Dünya Enerji Konseyi Türk Milli Komitesi TÜRKİYE 10. ENERJİ KONGRESİ TÜRKİYE DE HİDROJEN ENERJİSİ ÇALIŞMALARI VE UNIDO-ICHET

Transkript

1 Dünya Enerji Konseyi Türk Milli Komitesi TÜRKİYE 10. ENERJİ KONGRESİ TÜRKİYE DE HİDROJEN ENERJİSİ ÇALIŞMALARI VE UNIDO-ICHET Gülbahar KURTULUŞ, F. Öznur TABAKOĞLU ve İ. Engin TÜRE Birleşmiş Milletler Sınai Kalkınma Örgütü-Uluslar arası Hidrojen Enerjisi Teknolojileri Merkezi (UNIDO-ICHET) Sabri Ülker Sk. 38/4 Cevizlibağ ISTANBUL ÖZET Sanayileşme ve nüfus artışıyla birlikte fosil yakıtlarına olan talebin artması beraberinde hava kirliliği, iklim değişikliği, küresel ısınma gibi ciddi sorunlar getirmiştir. Fosil yakıt rezervlerinin de sınırlı olması ve hızla tükenmesi bilim ve siyaset çevrelerini alternatif enerji kaynakları arayışına yönlendirmiştir. Fosil yakıtlarının yerini alabilecek ve gelecek vaat eden en iyi alternatif olarak hidrojen enerjisi gösterilmektedir. Türkiye, hidrojen ernerjisine geçişte, Mayıs 2004 te İstanbul'da kurulan Birleşmiş Milletler Uluslararası Hidrojen Enerjisi Teknolojileri Merkezi (UNIDO-ICHET) ile tarihi bir misyon üstlenmiştir. UNIDO-ICHET'in çalışmaları, hidrojen enerjilerinin geliştirilmesi, benimsenmesi ve kullanımının yaygınlaştırılması üzerine yoğunlaşmıştır. Bu teknolojilerin uygulanabilirliği ve yaygın olarak kullanılmasını sağlamak üzere UNIDO-ICHET, dünyanın hemen her kıtasında özellikle gelişmekte olan ülkelerde pilot projeler geliştirmektedir. Bunlar arasında, Çin'de hidroelektrikten, Libya'da güneş enerjisinden ve Arjantin'de rüzgar enerjisinden hidrojen üretimi olduğu gibi Türkiye'de de Bozcaada'da rüzgar enerjisinden hidrojen üretimi ile İstanbul'da hidrojen yakıtlı otobüslerin işletilmesi yer almaktadır. Ayrıca, UNIDO-ICHET, yine Türkiye'de organize ettiği çeşitli demonstrasyon projeleriyle hidrojen enerjisi konusunda Türkiye yi lider ülke konumuna taşımak için, çeşitli sanayi kuruluşları ile birçok demonstrasyon projesini hayata geçirmektedir. Bu tebliğde, Türkiye'de çeşitli kuruluşlarda hidrojen enerjisi çalışmalarının yanı sıra, UNIDO-ICHET'in dünyanın birçok ülkesinde uygulamaya koyduğu pilot projelerle, Türkiye'de organize ettiği demonstrasyon projelerine ayrıntılı olarak yer verilmiştir. 459

2 1. GİRİŞ Sanayileşme ve nüfus artışıyla birlikte fosil yakıtlara olan talebin artması beraberinde küresel ısınma, iklim değişikliği, hava kirliliği, sağlık problemleri gibi ciddi sorunlar getirmiştir. Birincil enerji kaynakları olan kömür, petrol, doğal gaz gibi fosil yakıt rezervlerinin de kısıtlı olması ve hızla tükenmesi bilim ve siyaset çevrelerini alternatif enerji kaynakları arayışına yönlendirmiştir. Ülkeler doğal kaynaklarına bağlı olarak, dünyadaki yeni enerji kaynaklarının verimli bir şekilde kullanılması ve yeni enerji teknolojilerinin geliştirilmesi yönündeki çalışmalarına hız vermişlerdir. Bu gelişmelere dayalı olarak hidrojen enerjisi, fosil yakıtların yerini alabilecek ve geleceğin yakıtı olabilecek en iyi alternatif olarak karşımıza çıkmaktadır. Hidrojen, enerji taşıyıcısı olarak, çok özel nitelikleri olan temiz, verimli ve çok yönlü kullanıma sahip sentetik bir yakıt olarak kabul edilmektedir. Hidrojen, kendisi gibi bir enerji taşıyıcısı olan elektrikle birlikte bir ülkenin tüm enerji ihtiyacını karşılayabilecek niteliktedir. Hidrojen ve elektrik, enerji kaynaklarından bağımsız olan, kalıcı bir enerji sistemi oluşturabilir. 2. HİDROJEN ENERJİ SİSTEMİ Fosil yakıtların yerini alabilecek güneş, rüzgar, su, dalga ve jeotermal gibi birçok birincil enerji kaynağı vardır. Ancak bu kaynakları taşınır, depolanabilir yapabilmek ve araçlarda kullanabilmek için bunlardan bir yakıt üretmek gerekir. Bunların içinde de hidrojen en verimli ve en temiz yenilenebilir yakıt olarak karşımıza çıkmaktadır. Birincil enerji kaynaklarının kullanılarak hidrojen üretildiği bu sisteme Hidrojen Enerji Sistemi adı verilmiştir (Şekil-1) [1]. Bu yeni enerji sisteminde hidrojen sudan elde edilecektir. Hidrojenin kullanılmasıyla da yan ürün olarak sadece su veya su buharı ortaya çıkacaktır. Böylece fosil yakıtların aksine hidrojen tükenmeyecektir. Şekil- 1. Hidrojen Enerji Sistemi [1] 460

3 3. HİDROJEN EKONOMİSİNE GEÇİŞ Hidrojen enerjisinin dünya gündemine oturması, 1973 te enerji krizinin patlak vermesiyle bilim çevrelerinin bu soruna çözüm aramaları vesile olmuştur. Dünya Hidrojen Enerjisi Konseyi Başkanı olan ve aynı zamanda da Miami Üniversitesi nde Temiz Enerji Araştırmaları Enstitüsü nün başkanlığını yapmakta olan Prof. Dr. T. Nejat Veziroğlu, 1974 yılında organizasyonunu üstlendiği Hidrojen Ekonomisi Miami Enerji Konferansı nda (THEME) fosil yakıtların tükenmesine ve bunların yakıt olarak kullanımının çevreye verdiği zararların önlenmesine çözüm olarak Hidrojen Ekonomisi/Hidrojen Enerji Sistemi fikrini ortaya atmıştır. [2] Son zamanlarda, ABD, Japonya, Avrupa Birliği ülkeleri gibi gelişmiş olan ülkelerde hidrojen üretimi, depolanması ve kullanımı ile ilgili olarak araştırma ve geliştirme çalışmaları yoğun bir şekilde devam etmektedir. Otomotiv, petrol, enerji ve kimya endüstrilerinin de katılımı ve teşviki ile son yıllarda hız kazanan çalışmalardan anlaşılacağı gibi bu ülkelerde hidrojen ekonomisine geçiş çoktan başlamıştır. Diğer yanda gelişmekte olan ülkelerde ise enerji sisteminin altyapısını oluşturma çalışmaları devam etmektedir. Böylece hidrojen ekonomisinde ülkeler kendi enerji politikalarını belirleyerek kendi enerji ihtiyaçlarını karşılayabileceklerdir. Ayrıca, hidrojen enerjisi hem sanayileşmiş hem de gelişmekte olan ülkelerin sürdürülebilir ekonomisine katkı sağlayarak dünyanın çevre açısından da korunmasına olanak verecektir. Prof. Dr. Nejat Veziroğlu, Miami Üniversitesi nde yapılan model çalışmalara göre 2000 li yıllarda başlanan hidrojene geçiş sürecinin 2074 te tamamlanacağını söylemiştir. [3] Hidrojen Hareketinin Yüzyılı Dünya Enerji Tüketimi Şekil- 2. Hidrojen Ekonomisinin Kurulması [Veziroğlu, 2001] 461

4 4. TÜRKİYE DE HİDROJEN ENERJİSİ ÇALIŞMALARI 4.1. TÜBİTAK - MAM AB 6.ÇP HY-PROSTORE Projesi Marmara Araştırma Merkezi (MAM) Enerji Enstitüsü nün, AB 6. Çerçeve Programı na yönelik yürüttüğü HYPROSTORE Hidrojen Teknolojileri Mükemmeliyet Merkezi projesi, AB tarafından desteklenmeye layık görülmüştür. Üç yıl sürecek proje kapsamında; araştırma altyapılarının yenilenerek geliştirilmesi, hidrojenin üretilmesi, saflaştırılması, depolanması ve hidrojen uygulamalarında bilginin yaygınlaştırılması amacıyla seminerler, kurslar ve uluslararası konferanslar gibi faaliyetlerin düzenlenmesi yer almaktadır. Toplam bütçesi civarında olan proje ile hidrojen teknolojileri alanında çalışan kuruluşlarla işbirliği sağlanarak, Türkiye de endüstriyel konsorsiyumlar ile birlikte geliştirilecek Ar-Ge projelerine yönelik faaliyetlerin gerçekleştirileceği bir çekim merkezi oluşturulacaktır. Aynı zamanda bu teknolojilere ilgi duyan tüm kuruluşlar ile bir sinerji ortamı yaratılarak, Türkiye nin AB projelerindeki katkısının arttırılması amaçlanmıştır [4]. Aktivite üyeleri arasında İstanbul Teknik Üniversitesi, Marmara Üniversitesi, Ege Üniversitesi, Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü ve Karadeniz Teknik Üniversitesi yer almaktadır [5] Yakıt Pili Araştırmaları Hidrojeni günümüzde yakıt pillerinde kullanmak suretiyle son derece verimli, sessiz ve sürekli elektrik enerjisi üretmek mümkündür. Türkiye de, katı oksit yakıt hücreleri (SOFC), proton değişim zarlı (PEM) yakıt hücreleri ve doğrudan methanol yakıt hücreleri (DMFC) teknolojilerinin geliştirilmesi ile ilgili çalışmalar yapılmaktadır. SOFC ile ilgili çalışmalar İstanbul Üniversitesi ve Sakarya Üniversitesi nde sürdürülmekte olup, TÜBİTAK-MAM, Boğaziçi Üniversitesi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Ortadoğu Teknik Üniversitesi, Sabancı Üniversitesi ve bazı endüstriyel kurumlarda de PEM üzerine araştırmalar yapılmaktadır Modern Yakıt Pilleri Çerçeve Projesi TÜBİTAK MAM ın üstlendiği projenin birinci aşaması olan 1.5 kw Polimer Elektrolit Membran (PEM) Tipi Yakıt Pili Sisteminin Kurulması aşamasında 1.5 kw yakıt pil modülü ve sistem alt bileşenlerinin temin edilerek yakıt pil sisteminin kurulması, projenin ikinci aşamasında ise PEM tipi yakıt pili sisteminin geliştirilmesi ve yakıt pil sisteminin evsel veya araç kullanımı için sistem entegrasyonu hedeflenmiştir [6,7] Doğrudan Sodyum Borhidrürlü Yakıt Pili (DSBHYP) Üretimi ve Entegrasyonu Bor Araştırma Enstitüsü nün desteklediği Doğrudan Sodyum Borhidrürlü Yakıt Pili Üretimi ve Entegrasyonu projesinde doğrudan sodyum borhidrürlü tek hücreli ve üç hücreli yakıt pili, doğrudan sodyum borhidrür yakıt pili sistem alt bileşenleri geliştirilecek ve askeri/sivil amaçlı muhtelif uygulama alanları için W lık doğrudan sodyum borhidrür yakıt pili prototipi geliştirilecektir [8]. 462

5 4.3. Hidrojen Üretimi Araştırmaları Hidrojen, ağırlıklı olarak doğal gazdan buhar reforming işlemiyle elde edilmektedir. Ayrıca hidrojen, fosil yakıtlardan elde edilebildiği gibi güneş, rüzgar, hidrolik enerji gibi yenilenebilir enerji kaynaklarını kullanarak suyun elektrolizi yöntemi ile de üretilmektedir. Bunun yanı sıra hidrojenin biyokütleden üretimi de mümkündür. Biyolojik olarak hidrojen üretilmesine örnek olarak, enerji bitkisi olan tatlı sorgumun üretilmesi ve alternatif enerji kaynağı olarak kullanılmasına yönelik deneysel çalışmalar TÜBİTAK-Marmara Araştırma Merkezi nde yapılmıştır. Proje kapsamında tatlı sorgum evlerde ısıtma uygulamaları için briketlenmiş ve alternatif bir enerji kaynağı olarak kullanılır hale getirilmiştir. Isıl değeri yaklaşık kj/kg olan bu yakıtın Türk linyitleri ile birlikte briketlenerek kullanılması sonucunda kömürün yanması ile açığa çıkan emisyonların azaltılması mümkündür [9]. Termokimyasal hidrojen üretilmesiyle ilgili olarak içeriği LPG ye çok benzeyen propan ve n-bütan karışımlarından Pt-Ni katalizörleri kullanılarak buhar reforming yöntemiyle hidrojen üretimi araştırılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre bimetalik Pt- Ni katalizör sistemi ticari uygulamalarda ümit veren bir alternatif olarak görülmüştür [10]. Yukarıda bahsedilen örneklere ilave olarak, Karadeniz in tabanında kimyasal biçimde depolanmış hidrojen bulunması da hidrojen üretimiyle ilgili umut verici bir gelişmedir. Karadeniz suyunun %90 ı anaerobiktir ve hidrojensülfid (H 2 S) içermektedir. H 2 S yaklaşık 200 m derinlikte ve 50 m kalınlığında bir tabaka halinde bulunmaktadır. Tabana doğru inildikçe artan H 2 S konsantrasyonu, 1500 m derinlikte 8-10 mg/l olarak tespit edilmiştir. Elektroliz reaktörü ve oksidasyon reaktörü gibi iki reaktör kullanılarak, H 2 S den hidrojen üretimi konusunda yapılmış teknolojik çalışmalar vardır. Bu konuda yapılmış bir diğer teknoloji geliştirme çalışması, yarıiletken partikülleri kullanarak fotokatalitik yöntemle hidrojen üretimidir. Güneş ve rüzgar enerjisinden yararlanarak, Karadeniz'in H 2 S içeren suyundan hidrojen üretimi için literatüre geçmiş bilimsel araştırmalar olup, Bulgaristan proje geliştirmeye çalışmaktadır [11] Hidrojenin Depolanması Araştırmaları Hidrojen kimyasal olarak metallerde, alaşımlarda ve arametallerde hidrür olarak depolanabilmektedir. Özellikle son yıllarda yüksek depolama kapasiteleri nedeniyle aluminyum ve bor içeren kompleks hidrürler üzerine yoğun çalışmalar yapılmaktadır. Bor bazlı sistemler esas olarak sodyum bor hidrürden (NaBH 4 ) oluşmaktadır. NaBH 4, katı halde ağırlıkça %10.5 hidrojen içermektedir [12]. Hidrojen üretimi ve depolanması alanında Sodyum bor hidrür (NABH 4 ) çözeltileri sahip oldukları özellikler sayesinde önem verilmesi gereken kimyasal hidritlerdir. Bazik NABH 4 çözeltsinden uygun bir katalizör eşliğinde hidrojen gazı üretilmesiyle ilgili çalışmalar yapılmıştır [13]. Magnezyum hidrürle ilgili ODTÜ Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü nde olumlu sonuçlar alınmış olup araştırmalara devam edilmektedir [14]. 463

6 5. UNIDO-ICHET İN KURULMASI Dünyada tek olan Birleşmiş Milletler Uluslararası Hidrojen Enerjisi Teknolojileri Merkezi nin (UNIDO-ICHET) in kurulması ile ilgili olarak Enerji Bakanlığı ve UNIDO teşkilatı arasındaki anlaşma 21 Ekim 2003 te Viyana da imzalanmıştır. ICHET, Prof. Dr. T. Nejat Veziroğlu başkanlığında Mayıs 2004 te faaliyete geçmiştir UNIDO-ICHET in Misyonu ICHET in kuruluş amacı, gelişmiş ve gelişmekte olan ülkeler arasında hidrojen teknolojileri köprüsü olmak suretiyle, hidrojen teknolojilerinin geliştirilmesi, Türkiye ve dünyada benimsenmesi ve kullanımının yaygınlaştırılmasını sağlamak ve uygulamalı Ar-Ge çalışmaları yürütmek olarak belirlenmiştir. ICHET in İstanbul da kurulması ve faaliyete geçmesiyle Türkiye insanlığa temiz, bol ve uzun ömürlü enerji sistemi sağlayacak tarihi bir misyon üstlenmiştir UNIDO-ICHET in Faaliyetleri UNIDO-ICHET in, misyonunu gerçekleştirmek ve belirlediği hedeflere ulaşmak için üstleneceği faaliyetler aşağıda verilmiştir. Tüm dünyadaki hidrojen enerjisi Ar-Ge çalışmaları, ilgili endüstriler ve ürünleri için geniş kapsamlı bir Veri Bankası kurulması ve yönetimi Çalışmalar, uygulamalı araştırmalar, kısa ve uzun dönemli eğitim programları, konferanslar ve danışmanlık hizmetleriyle bilgiyi yaymak Hidrojen enerji politikalarının belirlenmesinde rol almak Hidrojen enerjisi teknoloji pilot projelerin kurulması, yürütülmesi ve değerlendirilmesinde uzman yardim sağlamak Hidrojen enerji teknolojilerinin demonstrasyonu ve ticarileştirilmesi arasında uygulamalı teknoloji köprüsü görevi görmek Eksik olan hidrojen enerjisi araştırma ve geliştirme çalışmalarını tamamlayarak sanayileşmiş ve gelişmekte olan ülkeler arasındaki boşluğu doldurmak Üretim, dağıtım ve stoklama teknikleri sergilemek Hidrojen enerji endüstrileri için deneme hizmetleri sağlamak Pilot Projeler Hidrojen enerji teknolojilerinin tanıtılmasının en etkili yollarından biri de dünyanın çeşitli yerlerinde pilot bölgeler seçilip enerji dönüşümlü projelerin uygulamaya sokulmasıdır. Projelerin dikkat çekmesi, gelişmiş ve gelişmekte olan ülkelerde temiz enerji çözümü olarak toplumun ilgisini kazanması için pilot bölgelerin ve uygun teknolojinin iyi seçilmesi gerekmektedir. UNIDO-ICHET, hidrojen teknolojilerinin uygulanabilirliği ve yaygın olarak kullanılmasını sağlamak üzere dünyanın hemen her kıtasında özellikle gelişmekte olan ülkelerin hükümetleriyle ortak olarak pilot projeler gerçekleştirmektedir. Bunların başlıcaları aşağıda Şekil- 3 te gösterilmektedir: 464

7 Şekil- 3. UNIDO-ICHET in Üzerinde Çalıştığı Pilot Projeler Bu projeler arasında, Türkiye'de hidrojenle çalışan otobüs ve Bozcaada da rüzgardan hidrojen üretimi ve uygulaması projeleri yer almaktadır. İstanbul'da çalışacak hidrojenli otobüsler için gerekli hidrojen gece kullanılmayan elektrikten elde edilecektir. Proje ile ilgili mühendislik raporları hazırlanmış olup, çalışmalar devam etmektedir. Bozcaada projesinde ise, nüfusu kışın 3000, yazın ise olan adadaki rüzgar enerjisinden yararlanılarak hidrojen üretilecek ve tüm ada halkının yakıt gereksinimini gidermek amacıyla kullanılacaktır. Çin'de hidrojen, küçük bir hidroelektrik santralinden, Arjantin'de ise rüzgar enerjisinden üretilecek olup, her iki projede belli bir bölgenin enerji ve yakıt ihtiyacı karşılanacaktır. Güney Kore'de ve Hindistan da hidrojenle çalışan taşıtlar üzerinde çalışma yapılacak olup, Kore de Chonnam bölgesinde hidrojenli otobüsler, Hindistan da ise 3 tekerlekli araçlardan oluşan bir filo Delhi de hizmete sokulacaktır. Libya da güneş enerjisinden üretilecek hidrojen, yörenin enerji ihtiyacını karşılayacaktır. Portekiz de hidrojenin yenilenebilir kaynaklardan üretilerek, Azores taki Terceria Adası nın enerji ihtiyacını karşılamak üzere kullanılması planlanmıştır. Bu projeler ile ilgili proje raporları hazırlanmış olup, çalışmalar devam etmektedir. Ayrıca, önümüzdeki aylarda Mısır, Rusya, İtalya ve Kolombiya ülkelerinde pilot projeler yapılması planlanmıştır Demonstrasyon Projeleri UNIDO-ICHET Türkiye de organize ettiği çeşitli demonstrasyon projeleriyle hidrojen enerjisi konusunda Türkiye yi lider ülke konumuna taşımak için çeşitli sanayi kuruluşlarıyla ortak çalışmalar yapmaktadır. Bunlar arasında THY, TEMSA, TPAO ile Atatürk Havaalanı nda otobüs projesi, Demirer Holding, BOS, Çukurova holding ve Ünilever şirketi ile rüzgardan elde edilecek hidrojenin 465

8 fabrika içinde fork lift çalıştırmada ve margarin yapımında kullanılması, Ankara da bir hastanede hidrojen ve oksijen üretilerek, hidrojenin ambulansta yakıt olarak kullanılması, hidroelektrik santralinden elde edilecek hidrojenin doğal gaz boru hatlarına enjeksiyonu gibi bir çok proje üzerindeki çalışmalar hızla devam etmektedir. 6. SONUÇLAR Türkiye de kömür, petrol ve doğalgaz rezervleri son derece sınırlı olup, üretim ihtiyacını karşılamakta yetersizdir. Bu nedenle Türkiye nin sahip olduğu yenilenebilir enerji kaynakları olarak tarif edilen güneş, rüzgar, biyokütle, jeotermal ve su enerjisi doğal kaynaklarından yararlanarak hidrojen yakıtı üretmesi yakın gelecekte en iyi ve en ekonomik çözüm olarak ortaya çıkmaktadır. Ayrıca, fosil yakıtlardan açığa çıkan CO 2, NO x gibi emisyon gazlarının çevreye verdiği zararlar, bunların insan sağlığı üzerindeki etkisi ve getireceği maliyetler düşünüldüğünde Türkiye nin hidrojen enerjisi ve yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelmesi kaçınılmazdır. Hidrojen çok yönlü kullanılabilen, dönüşülebilirliği ve kullanım verimi yüksek, emniyetli ve temiz bir yakıttır. Dünya Hidrojen Ekonomisi ne geçiş aşamasındadır. Bu gelişmeler kapsamında da Türkiye, İstanbul'da kurulan Birleşmiş Milletler Uluslararası Hidrojen Enerjisi Teknolojileri Merkezi (UNIDO-ICHET) ile tarihi bir misyon üstlenmiştir. Böylece Türkiye hidrojenle birlikte enerji ithal eden bir ülke konumundan çıkarak enerji ihraç eden bir ülke olacaktır. Son yıllarda hidrojen enerjisi ve yakıt pilleri teknolojilerinin geliştirilmesi ve uygulanmasında endüstri-üniversite işbirliği kapsamında umut verici gelişmeler olmaktadır. 7. KAYNAKLAR Türe, S., Uzun, D and Türe, I. E., The Potential Use of Sweet Sorghum as a Non-polluting Source of Energy, Department of Energy Systems, TÜBİTAK- Marmara Research Centre, Kocaeli-İstanbul, 28 August Çağlayan, B. S., Önsan, Z. I., Aksoylu, A. E., Production of Hydrogen over Bimetallic Pt-Ni/δAl2O3: II. Indirect Partial Oxidation of LPG, Catalysis Letters, Accepted for publication Dolaş, H., Şahin, Ö., Sodyum Borhidritten Hidrojen Eldesi, V. Ulusal Temiz Enerji Sempozyumu Bildiri Kitabı Cilt II, pp , Mayıs Güvendiren, M., Effect of Additives on Mechanical Milling and Hydrogenation of Magnesium Powders, Y.L. Tezi, ODTÜ-Ankara, Şubat,