altında kalmaktadır [5].  Elektrolizör ile yeşil hidrojen üretiminin oranı günümüzdeki yüksek birim hidrojen maliyeti nedeniyle düşük görünse de ülkeler arası enerji arzındaki değişen dengeler, karbonsuzlaşmaya yönelik sıkı regülasyonlar (AB Yeşil Mutabakatı, SKDM-Sınırda Karbon Düzenleme Mekanizması vb.) ve güncel yaklaşımlar, protokoller ve teknolojik gelişmeler ile bu oran günden güne artış göstermektedir.

Yeşil Hidrojenin Önemi

Yenilenebilir enerji kaynakları kullanılarak üretilen yeşil hidrojenin fosil yakıtların yerini alarak sera gazı emisyonlarının azaltılmasında kritik bir rol oynayacağı öngörülmektedir. Yeşil hidrojen, endüstriyel uygulamalar (örn. demir-çelik üretimi gibi) ve ulaşım (örn. yakıt hücreli araçlar) gibi sektörlerde karbonsuzlaşmayı sağlayarak fosil yakıt bağımlılığını azaltma potansiyeline sahiptir. Bu nedenle yeşil hidrojen, geleceğin enerji sistemlerinin merkezinde yer alacak önemli bir bileşen olarak kabul edilmektedir.

Yeşil Hidrojenin Maliyeti ve Gelecek Öngörüleri

Yeşil hidrojenin maliyeti iki ana kategoride değerlendirilebilir. Bunlardan ilki olan yenilenebilir enerji üretim maliyetlerinin (Güneş ve Rüzgâr Enerjisi) Uluslararası Yenilenebilir Enerji Ajansı (IRENA) tarafından yayımlanan 2023 yılı raporuna göre; 2010’dan 2022 yılına dek %59 azaldığı belirtilmektedir. Günümüzde güneş ve rüzgâr ile elektrik enerjisi üretimi dünyanın birçok bölgesinde yenilenebilir enerji üretiminin en ucuz yöntemlerindendir. İkinci kategori ise elektrolizör maliyetleridir. Elektrolizör maliyetlerinin mevcut regülasyon ve stratejiler doğrultusunda teknoloji olgunlaştıkça düşmesi beklenmektedir [6]. Uluslararası Enerji Ajansı tarafından Ekim 2024 tarihinde yayımlanmış “Global Hydrogen Review 2024” isimli rapora göre elektrik kaynağı olarak Kıyı Rüzgârı, Deniz Rüzgârı ve Fotovoltaik Güneş enerjisinin kullanıldığı elektroliz teknolojisiyle elde edilen yeşil hidrojen üretim maliyeti “Net Sıfır Emisyon” (NZE) hedefleri doğrultusunda 2030 yılı için 2 $/kg H₂ olarak öngörülmektedir [5]. Amerika Birleşik Devletleri Enerji Bakanlığı (Department of Energy – DOE) ise 2024 yılında yayımladığı raporda yeşil hidrojen üretim maliyetini 2026 yılına kadar 2 $/kg H₂, 2031 yılına kadar ise 1 $/kg H₂ olarak hedeflemiştir [7]. Ocak 2023 tarihinde Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı tarafından yayımlanmış “Türkiye Hidrojen Teknolojileri Stratejisi ve Yol Haritası”ndaki verilere göre yeşil hidrojen üretim maliyetinin 2035 yılına kadar 2,4 $/kg H₂ seviyesine, 2053 yılına kadar ise 1,2 $/kg H₂ seviyesinin altına düşeceği öngörülmektedir [8].

Kaynakça
[1] Satyapal, S., Petrovic, J., Read, C., Thomas, G., & Ordaz, G. (2007). The US Department of Energy’s National Hydrogen Storage Project: Progress towards meeting hydrogen-powered vehicle requirements. Catalysis today, 120(3-4), 246-256.
[2] Van de Voorde, M. (Ed.). (2021). Hydrogen production and energy transition. Walter de Gruyter GmbH & Co KG.
[3] Incer-Valverde, J., Korayem, A., Tsatsaronis, G., & Morosuk, T. (2023). “Colors” of hydrogen: Definitions and carbon intensity. Energy conversion and management, 291, 117294.
[4] Zohuri, B. (2019). Hydrogen energy: Challenges and solutions for a cleaner future. Cham, Switzerland: Springer international publishing.
[5] IEA (2024), Global Hydrogen Review 2024, IEA, Paris https://www.iea.org/reports/global-hydrogen-review-2024, Licence: CC BY 4.0
[6] International Renewable Energy Agency (IRENA). (2023), Renewable power generation costs in 2022, International Renewable Energy Agency, Abu Dhabi: IRENA. Retrieved from www.irena.org/Publications/2023/Aug/Renewable-Power-Generation-Costs-in-2022
[7] U.S. Department of Energy (DOE). Hydrogen and Fuel Cell Technologies Office Multi-Year Program Plan. (2024). https://www.energy.gov/sites/default/files/2024-05/hfto-mypp-2024.pdf
[8] Türkiye Cumhuriyeti Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı (ETKB). (2023). Türkiye Hidrojen Teknolojileri Stratejisi ve Yol Haritası.