- Giriş
Doğalgaz ve hidrojen, enerji üretimi ve sanayi süreçlerinde önemli iki yakıt türüdür. Son yıllarda, özellikle karbon salımlarını azaltma ve enerji geçiş süreçlerinde hidrojenin potansiyeli büyük ilgi görmektedir. Doğalgaz ve hidrojenin kullanımı, enerji sektöründe önemli bir dönüşümün parçası olarak dikkat çekmektedir.
Doğalgaz, fosil yakıtlar arasında temiz kabul edilen bir enerji kaynağıdır, çünkü kömür ve petrol gibi diğer fosil yakıtlara göre daha düşük karbon salımına sahiptir. Elektrik üretimi, ısınma, sanayi ve ulaşımda yaygın olarak kullanılmaktadır. Düşük karbon emisyonu, verimli enerji üretimi, elektrik üretiminde hızlı bir şekilde devreye girme ve gerektiğinde çıkma esnekliği gibi avantajları bulunmaktadır. Sera gazı emisyonları, fosil yakıt bağımlılığı gibi dezavantajları olan doğalgaz, bir fosil yakıt olduğu için sürdürülebilir değildir ve doğrudan yenilenebilir enerji kaynaklarına entegre edilmesi düşünülmektedir.
Hidrojen, temiz enerji dönüşümünde önemli bir role sahip olup, fosil yakıtlara bağımlılığı azaltma potansiyeli bulunmaktadır. Doğalgaz piyasasında hidrojenin kullanımı, karbon emisyonlarını azaltmak, enerji güvenliğini artırmak ve yenilenebilir enerji kaynaklarını entegre etmek açısından önemli bir stratejidir.
Bu makalede, önemli bir enerji taşıyıcısı olan hidrojenin doğalgaz altyapısında kullanımı, teknik ve ekonomik yönleri ile çevresel etkileri ele alınmaktadır.
- Hidrojenin Doğalgaz Piyasasında Kullanımı
Kokusuz, renksiz, tatsız ve saydam bir yapıya sahip olan hidrojen, doğadaki en hafif elementtir. Bilinen tüm yakıtlar içinde birim başına en yüksek enerji içeriğine sahiptir. 1 kg hidrojen 2,1 kg doğalgaz veya 2,8 kg petrolün sahip olduğu enerjiye sahiptir. Petrol kökenli yakıtlara göre ortalama 1,33 kat daha verimli olan hidrojen sudan elde edildiği zaman yenilenebilir enerji kaynakları kategorisine girmektedir. Dünyanın giderek artan enerji gereksinimini çevreyi kirletmeden ve sürdürülebilir olarak sağlayabilecek en ileri teknolojilerden olan hidrojen enerji sisteminin, insan ve çevre sağlığını tehdit edecek önemli bir etkisi yoktur. Kömür, doğalgaz gibi fosil kaynakların yanı sıra sudan ve biyokütleden de elde edilen hidrojen, enerji kaynağından çok bir enerji taşıyıcısı olarak düşünülmektedir. Türleri kısaca şunlardır:
Beyaz (kömürden üretilen) Hidrojen: Fosil yakıtlardan elde edilir ve çevresel etkileri oldukça yüksektir.
Gri Hidrojen: Fosil yakıtlar kullanılarak üretilen hidrojendir ve yüksek karbon emisyonlarına sahiptir.
Mavi Hidrojen: Doğalgazdan üretilir, ancak üretim sırasında ortaya çıkan karbon emisyonları, karbon yakalama ve depolama (CCS) teknolojileriyle engellenir.
Yeşil Hidrojen: Yenilenebilir enerji (güneş, rüzgar, hidroelektrik) kullanılarak suyun elektrolizi yoluyla üretilir. Bu en temiz hidrojen türüdür.
Hidrojen, doğalgaz sistemlerine belirli oranlarda karıştırılarak veya saf halde kullanılmaktadır. Mevcut doğalgaz altyapısında yüzde 5-20 oranında hidrojen karıştırılmaktadır. Yüksek hidrojen oranları, boru hatlarında malzeme aşınması, sızıntı riskleri ve yanma karakteristikleri açısından bazı teknik zorluklar doğurabilmektedir. Tamamen hidrojen bazlı bir altyapıya geçiş için yeni boru hatları ve depolama sistemleri gerekmektedir. Bu da büyük bir maliyet ve altyapı değişikliği demektir.
Hidrojenin doğalgaza karıştırılmasının belli başlı nedenleri bulunmaktadır. Hidrojen karışımının en önemli faydası; karbon emisyonlarını azaltma ve temiz enerji geçişini hızlandırma açısından önem arz etmektedir.
Hidrojen yanarken karbon içermediğinden CO₂ salımını düşürerek çevresel sürdürülebilirliği artırmaktadır. Mevcut doğalgaz boru hatları, hidrojenin daha küçük moleküler yapısı nedeniyle kaçak riskine açıktır. Ancak, yeni boru hatları inşa etmek yerine mevcut doğalgaz sistemine belirli oranlarda hidrojen eklenmesi, düşük maliyetli bir geçiş stratejisi sunmaktadır. Hidrojen üretimi, özellikle yeşil hidrojen üretimi (elektroliz yoluyla) halen pahalıdır. Ancak, teknolojik gelişmeler ve ölçek ekonomileri ile maliyetlerin düşmesi beklenmektedir.
Hidrojenin enerji yoğunluğu doğalgaza göre düşüktür (hacimsel bazda yaklaşık 3 kat daha az enerji taşır). Bu nedenle, belirli oranların üzerine çıkıldığında boru hattı basınçlarının ve taşıma kapasitesinin yeniden değerlendirilmesi gerekmektedir. Hidrojenin doğalgaza karıştırılabileceği oran, mevcut altyapının ve son kullanım ekipmanlarının teknik kapasitesine bağlıdır:
| Hidrojen Oranı (%) | Etkileri ve Kısıtlamalar |
| % 0-5 | Mevcut boru hatları ve cihazlar için genellikle güvenli, büyük bir değişiklik gerektirmez. |
| % 5-20 | Boru hatlarında ve yanma sistemlerinde bazı modifikasyonlar gerekebilir. |
| % 20-50 | Malzeme dayanıklılığı, enerji yoğunluğu ve yanma karakteristiklerinde önemli değişimler meydana gelir. |
| % 50+ | Mevcut doğalgaz altyapısı için uygun değildir, tamamen hidrojen bazlı sistem gerektirir. |
Dünyada bazı ülkeler hidrojen karışımlarını doğalgaz şebekelerinde test etmektedir: Almanya’da, yüzde 20’ye kadar hidrojenin doğalgaz ile karıştırılması üzerine pilot projeler yürütmektedir. Hollanda’da, belirli bölgelerde hidrojenli doğalgaz şebekeleri test edilmekte, eski boru hatları ve tüketici cihazları üzerinde incelemeler yapılmaktadır. Birleşik Krallık’da, yüzde 20 hidrojen karışımı için ulusal altyapı planları geliştirilmekte ve hidrojenin uzun vadeli doğalgaz alternatifi olup olmayacağı değerlendirilmektedir. Avustralya’da, yüzde 10 hidrojen karışımları şebekeye beslenerek test edilmekte, ayrıca saf hidrojenle çalışan sistemler geliştirilmektedir.
Ülkemizde ise Enerji Bakanlığı’nın aşırı fosil yakıt tüketimini ortadan kaldırmak ve emisyonları azaltmak amacıyla, doğalgaz şebekesine düşük ve sıfır karbonlu yüzde 2 ila 6 oranında hidrojen enjeksiyonu hedefi bulunmaktadır. Türkiye Doğalgaz Dağıtıcıları Birliği (GazBir) tarafından da hidrojenin doğalgazla entegrasyonu çalışması başlatılmıştır. Test amaçlı olarak yüzde 5’e kadar hidrojen ve yüzde 95’e kadar doğalgaz karışımı yapılarak, doğalgazı daha çevre dostu yapma düşüncesi ile başlatılan bu çalışmanın, kısa süre içerisinde doğalgaz sektöründe yaygınlaştırılması hedeflenmektedir.
- Çevresel Etkiler
Hidrojenin doğalgaz piyasasında kullanılmasının çevresel açıdan önemli avantajları ve bazı zorlukları bulunmaktadır.
Hidrojenin doğalgaza karıştırılması, yanma sonucu ortaya çıkan CO₂ emisyonlarını önemli ölçüde düşürmektedir. Üretim şekline bağlı olarak çevresel etkileri değişir. Yeşil Hidrojen (yenilenebilir enerji kaynaklarıyla üretilen) tamamen sıfır emisyonludur. Mavi Hidrojen (doğalgazdan üretilip karbon yakalama teknolojisi kullanılan) karbon salımını azaltır, ancak tamamen sıfır emisyon sağlamaz. Gri Hidrojen (fosil yakıtlardan elde edilen) yüksek karbon emisyonlarına sahiptir.
Hidrojenin doğalgaza karıştırılması, metan kaçaklarını azaltabilir, çünkü hidrojenin doğrudan yanması metan kadar güçlü bir sera gazı etkisi oluşturmaz. Hidrojen içeriği arttıkça karbon emisyonları azalmaktadır. Örneğin, yüzde 20 hidrojen karışımı ile doğalgazın CO₂ emisyonu yaklaşık yüzde 7-8 oranında düşebilmektedir.
Hidrojen karışımları mevcut doğalgaz tüketicileri için büyük bir değişiklik gerektirmese de, daha yüksek oranlara çıkıldığında kazanlar, ocaklar ve sanayi ekipmanlarında modifikasyonlar gerekmektedir. Günümüzde yeşil hidrojen üretimi pahalı olmakla beraber, elektroliz teknolojilerindeki ilerlemeler ve ölçek büyütme ile maliyetleri düşürülebilmektedir.
- Sonuç
Hidrojenin doğalgaz piyasasında kullanımı, enerji dönüşümünün kritik bir parçasıdır. Ancak, altyapı uyumluluğu, maliyet ve hidrojen üretim yöntemleri gibi faktörler dikkate alınmalıdır. Gelecekte, yeşil hidrojenin yaygınlaşmasıyla birlikte doğalgazdan hidrojene geçişin hızlanması beklenmektedir.
Uzun vadede, doğalgaz yerine yüzde 100 hidrojen kullanımı için yeni boru hatları ve dağıtım sistemleri geliştirilmesi gerekecektir. Hidrojen karışımlarının yaygınlaşması için hükümetler tarafından teşvikler sağlanmalı, karbon emisyonlarına dayalı vergi politikaları geliştirilmelidir.
Doğalgaz ve hidrojen, enerji sektöründe birbirini tamamlayan iki kaynak olarak önem kazanmaktadır. Hidrojenin, doğalgazla karıştırılarak ya da doğrudan hidrojenle çalışan sistemler geliştirilerek kullanılması, karbon salımını azaltmak ve daha sürdürülebilir bir enerji yapısına geçiş sağlamak için önemli bir adımdır. Gelecekte hidrojenin rolü arttıkça, doğalgazın yerini alması beklenmektedir. Bunun için hidrojen altyapısının geliştirilmesi, yeşil hidrojen üretiminin artırılması ve hibrid çözümler büyük önem arzetmektedir. Ancak, bu dönüşüm, teknolojik gelişmeler, altyapı yatırımları ve politika desteği ile mümkün olacaktır.
Kaynaklar
- Odundan Hidrojene Enerji Dönüşümleri, Sav M.,
