Periyodik tablonun sol, üst kısmında yer alan hidrojen en hafif element olma özelliği taşır. Yalnızca bir proton ve bir elektrondan oluşmaktadır. Elektronun proton ile bağ kurma enerjisi yaklaşık 13.6 eV kadardır. Hidrojen buna rağmen güçlü bir elektro-pozitif özelliğe (elektrondan kurtulma eğilimi) sahiptir. Örneğin, oksijen gibi elektron almaya meyilli olan, elektro-negatif bir element ile bir araya geldiği zaman tepkimeye girer. Bu tepkimede 1 adet hidrojen atomu 1.3 eV kadarlık bir enerji meydana getirir. Hidrojen bu nedenle, kütlesel enerji yoğunluğu (142kJ/g) yüksek olan bir element ve aynı miktarda sıvı fazda olan hidrokarbonlardan (47kJ/g) dahi daha fazla enerji içermektedir. Uzay uçuşlarında üst kademe bir roket yakıtı olarak tercih edilmesinin nedeni de budur. Yanma ürünü olarak su buharı açığa çıkardığından, atmosfere kirleticiler ya da sera gazları salmamaktadır. Öte yandan, çevrede en bol bulunan elementtir. Evrendeki bulunan maddenin %90’dan fazla oranda bulunmaktadır. Bütün diğer elementler de hidrojen çekirdeklerinin füzyonu ile oluşmuştur.
Yeryüzünde ise, en bol bulunan 3. elementtir. Su ve organik maddelerin tümünün yapısında bulunmaktadır. Rengi, kokusu, tadı olmayan zehirsiz bir elementtir. Saf hali ile, olağan koşullarda iki atomlu bir gaz oluşturur. Bu gaz, havanın 14’te biri yoğunluğunda olduğu için havada çabucak yükselip dağılır. Yani gazın kendisi kolayca yanıcı ve hatta yüksek enerji yoğunluğu nedeni ile patlayıcı olmakla beraber, sızıntılar sonucu tek yerde birikip kazalara yol açması mümkün olmamaktadır. Her ne kadar kullanışlı olarak görünse de elde edilmesi, depolanması, taşınma ve yakılması ile ilgili aşılması gereken sorunlar vardır.
Hidrojenin Yakılması
Hidrojenin nasıl yakılarak enerji elde edileceği konusunda kritik bir takım tercihler söz konusudur. İçten patlamalı motorlarda yakılması ve oksijenin çabucak verilmesi halinde, atık ürünler olarak su buharı ile beraber nitrik oksitler gibi bir takım karsinojenik sera gazları ortaya çıkmaktadır. Sadece su buharının çıkması isteniyor ise, yanma odasına oksijenin yavaş verilmesi, yani havanın dikkatli bir şekilde pompalanması gerekir. Ama bu durumda da, olaydan enerji çekme hızı, yani gücü azalmaktadır. Bu nedenle, %50-60 oranlara varan yüksek verimden yararlanabilmek için, hidrojeni yakıt hücreleri içerisinde yakmak en mantıklı olanı gibi görülmektedir. Ama bu, ilgili teknolojinin ekonomik hal almasını beklemeyi gerektirir. Şimdiden, içten patlamalı motorlar ufak bir ücret karşılığında hidrojen yakar bir hale getirilmektedir. Fakat günümüzde halen, otomobil üreticileri yakıtı üretilmemiş bir arabayı üretmek, enerji firmaları da piyasada bulunmayan bir yakıta yatırım yapmak istemiyor.
Hidrojenin Depolanması
Bir enerji taşıyıcı element olan hidrojen basınçlı tüpler içinde gaz halinde ya da sıvılaştırılmış olarak depolanabilir. Ancak, hidrojen aynı ağırlığa sahip benzine göre yaklaşık olarak üç misli daha fazla enerji içermesine rağmen bu tür hidrojen depolamaları pratik uygulamalar için uygun olmamaktadır. Bir depo benzin ile 400-600 km yol alan bir araba, yakıt hücreleri ile aynı yol için çok daha büyük olan hidrojen deposunu taşıması gerekirdi. Sıvı hale getirilerek depolanan hidrojenden elde edilecek olan enerjinin %40 kadarı bu işlem sırasında harcanır. Hidrojeni depolayacak olan ekipmanın ağırlığı da hesaba katılır ise hidrojen, benzine göre bile düşük bir enerji yoğunluğuna sahip olmaktadır. Kısaca, gelecek uygulamalarda hidrojen gazının verimli ve emniyetli bir biçimde depo edilmesi, hidrojen ekonomisinde çözülmesi gereken çok önemli bir problemdir.
Hidrojenin lityum, azot ve karbon gibi hafif elementler ile birleştirilip depolanması en iyi seçenek olarak görülmektedir.
Kaynakça:
https://www.azocleantech.com/article.aspx?ArticleID=29
Phil. Trans. R. Soc. A (2007) 365, 10431056
Principles of Hydrogen Energy Production, Storage and Utilization Sherif, S A, Barbir, F, Veziroglu, T N, pp. 46-63
Yazar: Taner Tunç