Geçenlerde hidrojen çeşitliliğini gösteren renk skalasına atıfta bulunan bir makale okudum. Hidrojen üretiminin farklı renklerle kodlanan farklı yolları ve özellikleri olduğunu belirten bu makalede, tüm hidrojen renklerine sahip çıkmamız gerektiği savunuluyordu. Bu yazımda ilgili makaleyi ve düşüncelerimi paylaşacağım.

Baz yükü sağlayan ve doğal gazın muadili olarak konumlandırabileceğimiz hidrojen konusunu 2021 yılından bu yana farklı açılardan ele aldım. Bu yazımda da hidrojende tartışma konusu olan niş bir konuyu gündeme getirmek istiyorum. Konuya geçmeden önce hidrojenle ilgili bilgi sahibi olmak istiyorsanız önceki makalelerimi okumanızı tavsiye ederim. Başlıkları ve ilgili linkleri aşağıda paylaşıyorum:

İklim değişikliğine karşı gizli kahraman: https://www.serhansuzer.com/tr/iklim-degisikligine-karsi-gizli-kahraman-yesil-hidrojen
Avrasya Bölgesinde yeşil hidrojen: https://www.serhansuzer.com/tr/avrasya-bolgesinde-yesil-hidrojen
Türkiye’de yeşil hidrojen: https://www.serhansuzer.com/tr/turkiyede-yesil-hidrojen
Ulusal güvenliğimiz için hidrojen ekonomisi: https://www.serhansuzer.com/tr/ulusal-guvenligimiz-icin-hidrojen-ekonomisi
Enerjide her derde deva hidrojene standart getirilmesi: https://www.serhansuzer.com/tr/enerjide-her-derde-deva-hidrojene-standart-getirilmesi

Şimdi gelelim söz ettiğim makaleye. 23 Şubat tarihinde Green Hydrogen Organization’ın blog sayfasında Sam Bartlett tarafından kaleme alınan “Hidrojen renkleri neden önemlidir?” başlıklı yazıyı https://gh2.org/blog/why-hydrogen-colours-matter linkinde okuyabilirsiniz. Yazıyı aynen aşağıda aktarıyorum. Sonrasında yorumlarımı paylaşacağım:

Hidrojen renkleri neden önemlidir?

Hidrojen renkleri hakkında konuşmayı bırakıp yalnızca hidrojen üretiminin emisyon yoğunluğuna odaklanmaya yönelik ortak bir kampanya var. Bu bir hata. Hidrojen üretiminin farklı renklerle kodlanan farklı yolları, çok farklı özelliklere sahiptir. Hepsini "temiz hidrojen" veya "düşük karbonlu hidrojen" başlığı altında birleştirmek, bazı önemli seçimleri ve fırsat maliyetlerini gölgede bırakıyor. Hangi yollara öncelik vereceğimiz konusunda akıllı seçimler yapmamız gerekiyor ve renkler bunu yapmamıza yardımcı oluyor.

Her yıl yaklaşık 100 milyon ton hidrojen üretip tüketiyoruz; çoğunlukla kömürden elde edilen “kahverengi hidrojen” ve fosil gazından (doğalgaz) üretilen “gri hidrojen”. Bu, küresel sera gazı emisyonlarının %2'sine karşılık gelen çok kirli bir süreçtir. Net sıfır hedeflerine (belki de her yıl 500 milyon tona kadar) ulaşmamıza yardımcı olmak için hidrojen kullanımının ölçeği artırılacaksa, bu üretim süreçleri sürdürülebilir değildir. Ön planda olan iki alternatif, yenilenebilir enerji kullanılarak suyun elektrolizi yoluyla üretilen “yeşil hidrojen” ve karbon yakalama ve depolama (CCS) kullanılarak üretilen gri veya kahverengi hidrojen olan “mavi hidrojen”dir. Diğer renkler arasında nükleer güç kullanılarak elektroliz edilen "pembe hidrojen", yer kabuğundan veya mantodan doğal olarak oluşan "beyaz hidrojen", kısıtlama olmaksızın şebeke elektriği kullanılarak elektroliz edilen "sarı hidrojen" ve metan pirolizi adı verilen bir süreçle hidrojen ve katı karbon üreten "turkuaz hidrojen" bulunmaktadır.

En azından birisinin hidrojen renkleri hakkında konuşmamamız gerektiğini savunduğu toplantılara veya konferanslara sıklıkla katılıyoruz. 2023'te IEA (International Energy Agency – Uluslararası Enerji Ajansı), "renklere dayalı terminolojilerin kullanımından uzaklaşmamız" ve bunun yerine "düzenleme ve sertifikasyon programlarının geliştirilmesinde hidrojen üretiminin emisyon yoğunluğunu kullanmamız" gerektiğini savunan bir rapor yayınladı. Wood Mackenzie, "Gökkuşağının Ötesinde" başlıklı yakın tarihli bir gönderisinde şunu savunuyor: "Düşük karbonlu hidrojen etrafında ivme oluştukça, endüstri renkli etiketlerin ötesine bakmak zorunda kalıyor. Düşük karbonlu hidrojenin geleceği, hükümetlerin, üretilen hidrojenin renginden ziyade karbon yoğunluğuna giderek daha fazla bağlı olan düzenlemeleri, sübvansiyonları ve diğer teşvikleri yürürlüğe koymasına bağlı”.

Tam yaşam döngüsü analizinin önemi

Hidrojen üretiminde karbon yoğunluğunun ölçülmesine yönelik katı standartların önemi konusunda IEA ve Wood Mackenzie ile aynı fikirdeyiz. Bununla birlikte, düzenleme ve sertifikasyon programlarının çoğu tam yaşam döngüsü analizini kullanmamaktadır ve birçoğunda emisyonları olduğundan düşük tahmin eden boşluklar bulunmaktadır. Çevre Savunma Fonu'ndaki bilim insanlarının bu hafta yayınlanan araştırması, en yaygın kullanılan yaşam döngüsü değerlendirme çerçevelerinin üç kritik faktörü ele almada başarısız olduğunu ileri sürüyor: 1) hidrojen emisyonlarının ısınma etkileri; 2) gerçek dünyada ölçülmüş metan emisyon yoğunlukları ve 3) emisyonların yakın vadeli ısınma etkileri.

Bu sorunlar kapsamlı bir şekilde ele alınsa bile, renk etiketlerinin "göz ardı edilmesi" konusunda hemfikir değiliz. Hidrojen üretiminin farklı yolları, çok farklı özelliklere sahiptir. Hepsini "temiz hidrojen" veya "düşük karbonlu hidrojen" başlığı altında birleştirmek, bazı önemli seçimleri ve fırsat maliyetlerini gölgede bırakıyor.

İşte hidrojen renklerinin önemli olmasının dört nedeni:

1) Fosil yakıt bağımlılığı. Kahverengi, gri ve mavi hidrojen, uzaklaşmamız gereken fosil yakıtlara olan bağımlılığımızı güçlendiriyor. Yeşil hidrojen bu bağımlılığı azaltır. Büyük bir fosil yakıt kaynağına sahip ülkelerde (Avustralya, Kanada, Norveç, İngiltere, Amerika Birleşik Devletleri gibi), yeni fosil yakıt projelerinin geliştirilmesini haklı çıkarmak için mavi hidrojen vaadi kullanılıyor. Buna karşılık, giderek artan sayıda ülke ve paydaş, küresel 1,5C planına uygun olarak tüm fosil yakıt bazlı hidrojenin aşamalı olarak ortadan kaldırılmasının acil ihtiyacını vurguluyor.

2) Teknoloji riski. “Renk yok” söylemi, tüm üretim yollarının eşit derecede uygulanabilir ve iyi kurulmuş olduğunu varsayar. Yeşil hidrojen, üretimi kanıtlanmış bir teknolojiye dayanmaktadır. Yeşil hidrojen endüstrisinin ölçeğinin büyütülmesi herhangi bir büyük teknolojik atılıma bağlı değildir; ancak daha fazla verimlilik, yenilik ve ölçek ekonomisi sağlayacak araştırma ve geliştirmelerden faydalanacaktır. Buna karşılık mavi hidrojen "teknik olarak mümkündür", ancak özellikle mavi hidrojeni "temiz" hale getirmek için gereken %95+ CCS ve sıfıra yakın metan sızıntı oranı geniş çaplı araştırmalarla kanıtlanmamıştır. Hangi yolu destekleyeceğimizi düşünürken işe yarayan teknolojiler ile işe yarayabilecek teknolojiler arasında seçim yapıyoruz. Hidrojen politikası, riske bakılmaksızın "teknolojiden bağımsız" olmamalıdır. Teknoloji hazırlık seviyelerini değerlendiren ve kanıtlanmış üretim yollarına öncelik veren kapsamlı ve yinelemeli bir sürece dayanmalıdır.

3) Maliyet ve sübvansiyonlar. Kahverengi, gri, mavi ve yeşil hidrojenin temelde farklı ekonomileri vardır ve bu durum hükümet desteği ve sübvansiyon programları açısından anlam taşır. Kahverengi ve gri ile başlayalım. Bunlar en ucuz seçenekler gibi görünüyor. Ancak fosil yakıt endüstrisine büyük miktarda sübvansiyon sağladığımızı da unutmayalım. IMF, küresel fosil yakıt sübvansiyonlarının 2022'de 7 trilyon dolar veya küresel GSYİH'nın yüzde 7,1'i olacağını tahmin ediyor. Mavinin üretimi her zaman kahverengi ve griden daha pahalı olacaktır ve dolayısıyla sürdürülebilir olması için sübvansiyonlara veya kalıcı bir karbon vergisine ihtiyaç duyulur. Yüksek CCS oranlarına ulaşmak özellikle pahalıdır.

Rekabet edebilmek için yeşil hidrojen endüstrisinin, özellikle de elektrolizör üretimi de dahil olmak üzere ölçek ekonomilerine ulaşmaya yardımcı olacak büyük ölçekli projeleri teşvik etmek için sübvansiyonlara ihtiyacı vardır. Ancak en önemli maliyet, çoğu ülkede yeni elektrik üretimi için halihazırda en düşük maliyetli seçenek olan yenilenebilir elektriktir. Yenilenebilir elektrik fiyatlarının daha da düşmesi bekleniyor.

Sonunda yeşil maviden daha ucuz olacak ve daha sonra kahverengi ve griden daha ucuz olacak. Mesele, bu dönüm noktasına mümkün olduğunca çabuk nasıl ulaşılacağıdır. Griyi sübvanse etmek ve maviyi desteklemek yeşili "dışlayabilir" ve bu kaçınılmaz geçişi geciktirebilir. Birçok hükümet fosil yakıt sübvansiyonlarını iki katına çıkarmak yerine yeşil hidrojen teknolojisinin yaygınlaştırılmasına öncelik veriyor.

4. Emisyonların ötesinde sürdürülebilirlik. Hidrojen renkleri, iklim etkilerinin ötesinde belirli üretim yolları için daha geniş sürdürülebilirlik hususlarına işaret etmenin de yararlı bir yoludur. Gri ve mavi hidrojen, su ve hava kirliliği ve dolayısıyla sağlık tehlikeleriyle ilişkili olan fosil gazı çıkarma ihtiyacına dayanıyor. Nükleer tesislerden elde edilen elektriği kullanan pembe hidrojenin güvenlik riskleri önemli bir husustur. Yeşil hidrojen, su kullanımının yanı sıra yenilenebilir enerji ve elektrolizör tedarik zincirleri de dâhil olmak üzere kendi meselelerini beraberinde getirmektedir.

Özetle, “renklerin önemi yok” diyen herkes, dikkatinizi temel öneme sahip bazı konulardan uzaklaştırmaya çalışıyor. Hidrojen endüstrisi, emisyon ölçümüne dayalı bir "eşit oyun alanı"ndan bahsettiğinde hem samimiyetsiz oluyor (emisyon ölçüm standartlarındaki boşluklar göz önüne alındığında) hem de gerçekten sürdürülebilir olanın önemli yönlerini göz ardı ediyor.

Yeşil hidrojenin tek çözüm olduğunu iddia etmiyoruz. Bazı durumlarda, mavi hidrojenin geçiş çözümü olarak bir rolü olabilir; mavinin bir türlü hız kesmeyen kahverengi veya gri hidrojen üretiminin doğrudan yerini aldığı ve mavi hidrojen projelerinin sıfıra yakın emisyon yoğunluklarına sahip olduğunun (yukarı akış metan emisyonlarının titizlikle ölçülmesi ve karbon yakalamanın kalıcılığı dahil) kanıtlandığı durumlarda bu geçerli olabilir. Ancak bunlar istisnadır. Mavi hidrojenin pahalı olduğunu ve yeterli ölçekte kanıtlanmadığını unutmayalım.

Yeşil hidrojenin tek çözüm olduğunu savunmuyoruz. Ancak bunlar istisnai durumlardır. Mavi hidrojenin pahalı olduğunu ve ölçek olarak kanıtlanmadığını unutmayalım.

GH2'nin kurucusu Fortescue'nun İcra Kurulu Başkanı Andrew Forrest geçtiğimiz günlerde şunları söyledi: "Sermayeyi yönlendirmek istiyorsanız... zarar veren şeyler için açık ve net caydırıcı unsurlara ve iyi şeyler için de açık ve net teşviklere sahip olmalıyız". Haklı. Hidrojen üretiminin emisyon yoğunluğunun 2030 yılına kadar sıfıra doğru yönelmesini sağlamalıyız. Ancak fosil yakıt bağımlılığını, teknoloji riskini, akıllı sübvansiyonların tasarımını da göz önünde bulundurmalı ve hidrojenin farklı renklerini anlayarak, enerji dönüşümüne ve sürdürülebilir kalkınmaya katkısını bütüncül bir şekilde değerlendirmeliyiz.

Konuyla ilgili görüşlerim

Şimdi gelelim bu konu hakkında kendi düşüncelerime. Daha önce kaleme aldığım “Avrasya Bölgesi’nde yeşil hidrojen” makalemde hidrojenin renklerine değinmiştim. Sam Bartlett’in konunun özüne değindiği bu makalesinde ise birçok konuda hemfikir olduğumu belirtmek isterim. Tabii aynı fikirde olmadığım hususlar var. Öncelikle benim açımdan da hidrojen kullanımındaki en önemli unsurun “sürdürülebilirlik” olduğunu belirtmek isterim. Kullanılacak hidrojen çeşidinin çevresel, sosyal ve ekonomik açıdan sürdürülebilir olması gerekir. Sürdürülebilirliği belirlerken tam yaşam döngüsüne bakmak gerektiği görüşüne de katılıyorum. Daha önce kaleme aldığım makalemde söylediklerimin de arkasındayım:

“Bana göre hidrojen üretiminin ya yeşil ya da beyaz hidrojenle yapılması gerekir. Beyaz hidrojen doğada kendiliğinden bulunan hidrojen çeşididir. Beyaz hidrojeni bulmak ve verimli bir şekilde çıkarmak kolay değildir ve doğada sınırlı miktardadır. Yeşil hidrojen içinse su ve yenilenebilir enerji gerekmektedir. Bu da günümüz dünyasında oldukça mümkündür. Çünkü deniz suyu, güneş ve rüzgar gibi doğal kaynaklar dünyamızın her yerinde fazlasıyla bulunmaktadır. Karbon salınımını sıfırlayabilmek için doğal gaz ve petrolün yerini alabilecek potansiyele sahip yeşil hidrojen kullanımı çok önemli bir yere sahiptir.”

Tabii zaman geçtikçe ve yeni teknolojilere vakıf oldukça bazı fikirlerinizde değişiklikler olabiliyor. Ya fikrinizi değiştirebiliyorsunuz ya da söylediklerinizin eksik bilgiye dayandığını fark edebiliyorsunuz.

Karbon yakalamanın %100’e ulaşması en önemli kriter

Bu yukarıdaki söylemimi değiştirmiyorum. Sadece doğalgazın ayrıştırılıp hidrojen ve karbon elde eden önemli bir yeni teknolojinin varlığından haberdar olduğumu ve bunun da mavi ve turkuaz hidrojen diye kodlandığını belirtmek isterim. Bu teknoloji eğer kendini ispatlarsa bence karbon salınımını sıfırlama hatta eksiye getirme anlamında çok önemli bir gelişme kaydedilir. Buradaki en önemli kriter karbon yakalamanın %100’e ulaşmasıdır. Bunu sağlayacak bir teknoloji varsa %100 destekliyorum.

Düşünsenize karbon salınımını coşturan etkenlerden biri olan doğalgazı yakıp enerji üretme modelini ayrıştırarak hidrojen üretme ve hidrojeni yakıp enerji üretme, diğer taraftan da elde edilen karbonu farklı endüstrilerin ihtiyacı için kullanma müthiş bir model. Bir taşla birkaç kuş birden vurmuş oluyorsunuz.

Dolayısıyla eğer bu teknoloji kendini ispatlamışsa (elimde ilgili raporlar henüz yok sadece belli uzmanlarla konuştum) o zaman yeşil ve beyaz hidrojene ek olarak mavi ve turkuaz hidrojende spesifik olarak bu teknolojinin de desteklenmesi gerekiyor. Çünkü bu teknoloji karbon emisyonunu sadece sıfırlamakla kalmıyor, aynı zamanda karbonu atmosferden eksiltip insanlığın kullanımına sunuyor.

Diğer taraftan farklı renklerle kodlanan hidrojen çeşitlerinin neden kesinlikle kale alınmaması gerektiğini de açıklamak isterim. Daha önce paylaştığım renk kodlarını neden desteklediğimi veya desteklemediğimi aşağıda gruplara ayırarak açıklamak isterim.

1) Karbon salınımından dolayı izin verilmemesi gerekenler: Karbon salınımını ciddi anlamda artıracak aşağıdaki hidrojen çeşitlerine kesinlikle izin verilmemesi gerekiyor. Bunlar sırasıyla:

a) Kahverengi: Kahverengi hidrojen, üretim sürecinde linyit kömürünün gazlaştırma yöntemi ile kullanılmasıyla elde edilmektedir. Fakat bu üretim sürecinde atmosfere karbondioksit salımını gerçekleştirir.
b) Siyah: Siyah hidrojen, gazlaştırma yöntemiyle bitümlü (siyah) kömürden elde edilen bir hidrojen türüdür. Bu üretim sürecinde, bitümlü kömür, gazlaştırma işlemiyle yüksek sıcaklık ve basınç altında gaz haline getirilmektedir. Ne yazık ki, bu süreç atmosfere karbondioksit salımına neden olmaktadır.
c) Gri: Gri hidrojen, doğalgazın buhar reformasyonu yöntemiyle üretilen bir hidrojen türüdür. Genellikle doğalgaz reforming veya kömür gazlaştırma gibi yöntemlerle üretilmektedir. Ne yazık ki, bu buhar reformasyonu işlemi atmosfere karbondioksit salımına neden olmaktadır.

2) Güvenlik sorunundan dolayı izin verilmemesi gerekenler: Güvenlik sorunu taşıdığı için nükleer santral vasıtasıyla üretilecek hidrojen renklerini de yasaklamak gerekmektedir. Bunlar:

a) Kırmızı: Kırmızı hidrojen, suyun katalitik olarak ayrıştırılması yöntemiyle üretilen bir hidrojen türüdür. Bu üretim sürecinde, su, yüksek sıcaklıkta katalitik olarak ayrıştırılırken gerekli olan ısı enerjisi nükleer enerjiden elde edilmektedir.
b) Pembe: Pembe hidrojen, suyun elektroliz yöntemiyle ayrıştırılması sırasında kullanılan elektrik enerjisinin nükleer kaynaktan elde edildiği bir hidrojen türüdür. Bu üretim sürecinde, elektroliz yöntemiyle su ayrıştırılırken kullanılan elektrik enerjisi, nükleer enerji kaynağından temin edilmektedir.

3) Teknolojik gelişime göre karar verilecekler:

a) Mavi: Mavi hidrojen, doğalgazın buhar reformasyonu yöntemiyle üretilen bir hidrojen türüdür. Bu üretim sürecinde, doğalgazın metan içeriği, su buharı ile reaksiyona girmekte ve hidrojen üretilirken yan ürün olarak karbondioksit oluşmaktadır. Bu süreçte ortaya çıkan karbondioksit genellikle büyük oranda yakalanmakta ve yer altında depolanmaktadır.
b) Turkuaz: Turkuaz hidrojen, doğalgazın piroliz yöntemiyle üretilen bir hidrojen türüdür. Bu üretim sürecinde, doğalgazın metan içeriği yüksek sıcaklıklarda parçalanmakta ve hidrojen üretilirken katı karbon (kömür) da ortaya çıkmaktadır. Turkuaz hidrojen, benzer şekilde mavi hidrojen gibi düşük karbonlu bir hidrojen üretim yöntemi olarak değerlendirilmektedir. Süreçte ortaya çıkan katı karbonun depolanma olasılığı, turkuaz hidrojeni diğer hidrojen türlerinden ayıran bir özelliktir.

4) Full desteklenmesi gereken hidrojen türleri:

a) Yeşil: Yeşil hidrojen, suyun elektroliz yöntemiyle ayrıştırılmasında kullanılan elektriğin tamamen yenilenebilir kaynaklardan elde edildiği bir hidrojen türüdür. Elektroliz temelli bir üretim yöntemi olan yeşil hidrojen, sadece suyun elektroliz sürecinde değil, aynı zamanda elektroliz için gereken elektriğin elde edilmesi sürecinde de karbon salımı olmaksızın üretilmektedir.

b) Sarı: Sarı hidrojen, suyun elektroliz yöntemiyle ayrıştırılmasında kullanılan elektriğin güneş enerjisi tarafından karşılandığı bir hidrojen türüdür. Bu üretim sürecinde, elektroliz tabanlı bir yöntem olan sarı hidrojen, güneş enerjisi ile sağlanan elektrik kullanılarak üretilmektedir. Elektroliz esnasında, hidrojen üretim sürecinde karbon salımı meydana gelmemektedir.

c) Beyaz: Beyaz hidrojen doğal olarak atmosferde bulunan hidrojenin varlığını belirtmektedir. Bu hidrojen miktarı oldukça düşüktür. Doğal olarak oluşan beyaz hidrojenin konsantrasyonu genellikle diğer hidrojen türlerine göre çok düşük olduğundan, enerji endüstrisinde genellikle bu hidrojen kaynağı kullanılmamaktadır.

Teknolojik gelişimin tekrar altını çizmek istiyorum. Mavi ve turkuaz hidrojenlerde teknolojik gelişim %100 karbon yakalamaya imkan verirse (ki şu anki rakamlar %85-95 bandında, hedefe oldukça yakın), o zaman her türlü desteklenmeliler. Aynı şekilde izin verilmemesi gereken hidrojen türleri karbon salımlarını sıfırlayacak şekilde yeni teknolojilerle elde edilirse o zaman bu türleri de desteklerim. Şu anki teknolojilerle bunun pek mümkün olmadığını söyleyebilirim.

Sonuç olarak hidrojenin iklim değişikliğiyle mücadelede önemli bir araç haline gelmesi için teknoloji kilit konumda. Teknolojinin bu renklerle kodlanan hidrojen çeşitlerini arzu edilen kriterleri sağlayacak hale getirmesi sonrasında bu teknolojilerin ekonomik olarak da sürdürülebilir hale getirilmesi, her türlü desteğin (teşvik vb.) verilmesi gerekir.

Gelişmeleri yakından takip ediyoruz.