Hidrojen Üretim Yöntemleri
Hidrojen birincil enerji kaynaklarından yararlanılarak üretilebilen yapay bir yakıttır. Hidrojen üretiminde tüm enerji kaynaklarından faydalanılabilir. Kullanılan hammaddeler ise su, fosil yakıtlar ve biomas materyallerdir. Yakıt hidrojenin temelde sudan, yenilenebilir enerji kaynaklarıyla üretilmesi en ideal yöntemdir. Hidrojen üretim yöntemlerinin başında suyun direkt elektrolizi gelir. Elektroliz için elektrik gereksinimi fosil yakıtlardan, hidroelektrik, nükleer, jeotermal, güneş, rüzgar ve deniz dalga enerjilerinden sağlanabilir. Hidrojen, suyun ısıl parçalanması (termal krakingi) ile de elde edilir. Bir diğer hidrojen üretim yöntemi ise doğal gazın ve gaz hidrokarbonların buhar reformasyonudur. Hidrojen üretimi için ayrıca kömür gazifikasyon yolu da bulunmaktadır. Gazifikasyon işlemi kolaylıkla kükürtün elimine edilmesine olanak tanıdığından tercih sebebidir. Ortalama olarak 6 kg kömürden 3.785L. benzine eşdeğer 1 kg hidrojen elde edilir. Kömür dünyanın en zengin fosil yakıtıdır. Katı ve kanalizasyon atıkları da hidrojen üretimi için hammadde olup, gazifikasyon işlemine tâbi olarak, sentez gazının hava veya oksijenle reformasyonundan hidrojen üretmektedir. Termokimyasal çevrimlerle sudan, fotokimyasal işlemle veya enzim su karışımından hidrojen üretilebilir. Hidrojen üretimi için sıralanan teknikler dışında; foto elektrokimyasal, biyolojik ve biyokimyasal gibi başka yöntemler vardır. Biyolojik üretimde, mikro algeler ve cyanobacterialar ile biofotoreaktörlerden fotobiyolojik yöntemlerle hidrojen elde edilmektedir. Ayrıca, denizlerde direkt güneş enerjisi çevrimi ile hidrojen üretimi, uzay güneş güç istasyonlarının enerjisiyle hidrojen üretimi gibi yöntemler üzerinde çalışılmaktadır.
1. Termokimyasal Yöntemler
Çağımız sanayisinde kullanılan hidrojen büyük miktarlarda, doğal gaz, petrol türevleri veya kömür gibi fosil yakıtlardan elde edilmektedir. En çok kullanılan metotlar, doğal gazın katalitik buhar ıslahı, petrolün kısmi oksidasyonu, buhar demir işlemi ve kömür gazlaştırılmasıdır. Bunlardan başka, temel amacı hidrojen üretimi olmakla birlikte başka sanayi maddelerinin üretimi sırasında, yan ürün olarak hidrojen elde edilebilmektedir. Bunlar arasında, klor-alkaliden karşıt klor üretimi, ham petrolün rafineri işleminde hafif gazların üretimi, kok fırınlarında kömürden kok üretimi ve margarin sanayinde kimyasal hidrojenerasyon işlemleri sayılabilir.
2.Elektroliz
Hidrojen üretiminde kullanılan en ideal yol elektrolizdir. Gelişmiş Elektroliz cihazlarında %95 randımana ulaşılmıştır. Bu durumda elektrot tasarımı ve ekipman geliştirmeleriyle maliyeti azaltma ve kullanım ömrünü arttırmayla geliştirme çalışmaları sürmektedir. Elektroliz; su gücü, rüzgâr, dalga, akıntı, Gelgit ve okyanus ısısından üretilen enerjiyle de elde edilebilir.
Suyun doğru akım kullanılarak hidrojen ve oksijene ayrılması işlemine “Elektroliz” adı verilir. Hidrojen üretimi için basit bir yöntemdir. Prensip olarak, elektroliz hücresi içinde, genelde düzlem bir metal veya karbon plakalar olan, iki elektrot ve bunların içine daldırıldığı, elektrolit olarak adlandırılan iletken bir sıvı bulunur. Doğru akım kaynağı bu elektrotlara bağlandığında akım iletken sıvı içinde, pozitif elektrottan negatif elektroda doğru akacaktır. Bunun sonucu olarak da elektrolit içindeki su, katottan çıkan hidrojen ve anottan çıkan oksijene ayrışacaktır. Fakat yalnız suyun ayrışmasına karşılık, su iyi bir iletken olmadığı için elektrolitin içine iletkenliği artırıcı olarak genelde potasyum hidrooksit (KOH) ve türevleri eklenir. Suyun elektrolizi için, normal basınç ve sıcaklıkta, ideal olarak 1,23 volt yeterlidir. Tepkimenin yavaş olması ve başka nedenlerle, elektroliz işleminde daha yüksek gerilimlerde kullanılır. Hidrojen üretim hızı, akım şiddeti ile orantılı olduğundan yüksek akım yoğunluklarını yeğlenmektedir. Bundan dolayı pratikte suyun ayrıştırılması için hücre başına uygulanan gerilim genelde 2 volt dolayındadır. Kuramsal olarak, her metreküp hidrojen için 2.8 kW/saat elektrik enerjisi yeterli olmakla birlikte, yukarıda özetlenen sebeplerle pratikte kullanılan elektrik enerjisi miktarı bir metreküp hidrojen üretimi için 3.9-4.6 kW/saat arasında değişmektedir. Buna göre elektroliz işleminin verimi %70 dolayında olmaktadır. Ancak, son yıllarda bu alanda yapılan çalışmalar ve gelişen teknoloji sayesinde %95 verim elde edilmiştir. Pratikte kullanılan elektroliz hücrelerinde, nikel kaplı çelik elektrotlar kullanılmaktadır
3. Güneş-Hidrojen Sistemleri
Birincil enerji kaynağı olarak güneş enerjisi kullanarak hidrojen elde etmenin birçok yolu bulunmaktadır. En iyi yöntem en düşük maliyet kullanılarak hidrojen açığa çıkaran metottur. Hidrojenin güneş enerjisi sayesinde üretilmesi hem çevre yönünden hem de ekonomik yönden büyük bir avantaj sağlamaktadır. Fosil yakıtların ilerleyen yılarda tükeneceği gerçeği de göz önüne alındığında, son yıllarda çalışmalar güneş-hidrojen sistemi üzerinde yoğunlaşmıştır. Güneş-Hidrojen sistemi son derece temiz, çevre dostu ve güvenilir bir enerji etme yoludur.
