Geçmişte hidrojeni farklı açılardan anlattığım birçok yazı kaleme almıştım. Bu yazımda hidrojenin farklı bir türevini, tüm dünyada talep gören, insanlık için önemli bir hammadde ve enerji kaynağını genel hatlarıyla işleyeceğim.

Yazının hemen başında amonyağın bir hidrojen türevi olduğunu hatırlatmak isterim. Elbette hidrojenin metan, metanol, etanol gibi farklı türevleri de var. Bu yazıda iki nedenle amonyak türevini seçtim: Birincisi doğru bir şekilde tasarlanıp uygulanırsa ve hammadde olarak kullanılırsa insanlık için çok faydalı gübre üretimi mümkün. İkincisi, gübre üretimiyle de farklı alanlarda sürdürülebilirlik ortaya çıkıyor.

Benim inançlarıma göre yapılanların sürdürülebilir ve ekolojik olması için amonyağın öncelikle yeşil hidrojenden üretilmesi gerekir, sonra da bu elde edilen yeşil hidrojenden amonyak üretmek mümkündür. Hidrojenden nasıl amonyak elde edilebileceğine yazının ilerleyen kısımlarında gireceğim. Ancak yeşil hidrojenle ilgili bilgisi olmayanlar için şu önemli özet bilgileri hatırlatmakta fayda var.

Bir enerji depolama ve taşıma yöntemi

1) Yeşil hidrojen, yenilenebilir enerjiden elde edilen ve ekolojik bir proses ile üretilen hidrojen anlamına gelir.

2) Hidrojeni üretmenin farklı metodolojileri var. Örneğin fosil yakıtlardan da hidrojen üretebilirsiniz. Her birinin farklı renk kodları var. Yenilenebilir enerjiden elde edilen hidrojenin renk kodu da yeşildir.

3) Yeşil hidrojen prosesine göre önce yenilenebilir enerjiden (güneş ve rüzgar enerjisi) elektrik üretirsiniz, o elektriği sudaki hidrojen ve oksijeni ayıran elektrolizörü veya deniz suyunu tuzsuzlaştırmak için kurulan tuzsuzlaştırma tesisini  (desalination plant) beslemek için kullanırsınız.

4) Hidrojene bir enerji depolama ve taşıma yöntemi olarak bakmak gerekir. Hidrojen ayrıca önemli bir hammadde ve enerji kaynağı olan amonyağın yapımında kullanılır.

Hidrojen konulu önceki yazılarım

Amonyak konusuna girmeden önce hidrojenle ilgili daha fazla bilgi elde etmek isteyen okuyucularım aşağıda daha önce kaleme aldığım yazıları okuyabilirler. Kronolojik sıraya göre paylaşıyorum:

İklim değişikliğine karşı gizli kahraman: Yeşil Hidrojen (05.09.2021):
https://www.serhansuzer.com/tr/iklim-degisikligine-karsi-gizli-kahraman-yesil-hidrojen

Avrasya bölgesinde yeşil hidrojen (31.05.2022):
https://www.serhansuzer.com/tr/avrasya-bolgesinde-yesil-hidrojen

Türkiye’de yeşil hidrojen (05.12.2022):
https://www.serhansuzer.com/tr/turkiyede-yesil-hidrojen

Ulusal güvenliğimiz için hidrojen ekonomisi (10.05.2023):
https://www.serhansuzer.com/tr/ulusal-guvenligimiz-icin-hidrojen-ekonomisi

Enerjide her derde deva hidrojene standart getirilmesi (30.08.2023)
https://www.serhansuzer.com/tr/enerjide-her-derde-deva-hidrojene-standart-getirilmesi

Hidrojen üretimde renklerin önemi (17.03.2024):
https://www.serhansuzer.com/tr/hidrojen-uretiminde-renklerin-onemi

Şimdi gelelim konunun bazı detaylarına. Öncelikle amonyak hidrojenden nasıl elde edilir? Aşağıdaki resimdeki şemadan bunu basit bir şekilde görebilirsiniz:

Haber-Bosch işlemi

Burada elektrolizörle hidrojen ürettikten sonra sürecin durumuna göre hidrojen ya direkt amonyak yapımı için kullanılıyor ya da gerekirse de önce depolanıp sonrasında ihtiyaç duyulunca amonyak yapımı için senteze veriliyor.

Amonyak sentezinde, bir diğer adıyla Haber-Bosch işleminde hidrojene azot ekleyerek amonyak elde edildiğini görebilirsiniz. Tam formülü yukarıdaki resimde de yer alıyor. Önemli olduğu için tekrar paylaşayım:

N2 (Azot veya Nitrojen) + 3H2 (Hidrojen) = 2NH3 (Amonyak)

Amonyak elde edildikten sonra sürecin bir sonraki aşamasında hava ayrıştırma ünitesinde zehirli gazlarla amonyak ayrıştırılır ve en sonunda amonyak depolanır. Daha önce hidrojen üretiminde elektrolizör ve tuzsuzlaştırma tesisi için elektrik kullanıldığını yazmıştım. Aynı şekilde amonyak üretiminde de Haber-Bosch reaktörü için elektrik gerekiyor. Buradaki önemli mesele şu: Elektriğin tüm bu tesislere kesintisiz sağlanıyor olması gerek.

Enerji dalgalanmasına karşı 3 yöntem

Yenilenebilir enerjideki dalgalanmayı düzenlemek ve kesintisiz elektrik sağlamak bu süreçte çok kritik. Bunun için akla ilk gelen 3 yöntem:

1) Güneş (GES) ve rüzgar enerjisi sistemlerini (RES) hibrit bir şekilde eş zamanlı kullanabilir (birbirlerini gündüz ve gecede veya farklı mevsimlerde dengeleyebilirler),

2) Belli bir hidrojen ve amonyak üretim kapasitesini garanti altına almak için fazla GES veya RES kurulu kapasite yatırımı yapılabilir,

3) Batarya sistemi veya farklı elektrik depolama sistemlerinin kullanılması mümkündür.

Bu arada bazı elektrolizörlerin yenilenebilir enerjiden kaynaklanan dalgaları kompanse eden ve verim elde eden bir yapıda olduklarını hatırlatmakta fayda var. Özellikle PEM tipi elektrolizörler dalgalı elektrik tedarikiyle rahatlıkla çalışır ve iyi bir performans verir. Bir de hidrojenin de amonyak üretimi için depolanabileceğini tekrar not düşelim.

Şimdi amonyak üretiminin sürecini daha detaylı ele alalım:


 

İş modeli önemli

Amonyak üretildikten ve depolandıktan sonra iş modeliyle ilgili bazı soruları cevaplayabilmek gerekiyor. Buna göre üretilen amonyak:

1) Direkt satılacak mı, yoksa başka bir üretimin hammaddesi olarak mı kullanılacak?

2) Merkezi sistemler için mi dağıtık sistemler için mi kullanılacak?

3) Amonyağı satın alan müşteri üretim ve depolama tesisinden kendisi mi alacak yoksa üreticinin başka bir destinasyona nakletmesi mi beklenecek?

4) Amonyak tedariki sürekli mi olacak belli aralıklarla mı (düzenli veya düzensiz) gerçekleşecek?

5) Amonyak ihraç edilecekse geminin büyüklüğü veya limanın bulunduğu denizin derinliği ne olacak?

Gübrenin kritik rolü

Yukarıda belirttiğim 1. maddeyi önemli olduğu için biraz daha açmak isterim. Amonyak üretildikten sonra 2 seçeneğimiz var:

1) Enerji Kaynağı: Amonyak enerji kaynağı olarak kullanılabilir. Örneğin amonyak popüler bir gemi yakıtıdır. Diğer yakıtlara göre nispeten düşük karbon salınımı sağlar. Bu yüzden üretilmiş ve depolanmış amonyak direkt yakıt olarak kullanılmak üzere satılabilir. Bu model çok popüler olmasına karşın şahsen benim hoşuma gitmiyor. Çünkü amonyak enerji üretmek için yakıldığında, diğer yakıtlara göre daha düşük de olsa belli bir karbon açığa çıkıyor.

2) Gübre Üretimi: Amonyaktan gübre üretimi mümkün. Bu yazımda bunun detaylarına girmeyeceğim ama gübrenin hammaddesi amonyaktır. Gübrenin de tarım sektörü için ne denli kritik bir girdi olduğunun altını çizmeme gerek yok. Gübrenin önemini sizlere anlatabilmek için bu konunun adeta bir milli güvenlik meselesi olduğunu söyleyebilirim. Bir ülke kendi gübresini üretemezse toprağını doğru besleyemez ve doğru düzgün tarım yapamaz. Doğru düzgün tarım yapamayan ülkenin insanları ya aç kalırlar ya da sürekli dışa bağımlı olurlar. Bilmem anlatabildim mi?

Riskler

Riskleri ikiye ayırabiliriz.

1) Finansal riskler: Özellikle erken safhada yatırımcılar amonyak üretimi için teşviklere ihtiyaç duyuyorlar. Amonyak ve gübre üretiminde bir çok farklı proses olduğu için maliyetleri kontrol etmek hiç de kolay değil. Burada üç rakamı sıkı sıkıya takip etmek gerekiyor:

a) LCOE: Levelized Cost of Electricity (Seviyelendirilmiş Elektrik Maliyeti)
b) LCOH: Levelized Cost of Hydrogen (Seviyelendirilmiş Hidrojen Maliyeti)
c) LCOA: Levelized Cost of Ammonia (Seviyelendirilmiş Amonyak Maliyeti)

Bunların formüllerini verip sizlerin kafasını daha fazla karıştırmayacağım. Sadece basit bir tabirle “Levelized Cost of” (Seviyelendirilmiş Maliyet) tabirinin hem gider hem de gelirin sentezi olduğunu ve bu kriterin özellikle projenin verimliliğini ölçtüğünü söyleyebilirim.

2) Sosyal ve Çevresel Riskler: Burada yüksek, akut ve çok yüksek toksisiteye (toksiklik) dikkat etmek gerekiyor. Çok yüksek toksisite, Allah korusun deniz kenarında bulunan tesisten denize sızıntı olması durumunda ortaya çıkar. Burada tesis kurulmadan önce yapılan planlar ve tesis kurulurken yürütülen icraat çok kritiktir. Dünyada sayıları az da olsa gerçekten işin ehli ekipler bu tesisleri kurmalıdır. Yatırım maliyetlerini kısacağım diye kesinlikle kaliteden ödün verilmemesi gerekir. Aksi takdirde sonuçlar belki de yatırımcının düzeltemeyeceği boyutlara ulaşabilir, insan hayatına risk oluşturabilir.

Umarım bu yazı ilgilenenler için faydalı olmuştur. Gelecekte güzel ülkemizde yeşil hidrojenden amonyak üretilmesini ve hatta elde edilen bu amonyakla üretilen gübre fabrikalarının faaliyete geçmesini temenni ediyorum.


Not: Bu yazıyı hazırlarken GIZ (Deutsche Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit: Alman Uluslararası İşbirliği Derneği) kuruluşunun geçen sene hidrojenle ilgili verdiği eğitimden ve bize sağladıkları eğitim materyallerinden faydalandım. Tüm eğitim ve bizlere vermiş oldukları katkılardan dolayı GIZ ve bağlı bulunduğu tüm kurum ve kuruluşlara teşekkür ederim.