Hidrojeni 1520’de ilk defa Paracelsus kullandı, element
olarak keşfi ise 1766 yılında İngiliz fizikçi Henry Cavendish tarafından
gerçekleştirildi. Antoine-Laurent de Lavoisier, bu elemente 1781 de, havada
yandığı zaman su meydana geldiğinden Yunanca su anlamına gelen ‘hidro’ ile
oluşum anlamındaki ‘genes’ terimlerinin birleştirilmesiyle ‘hidrojen’ adını
verdi ve ilk hidrojen gazı 1782 de Jacques Charles tarafından üretildi.
Hidrojen, geçmişten yakın zamana kadar endüstriyel bir
kimyasal madde olarak kullanılmıştır; en yaygın kullanım alanı rafinerilerde
hampetrolün işlenmesi prosesleridir. Hidrojenin bir kimyasal madde olmasının
dışında, bir enerji kaynağı olarak kullanılabildiği teknolojilerin geliştirilmesi
çağımızın önemli buluşlarındandır; 19. Yüzyılda Jules Verne de, bilim
adamlarımız günümüzde gerçekleştirdiği bu gelişimi öngörerek, gelecekte
hidrojenden bir enerji kaynağı olarak yararlanılabileceğini söylemiştir.
1. Özellikleri
Hidrojen periyodik sistemin ilk elementidir; H sembolüyle
gösterilen hidrojen atomu +1 değerli bir çekirdek ve 1 elektrondan oluşur, atom
ağırlığı 1.008’dir; buna protyum denir. İki hidrojen izotopu daha vardır;
bunlar az miktarda bulunan deuteryum (bir proton ve bir nötron) ve doğal olarak
bulunmayan yapay olarak üretilen radyoaktif trityumdur (bir proton ve iki
nötron).
Hidrojen molekülü, bir elektronu olan pozitif yüklü iki
hidrojen atomundan oluşur; normal şartlar altında renksiz, kokusuz, toksik
olmayan, havadan ve helyumdan daha hafif ve gaz halindedir, –253 0C’nin
altında (20.3 K) sıvı (deuteryum) ve 11 K derecede katı (trityum) haldedir
(Tablo-1).
Boron (NaBH4) bileşikleri metal hidratlar
arasında en güvenli hidrojen kaynakları ve depolarıdır; suda %50’den fazla
konsantrasyonlardaki çözeltisine “sodyum borohidrür” denir, yakıt olarak
kullanılır ve bu konsantrasyonlarda alevlenmez. Borohidrür toksik değildir,
yandığı zaman çevreye zarar vermeyen normal boraksa dönüşür. Türkiye Dünyadaki
en büyük boron üreticisidir (Tablo-2); önemli boron mineralleri tinkal,
kolemanit ve uleksittir.
Tablo-1:
Hidrojenin Fiziksel Özellikleri
Tablo-2 : Dünya
Boron Rezervleri (Milyon Ton)
Boron mineralleri için en önemli endüstriyel kriter
mineralin içerdiği B2O3 miktarıdır; Türkiye’deki
mineraller bu yönden çok zengindir.
Diğer bir hidrojen kaynağı hidrojen sülfürdür; Karatenizin
60 m derinliğinden sonra 2.5-3.0 milyon ton kadar H2S içerdiği
biliniyor. Bu büyük potansiyel hidrojen yakıtı kaynağı olarak
değerlendirilebilir.
2. Üretim
Doğal halde gaz hidrojen oldukça az miktarlardadır;
atmosferde, yükseklikle değişen oranlarda, 150000-20000 kısımda sadece 1 kısım
bulunur. Doğal hidrojen volkanlardan, kömür yataklarından, petrol kuyularından
meydana gelir.
Hidrojen evrenin en temel maddesidir, güneş ve yıldızlarda
bulunan ana bileşiktir. Yeryüzündeki hidrojenin genellikle tamamı diğer
elementlerle bileşik halindedir. Su molekülü iki atom hidrojenin bir atom
oksijenle olan bileşiğidir; dolayısıyla tüm okyanuslar çok büyük hidrojen
depolarıdır. Ayrıca, bitkiler, hayvanlar ve fosil maddelerini de kapsayan tüm
organik maddelerin önemli bir parçası hidrojendir. Volkanik gazların bulunduğu
yerlerde hidrojen serbest halde, yani H2 halindedir; fakat çok hafif
olduğundan hemen dağılır, kazanılamaz. Hidrojen, ayrıca alkali metallerle
kimyasal olarak birleşmiş halde bulunur (NaBH4 gibi).
Şekil-1: Hidrojen üretim kaynakları ve prosesler
Hidrojen üretiminde kullanılan çeşitli kaynaklar ve
teknolojiler vardır; doğal gaz, kömür, benzin, metanol veya biyokütleden
ısıyla; bakteriler ve alglerden fotosentezle; elektrik veya güneş ışığıyla suyu
parçalayarak hidrojen üretilebilir.
Bugün hidrojen üretiminin çoğu fosil hammaddelerden yapılır.
Dünya hidrojen üretiminin %48 i doğal gazdan ( %90 dan fazlası metandır), %30 u
rafineri ürünlerinden, %18 i kömürden ve kalan %4 ü de suyun elektroliziyle
elde edilmektedir (Şekil-1). Bunların dışında geliştirilmiş ve geliştirilmekte
olan yeni hidrojen üretim prosesleri vardır.
Hidrojen üretim metotları hammaddeye, elde edilmek istenen
hidrojen miktarına ve saflık derecesine göre değişir. Yeni geliştirilmekte olan
yöntemler de dikkate alındığında hidrojen üretim teknolojileri üç grup altında
toplanabilir:
·
Fosil Hammaddelerden: Kömürün Gazlaştırılması,
Buhar Reformingi, Ototermal Reforming, Termal Disosiyasyon.
·
Yenilenebilir Enerji Kaynaklarından: Suyun
Elektrolizi, Fotoelektroliz, Suyun Termal Parçalanması, Biyokütle Gazlaşması
·
Atık Gaz Akımlarından Hidrojen Kazanma:
Rafineriler (buhar veya metanol reforming fabrikaları proses gazı gibi) ve
kimyasal madde fabrikaları (amonyak veya metanol sentezi gibi) gibi
işletmelerde hidrojence zengin atık gazlardaki hidrojeni arıtma.
1. Fosil Hammaddelerden
Çok basitleşmiş olarak tanımlandığında bu gruptaki
proseslerde hidrokarbonlar, buhar ve bazı hallerde hava veya oksijen ısıtılır,
sonra bir reaktörde birleştirilir. Hidrojen hem sudan ve hem de hidrokarbondan
kazanılır; su molekülü ve hammadde parçalanarak H2, CO ve CO2 oluşur.
Diğer bir metot hidrokarbonların, buhar veya hava olmaksızın
ısıtılarak hidrojen ve karbona parçalanmasıdır. Aşağıda fosil hammaddelerden
hidrojen üretimi proseslerine kısaca değinilmiştir.
a. Kömürün Gazlaştırılması
Hidrojenin kömürün gazlaştırılmasıyla elde edilmesi en eski üretim metodudur. Eski gaz fabrikalarında üretilen bu gaz %60 hidrojen ve büyük miktarlarda CO içerir. Hidrojen üretiminin %18 i bu prosesle elde edilir. Proseste kömür 900 0C ye ısıtılır, gaz hale dönüşür, sonra buharla ve oksijenle karıştırılır ve genellikle nikel bazlı (veya 1130 K ve FeO-CrO2-ThO2) bir katalizörden geçirilir.
2C + O2 + H2O
® H2 + CO2.+
CO
Yöntem, yüksek sıcaklıklar gerekmesi ve kirlilikler
yaratması nedenlerinden fazla tercih edilmez. Kömürün gazlaştırılmasında daha
kompleks bazı prosesler de vardır, ancak temel işlem yüksek sıcaklıklarda
kömürün buhar ve oksijenle reaksiyona sokularak H2, CO ve CO2 elde
edilmesidir.
b. Buhar Reforming
Hidrojen üretiminde kullanılan en popüler metot buhar
reforming prosesidir. Prosesin temeli buharla hidrokarbonların bir katalizör
varlığında (örneğin, nikel-bazlı) 750-1000 0C reaksiyona sokularak
hidrojen ve karbon oksitlerin elde edilmesidir. Reaksiyon endotermik olduğundan
dışarıdan ısı verilmesi gerekir.
Reform edilmiş gaz akımı fazla miktarda karbon monoksit
içerir. Bu nedenle reformerden çıkan akım CO-şift prosesinden geçirilerek
karışımdaki karbon monoksit hidrojen ve karbon dioksite dönüştürülür,
dolayısıyla hidrojen verimi artırılır. Şift reaksiyonu, CO ve buhar arasındaki
reaksiyonun tam olması için yüksek sıcaklık (300-500ºC) ve düşük sıcaklıkta
(200ºC) yapılan iki kademeli bir prosestir; her kademede farklı katalizörler
kullanılır (Şekil-2).
Şekil-2: Karbon monoksit şift prosesi akım şeması
CO + H2O ® H2 + CO2
Reaksiyonlarda açığa çıkan karbon dioksiti uzaklaştırmak
için geliştirilmiş (ve geliştirilmekte olan) çeşitli prosesler vardır; bunlar
arasında absorbsiyon, adsorbsiyon, membran separasyon metotları sayılabilir.
Buhar reforming prosesleri ile hidrojen üretiminde çeşitli
hammaddeler kullanıllabilir; bunlar, doğal gaz (metan), metanol, LPG buhar,
benzin buhar reforming, etanol, Fischer Tropsch (FT) reaksiyonlarından elde
edilen distilatlardır.
Doğal Gaz (Metan) Buhar Reforming: Su buharıyla
yapılan endotermik ve çok uygulanan bir reforming prosesidir, Ancak reaksiyonun
endotermik olması dışarıdan ısı verilmesini gerektirdiğinden oldukça
komplekstir.
Doğal gazın buhar reformingi ile hidrojen üretimi Dünya
üretiminin %50’sini oluşturur; metanın ağırlıkça %25’i hidrojendir, reaksiyon
3-25 bar basınçtaki katalizörlü (Co-Ni) reaktördeki metana 700-1000 0C
sıcaklıktaki buhar verilerek yapılır.
Metan reforming reaksiyonu:
CH4 (g) + H2O
® 3H2 + CO - 206 kJ/mol
Şift reaksiyonu
CO + H2O ® H2 + CO2.
Bu yöntemde açığa çıkan CO miktarı 2000 ppm den büyüktür; bu
değer biryüksek sıcaklık şift konverterde CO <1000 ppm seviyesine düşürülür
(Şekil-3). Buradan çıkan akım PSA (Pressure Swing Adsorption) saflaştırma
ünitesine verilerek kalan karbon monoksit (<10 ppm düşürülür.), karbon
dioksit, metan, nitrojen, v.s., uzaklaştırılır ve ~%99.9995 saflıkta hidrojen
elde edilir.
Şekil-3: Metan buhar reforming prosesi akım şeması.
LPG Buhar Reforming: Sıvı petrol gazlarının buhar
reformingi doğal gazın (metan) reformingi ile hemen hemen aynıdır.
LPG Buhar Reforming
C3H8 + 3H2O
® 3CO + 7H2
3CO + 3H2O ® 3CO2
+ 3H2
Toplam reaksiyon
C3H8 +6H2O
® 3CO2 + 10H2
LPG ~ 380 0C ye ısıtılır, kobalt molibden
katalizör ve çinko oksit yataktan geçirilerek kükürtten arındırılır. Buradan
çıkan gaz akımı buharla karıştırılıp 480 0C de ön-ısıtma yapıldıktan
sonra nikel katalizörlü bir reformerde verilir ve karbon monoksit ile hidrojene
dönüştürülür (1). Reaktörden çıktıktan sonra (800 0C) ~350 0C
ye soğutulur, demir katalizörlü ikinci bir reaktöre gönderilir, CO ve buhar,
hidrojen ve CO2 e dönüştürülür (2). Kalan CO ve diğer safsızlıklar
bir saflaştırma ünitesinden (PSA) geçirilir ve %99.9995 saflıkta H2
elde edilir.
Metanol Buhar Reforming: Bu reaksiyon endotermiktir
ve dışarıdan ısı verilmesini gerektirir.
CH3OH (buhar) + H2O
(buhar) ® 3H2 + CO2 -
49 kJ/mol,
CH3OH (buhar) ® 2H2 + CO - 95 kJ/mol (+su ile)
Metanolün hidrojen ve karbon dioksite parçalanması
reaksiyonu prosesinin ilk kademesinde buhar kullanılmaz. Buhar veya su, sadece
suyun karbon monoksitle hidrojene parçalanmasında kullanılır. Reaksiyon 300 0C
gibi oldukça düşük sıcaklıklarda yapılır; düşük sıcaklık metanole, doğal gaza
göre avantaj sağlar. Doğal gaz buhar reformingde hidrojen verimi 67-70 arasında
iken, bu proseste %80 dolayındadır.
Proses aşağıdaki kademelerden oluşur: Metanol ve
demineralize suyun karıştırılması, karışımın ısıtılması ve buharlaştırılması,
metanolün parçalanması ve şift konversiyonu; toplam reaksiyon endotermiktir ve
ilave ısı gerekir. Proses gazı soğutulup kondensat ayrılır. Son aşama
saflaştırmadır.
Benzin Reforming: Benzin reformu yakıt pilleriyle
çalışan araçlar için çok önemlidir. Benzin, araç dolum istasyonlarında da
reform edilebilir ve elde edilen hidrojen sıkıştırılarak araç depolarına
verilir. Benzin reformerler henüz ticari boyutlarda değildir, fakat bazı
hidrojen üretici sistemler yapan firmalar nafta reformerler yapmaktadırlar.
Nafta ve LPG reformerler birbirine benzer, aynı
katalizörlerle ve aynı sıcaklıklarda çalışırlar. Benzin de aynı koşullarda
reform edilebilir; oktan molekülünün benzini temsil ettiği varsayıldığında,
reaksiyonlar soldaki gibidir.
Benzin reforming
C8H18 +8H2O
® 8CO + 17H2
8CO + 8H2O ® 8CO2
+ 8H2
Toplam reaksiyon
C8H18 +16H2O
® 8CO2 + 25H2
Etanol Buhar Reforming: Ticari amaçlı hidrojen
üretiminde etanolün buhar reformingi uygulanmaz. Bazı araştırma programlarında
çok-yakıtlı reformerler ve ~15 kW lık yakıt pili sistemleri üzerinde
çalışılmaktadır.
Etanol, metan veya LPG den daha düşük, fakat metanolden daha
yüksek sıcaklıklarda reform edilir. Reaksiyonları aşağıdaki gibi özetlenebilir.
C2H5OH ® C2H4
+ H2O
C2H4 + H2
® C2H5
C2H5 + ‘H2O
® 2CO + 5H2
Toplam reaksiyon:
C2H5OH +
4H2O ® 2CO2 + 6H2
Fischer Tropsch (FT) Distilat Reformingi: Distilatlar ve ağır fuel oiller, petrol
rafineleri ve benzeri tesislerde başarıyla kullanılan hammaddelerdir. Dünya
hidrojen üretiminin yaklaşık %30’u petrol hammaddelerden sağlanır.
Fischer Tropsch distilatlar sülfürsüz ve kaynama aralıkları
dar karışımlar olduğundan buhar reforming için cazip hammaddelerdir (Bak.
6.1.1. Fischer Tropsch Sentezleri).
c. Ototermal Reforming (ATR)
Ototermal reforming kısmi oksidasyon ve buhar reformingin
birleştirilmiş halidir. Kısmi oksidasyon, hidrokarbonların gerekenden az
oksijenli ortamda yakılmasıdır. Ototermal terimi, endotermik buhar reformingi
ile ekzotermik kısmi oksidasyon reaksiyonları arasındaki ısı alış verişini
tanımlar. Hidrokarbonlar bir “termo reaktörde” katalizör ve oksijen+buharla
reaksiyona sokulur.
Ototermal reforming prosesleri, birleştirilmiş tek bir
ototermik reaktörde veya gaz-ısıtmalı-ototermik reaktörler kombinasyonunda
yapılabilir. Proses, yanma (~2200 K) ve reforming (1200-1400 K) bölgelerinde
gerçekleşir.
Yanma bölgesi:
CH4 + O2 ® CO + 2H2 CH4 + 2O2 ® CO2 + 2H2O
Reforming bölgesi:
CH4 + 2H2O
® CO + 3H2 CH4 + CO2 ® 2CO + 2H2
Isıyla tamamlanan reformerlerde ototermal reformerden alınan
sıcak gaz steam reformingde kullanılır.
Şekil-4’de ototermal reforming akım şeması, Şekil-5’de bir
ototermik reaktör ile birleştirilmiş bir ototermik reaktör sistemleri
görülmektedir.
Şekil-4: Ototermal reforming akım şeması
Şekil-5: Bir ototermik reaktör ve birleştirilmiş
ototermik reaktör
sistemleri
d. Termal Disosiyasyon
Hidrokarbon bileşikleri oksijensiz ortamda ve çok yüksek
sıcaklıklarda ısıtılarak parçalanır, hidrojen ve karbon elde edilir. Bu tip
proseslerin en avantajlı tarafı sera gazları emisyonunun olmamasıdır.
Hidrokarbon metan ise reaksiyon aşağıdaki şekilde gerçekleşir.
CH4 ® C + 2H2
1 mol metan ® 2 mol hidrojen
Bu amaçla geliştirilmiş bir teknoloji plazma reformerlerdir;
bunlar ~2000 0C da çalışır, avantajı, ağır yağ fraksiyonları da
dahil her tür hidrokarbonun reform edilebilmesi ve organik maddelerin hava ve
oksijensiz ortamda parçalanarak termal disosiyasyonla, karbon dioksit meydana
gelmeden hidrojen ve is şeklinde karbon elde edilmesidir.
2. Yenilenir
Enerji Kaynaklarından
Yeryüzünün %70’den fazla kısmı suyla kaplıdır ve suyun %11.2
si hidrojendir; dolayısıyla su çok bol bulunan bir hidrojen üretim kaynağıdır.
Hidrojenin yakıt olarak kullanılmasının avantajı havadaki oksijenle birleşerek
yandığında su meydana gelmesidir. Bunun anlamı hidrojenin tamamen “yenilenir”
olmasıdır, yani sudan hidrojen alırken yanma sonucunda tekrar su meydana
gelerek “kiralanmış” su iade edilmektedir. Örnek olarak Şekil-6‘de güneş
enerjisinden hidrojen üretim çevrimi görülmektedir.
Sistemdeki çevrimi: Güneş enerjisi fotovoltaik piller
yoluyla elektrik enerjisine dönüştürülür, elektrik enerjisi suyu oksijen ve
hidrojene ayırmada kullanılır, oksijen atmosfere verilirken hidrojen depolanır,
taşınır ve dağıtıma verilir. Son olarak hidrojen ve oksijenin birleşmesiyle
açığa çıkan enerji iş ve ısı için harcanır; bu sırada oluşan su (veya buhar)
atmosfere verilir ve çevrim tamamlanır.
a. Suyun Elektrolizi
Suyun %11.2 si hidrojendir, Dünya hidrojen üretiminin %20
sini oluşturan bu yöntemle en saf hidrojen elde edilir. 1950’lerde çok
kullanılan bu hidrojen üretim yöntemi artık çok az uygulanmaktadır.
Suyun elektrolizi
H2O ® H2 + (1/2) O2
Suyun elektrolizinde, bir yakıt hücresindeki reaksiyonların
tersi reaksiyonlar gerçekleşir. Elektrolizler genellikle kullanılan elektrolite
göre sınıflandırılır.
Çok bilinen ve yaygın olarak kullanılan bir elektroliz
sistemi %25’lik potasyum hidroksit çözeltisi olan alkali elektrolizerlerdir.
Diğer bir elektrolizer polimer membran elektrolitlerin (PEM)
kullanıldığı sistemlerdir. Alkali elektrolizerlere göre çok yeni bir teknoloji
ve veriminin daha düşük olmasına karşın rağmen PEM cihazları özellikle değişken
üretimlerin yapıldığı küçük fabrikalarda kullanılmaya başlanmıştır. Büyük
işletmeler alkali sistemleri tercih etmektedirler. PEM yakıt pillerinin ters
çalıştırılmasıyla hidrojen elde edilirse de, elektrik üretim ve hidrojen üretim
koşulları oldukça farklıdır.
Üçüncü bir tip elektroliz cihazı buhar elektrolizerleridir;
bunlarda seramik iyon-iletici bir elektrolit kullanılır, verimi çok yüksektir
fakat ekonomik değildir.
b. Fotoelektroliz
Güneş ışığından önce elektrik, sonra da bu elektriği
kullanarak sudan hidrojen ve oksijen elde edilmesi işlemleri tek bir proseste
birleştirilmiştir. Bu amaçla geliştirilen sistemlerde fotovoltaik piller bir
katalizörle birleştirilerek elektroliz cihazı gibi çalışmaları sağlanır.
Silikon bazlı pillerle yapılan çalışmalarda normal güneş ışığından ~%8 kadar
verim alınmıştır; verimin ve pillerin ömrünü uzatmak için çalışmalar devam
etmektedir.
c. Suyun Termal Dekompozisyonu
Merkezi bir kolektörle sağlanan bir termal güneş gücü
fabrikasında sıcaklık 3000 ºC ye kadar çıkar. Oysa su 2000 0C nin
üstünde ısıtıldığında hidrojen ve oksijene parçalanır, dolayısıyla doğruda
güneş enerjisiyle suyu parçalamak çok ekonomik bir prosestir. Bu konuda,
disosiyasyonun daha düşük sıcaklıklarda olması amacıyla çeşitli katalizörler
üzerinde araştırmalar yapılmaktadır.
d. Biyokütle Gazlaştırma (Piroliz)
Ormanlardaki ağaç atıkları, samanlar, yerleşim yerleri katı
atıkları, v.s. gibi biyokütlenin termal gazlaştırılmasıyla da hidrojen elde
edilebilir. Biyokütledeki hidrojen yaklaşık Ağırlıkça %6-6.5 kadardır (doğal
gazda ~%25).
Biyokütle gazlaştırma:
CxHy + x/2
O2 ® xCO + y/2 H2
CO + H2O ® CO2 + H2
Biyokütleden hidrojen üretimi fosil yakıtlarından hidrojen
üretimine benzer. Önce gazlaştırma yapılır; gaz temel olarak H2, CO
ve CH4 dan oluşur. Metan
buharla reform edilerek hidrojen ve karbon monoksite, karbon monoksit te şift
reaksiyonuyla da hidrojene dönüştürülerek hidrojen verimi artırılır. Prosesin
gaz yan ürünü CO2 tir, fakat biyokütleden çıkan karbon dioksit sera
gazlarıyla kıyaslandığında “nötral”dir, yani Atmosferdeki CO2
konsantrasyonunu artırmaz. Ayrıca H2+CO2 gaz karışımı
yakıt pillerinde elektrik elde etmek için de kullanılabilir.
Biyokütle pirolizinde biyo-oil denilen petrole benzer bir
sıvı elde edilir; petrolden farkı biyokütlede bulunan karbonhidratlar ve lignin
nedeniyle çok reaktif oksijenli bileşikler içermesidir. Bu bileşikler hidrojen
dahil çeşitli ürünlere dönüştürülebilir. Prosesin safsızlıkları H2S,
COS, HCN, Ni/Fe karboniller, karbon ve küldür.
3. Atık Gaz
Akımlarından Hidrojen Kazanma
Rafineri gaz akımlarından hidrojen elde etmede çeşitli
prosesler uygulanabilir; bunlar arasında Kriyojenik distilasyon (enerji
intensiv), Absorbsiyon (yüksek saflık elde edilemez), Adsorbsiyon (TSA,
temperature swing adsorbsiyon, PSA, pressure swing adsorbsiyon) ve Membran
Separasyon sayılabilir.
a. Kriyojenik Distilasyon
Kriyojenik proses düşük sıcaklıklarda yapılan bir ayırma
prosesidir ve karışımdaki bileşenlerin kaynama noktaları farklılığına dayanır.
Hidrojen, hidrokarbonlarla kıyaslandığında çok uçucu bir bileşendir. En basit
ve çok kullanılan kriyojenik proses kısmi kondensasyon prosesidir. Proseste
gerekli soğutma yoğunlaşan hidrokarbonların sıkıştırılmasıyla (joule-Thomson
soğutması) sağlanır. İlave soğutma gerektiğinde dışardan başka bir sistemden
yararlanılır, veya üretilen hidrojenin
genleştirilmesiyle elde edilebilir.
Kısmi kondensasyon prosesi hidrojen/hidrokarbon akımlarına
uygulanır (Şekil-7). Proseste ön-işlemleme yapılmış hidrojen/hidrokarbon
besleme 300-1200 psi basınç ve ortam sıcaklığında kriyojenik ünitesine verilir;
X-1 ısı değiştiricide C2 hidrokarbonlar yoğunlaşacak kadar soğutulur.
İki fazlı akım S-1 separatöründe ayrılır, hidrojen-metan
buharı X-2 ısı değiştiriciye gönderilir ve orada istenilen hidrojen saflığı
elde edilecek derecede soğutulur. S-2 separatörüne giren soğuk akımdaki
hidrojen tekrar ısıtılarak (X-1’den geçirilerek) saflaştırılmış hidrojen elde
edilir.
b. Absorbsiyon Prosesi
Rafineriler ve petrokimya sanayiinde çıkan ve fuel gaz olarak kullanılan atık gaz akımlarında ve bazı fabrikaların (amonyak ve metanol üretimleri gibi) çevrim gazlarında önemli miktarlarda hidrojen vardır. Bu akımlar fuel gaz sistemine verilmeyerek veya reaktörlere geri döndürülmeyerek hidrojen üretiminde kullanılabilir. Bu prosesle atık akımdaki hidrojenin %95 i %95 saflıkta elde edilir.
Absorbsiyon prosesi, hidrojen içeren gazlardan metan ve daha
ağır hidrokarbonların uygun bir solventle çekilerek ayırmada uygulanan bir
prosestir. Absorbsiyon kolonundan saflaştırılan hidrojen çıkar. Absorblanan
metan ve ağırlar absorber dip akımının basıncı düşürülerek solventten ayrılır;
bunlar fuel gaz olarak çıkar. Sıvı kısım (zayıf veya fakir solvent) metan
absorber kolonunun tepesinden tekrar prosese gönderilir.
c. Adsorbsiyon
Genel olarak kullanılan adsorbsiyon prosesleri PSA (pressure
swing adsorbsiyon) ve TSA (temperature swing adsorbsiyon) teknolojileridir.
PSA 1960’larda uygulanmaya başlanmış olan, oksijen, azot ve
hidrojen üretiminde ve saflaştırılmasında çok yaygın uygulama alanına sahip bir
gaz saflaştırma teknolojisidir. PSA prosesi, aktif karbon ve zeolitler gibi
bazı maddelerin, özel bazı gazları (gaz basıncındaki dalgalanmalara göre)
adsorblama ve desorplama kapasitelerine dayanır. Prosesle bir gaz karışımındaki
tek bir gaz saf olarak ayrılabilir.
Tipik bir PSA sisteminde adsorbent doldurulmuş ve birbirine
bağlı kolonlar vardır; bunların basınçları peşpeşe yükseltilip alçaltılarak
saflaştırılacak gaz akımında süreklilik sağlanır (Şekil-9).
Örneğin, CO2, CO, N2 veya su gibi
safsızlıklar içeren gaz karışımı basınçla ilk kolona verilir, safsızlıklar
adsorbent tanecikleri tarafından tutulurken saf hidrojen kolonun tepesinden
çıkar. Sonra kolon basıncı düşürülerek adsorbentlerin tuttuğu
safsızlıklar serbest bırakılır; az miktarda hidrojen gazı
ile atık gazlar ikinci saykıl için diğer kolona gönderilir.
Proseste alçak basınçlı gaz (A.B. gaz) akımı da elde edilir;
bu akımda, besleme gazındaki tüm safsızlıklarla adsorbentin rejenerasyonunda
kullanılan hidrojen vardır. Atık gazın ısı değeri, beslenen ham gazın
bileşimine bağlı olarak 1000-2000 k.kal/ Nm3 arasında değişir ve
buhar reforming fırınının ısıtılmasında yakıt gazı olarak yararlanır.
TSA bir gaz akımından safsızlıkları ayırmada uygulanan diğer
bir adsorbsiyon metodudur. Safsızlıklarla yüklenmiş bir adsorbentin
rejenerasyonunda uygulanan klasik yöntem, adsorbentin sıcak bir gazla
ısıtılmasıdır; yüksek sıcaklıklarda adsorbentin maddeleri tutma kapasitesi
düşeceğinden önceden adsorbladığı safsızlıkları bırakır ve rejenere olur; yeni
bir adsorblama işlemine hazır olması için sistemin soğutulması gerekir. TSA
etkin bir saflaştırma prosesi olmasına karşın ısıtma ve soğutma sürelerinin
zaman alması, dolayısıyla çok sayıda saykılın tamamlanmasının gereken sürelerde
tamamlanamaması gibi bir dezavantajı vardır. Ancak kuvvetle adsorblanabilen az
miktarlardaki safsızlıkların uzaklaştırılmasında uygun bir prosestir.
d. Membran Separasyon
Membran reaktör diğer bazı reforming aşamalarından sonra
uygulanan bir post proses kademesidir. Steam reforming veya kısmi oksidasyon
veya ototermal reforming gibi proseslerden sonra gaz seçici bir membrandan
geçirilerek %90 H2 verimi elde edilir.
Membran sistemleri, kriyojenik ve PSA ayırma sistemlerine
alternatif bir prosestir. Amonyak endüstrisinde atık gazlardan hidrojen
kazanmak amacıyla 1979 yılından itibaren polimerik membranlar kullanılmaktadır.
1990 yıllarında elektronik endüstrisi palladyum membranlarla saf hidrojen elde
etmeye başladı. Diğer sanayi ve iş kollarında, özellikle de rafineri atık
gazlarında kullanılan henüz az syıda çeşitli hidrojen seçici membranlar vardır.
Hidrojen seçici membranlar polimerik (organik), metalik,
karbon ve seramik membranlar olmak üzere dört ana grupta toplanabilir. Yeni
teknolojiler üzerindeki çalışmaların bazıları pilot fabrika seviyelerindedir.
İki temel membran geçirme mekanizması vardır; yoğun membran ve poröz membran.
Yoğun membranlar çözelti/difüzyon mekanizmasına göre
çalışır. Bir gaz molekülü membranın bir yüzünde adsorblanır, içinde çözünür,
ilerler (difüzlenir) ve diğer yüzünde membrandan ayrılır (desorblanır). Gaz
molekülü, membran boyunca olan difüzyonda iyonlar ve elektronlar (proton
değiştirici geçiş) veya atomlar (örneğin hidrojenin yoğu metal parçacıkları
arasından geçişi) şeklindeyse, adsorbsiyondan sonra iyon veya atomlarına
ayrılması ve membran boyunca olan difüzyondan sonra tekrar birleşerek ilk
halindeki molekül yapısına dönüşmesi gerekir.
Yoğun membranların seçiciliği yüksektir, ancak akış hızları
düşüktür. Bu mekanizma küçük-gözenekli membranlarda da kullanılabilir. Büyük
gözenekli membranlarda akış hızı yükselirken seçicilik özelliği azalır.
Poröz membran (Noble, 1994) mekanizmasında etkili bir ayırma
yapabilmek için dört tip difüzyon mekanizması kullanılabilir. bunlar, Kundsen
difüzyon, yüzey difüzyon, kapiler kondensasyon ve moleküler elektir (Şekil-10).
Bazı hallerde membrandan akan moleküller birden fazla mekanizmadan
geçirilirler. Kundsen difüzyonunun ayırma seçiciliği, yüzey difüzyonu ve
kapiler kondensasyonu yöntemlerine göre daha düşüktür. Moleküler elekle (veya
şekil seçici de denir) ayırmada seçicilik yüksektir.
Bu mekanizmalara etki eden faktörler gözenek büyüklüğü
dağılımı, sıcaklık, basınç ve ayrılacak gaz akımındaki moleküller ile membran
yüzeyleri arasındaki etkileşimlerdir.
3. Kullanım Alanları
1. Yakıt Pilleri (Bak. BÖLÜM 5.3.)
2. Yakıt Olarak
Hidrojen, hava veya oksijenli ortamlarda kolaylıkla yanar ve
açığa çıkan ısı ısıtmada, yemek pişirmede, türbinlerde, buhar kazanlarında veya
motorların çalıştırılmasında kullanılabilir.
a. Isıtma Kazanları
Hidrojen standart yakma metotlarıyla yakıldığında çok yüksek
sıcaklıklar meydana gelir ve fazla miktarda NOx açığa çıkar. NOx miktarının
düşük olması için hidrojenin daha düşük sıcaklıklarda yanması gerekir. Bunun
için yakma işlemi uygun bir katalizörün bulunduğu katalitik burnerlerde
(bekler) yapılır; böylece, yanma sıcaklığı fazla yüksek olmadığından oluşan NOx
miktarı da düşük olur.
Doğal gaz kullanılan konvensiyonal burnerlerde, herhangi bir
değişiklik yapılmasına gerek olmadan %15 hidrojen+%85 doğal gaz karışımı
kullanılabilir.
b. Hidrojen Motorları
Rudolf Erren ve arkadaşları iç yanmalı motorları hidrojenle
çalışır hale dönüştüren bir yöntem geliştirdiler (1920) ve çok sayıda otomobil,
otobüs ve tanker motorunu hidrojenle çalışabilecek şekle dönüştürdüler. USA’da
1970’li yıllarda Roger Billings adında bir genç, Erren’in yönteminden
yaralanarak bir Model A Ford motorunu hidrojen yakıt kullanabilecek şekle
dönüştürdü. Daha sonra Roger Billings ve arkadaşları Hydrogen Components, Inc.
(HCI) olarak bilinen şirketi kurarak çeşitli şirketlere danışmanlık yapmaya
başladılar.
Günümüzde bazı otomotiv üreticileri (Mazda, BMW, gibi)
hidrojenle çalışan araçlar üzerinde ileri derecelerde üretim ve deneme
çalışmaları içindedirler.
Doğal gaz kullanılan sabit elektrik üretim motorları ve
ısıtma cihazları motorları kolaylıkla hidrojen yakıtla çalışır şekle
dönüştürülebilmektedir.
c. Türbinler
Günümüzde bazı gaz fabrikalarında kömürün gazlaştırılmasıyla
çalıştırılan elde edilen sentez gazı (karbon monoksit + hidrojen)
kullanılmaktadır; geliştirilen yakma hücrelerinde yüksek oranlarda hidrojen
içeren sentez gazı kullanılabilmektedir. Bazı türbin üreticileri, yakıt
pillerinden daha ucuz olduğundan hidrojen yakıtıyla çalışan tübünler üretmeyi
tercih etmektedirler.
d. Hibridler
Katı oksit yakıt pili teknolojisinin türbinlere
adaptasyonuyla bir gaz güç fabrikasının elektrik verimi optimum koşullarda %80
dolayına kadar yükselmektedir. Yakıt pilleri tek başlarına ele alındığında
kullanılan yakıtın enerjisinin en fazla %60’ından yararlanılmaktadır; kalan
kısım düşük kaliteli ısı oluşumuna harcanır.
Ayrıca yakıtın tamamı kullanılamadığından bir kısım yakıt
eksoz gazlarıyla dışarı atılır; buradaki yakıt hibrid sistem türbinlerde
kullanılabilir hala getirilir.
3. Rafineri ve
Petrokimya Komplekslerinde
Rafinerilerde işlenen hammaddeler ağırlaştıkça, hafif
ürünlerin elde edilmesi için hidrojene olan gereksinim artar. Özellikle çevre
yönetmelikleri gereğince bazı petrol ürünlerinde aromatiklerin ve sülfür
bileşiklerin sınırlandırılması da hidrojen tüketimini artmasına neden olan
faktörlerdir. Rafinerilerde hidrojen kullanılan temel prosesler arasında,
·
Sülfürlü ne nitrojenli bileşiklerin
uzaklaştırılması için uygulanan işlemleme (treating) prosesleri,
·
Olefinler ve aromatikler gibi çift bağlı veya
üçlü bağlı bazı bileşiklerin doygun hidrokarbonlara dönüştürülmesi gerektiği
hallerde uygulanan saturasyon prosesleri,
·
Kraking reaksiyonlarında oluşan bileşiklerin
doyurulması ve katalizörün koklaşmaya karşı korunması, sayılabilir.
4. Depolama ve Taşıma
Fosil, nükleer, yenilenebilir ve elektrik enerjilerinden
üretilen hidrojen çeşitli şekillerde depolanarak tüketiciye ulaştırılır
(Şekil-11).
1. Depolama
Hidrojen kullanımının fazla olduğu yerlerde depolama
önemlidir; örneğin, araç yakıtı olarak kullanıldığında araç deposunun en az bir
benzin deposu kadar güvenli ve bir depo benzinin kat edebildiği kadar yol
alabilecek kapasitede olması önemlidir.
·
Hidrojen depolama genel olarak üç şekilde
yapılabilir
·
Basınçlı tankta sıkıştırılmış gaz halinde depolama
·
Sıvılaştırılmış halde özel izolasyonlu tanklarda
depolama
·
Özel katı maddeler içinde absorblatılarak
depolama
a. Sıkıştırılmış Hidrojen
Hidrojenin sıkıştırılmış halde taşınması yıllardır uygulanan
bir taşıma yöntemidir. Hidrojen 800 bar basınca kadar sıkıştırılarak
depolanabilir. Ayrıca, doğal gazın depolanmasında uygulanan teknolojiler
hidrojen için de kullanılabilir.
Sıkıştırılmış hidrojen depolama tankları çelik, kompozitle
(özel alaşımlar)) kaplanmış aluminyum veya kompozitle kaplanmış plastik
malzemelerden yapılır. Bunlardan en ekonomik olanı çelik malzemedir, fakat
fazla ağır olduğundan sabit depolamalar için uygundur. Ancak taşıtlarda
kullanılacak depo tanklarının hafif kompozit malzemelerden yapılması gerekir;
bunlar 350 bar basınca kadar (ağırlıkça %10-12 hidrojen) güvenle
kullanılabilmektedir. Halen 700 bar basınca dayanıklı hafif kompozit malzemeler
üretimine yönelik çalışmalar devam etmektedir.
b. Sıvılaştırılmış Hidrojen
Hidrojen, süper izolasyonlu vakumlu tanklarda –253 0C’de
sıvı halde (LH2) depolanabilir. Sıvı hidrojen uzun mesafe yolcu
araçlarında, uçaklarda ve uzay araçlarında çok avantajlı bir yakıttır. Bu
konuda uzun yıllardır yapılan araştırmalarla uygulama için önemli veriler elde
edilmiştir. Günümüzde sıvı hidrojen uzay araçlarında kullanılmaktadır, ancak
kara araçlarında kullanıma geçilmesi daha sonraki yıllarda olabilecektir.
c. Metal Hidrürler
Bazı metaller ve alaşımlar, normal basınç ve sıcaklıkta
hidrojen absorblayarak hidrür bileşiklerini meydana getirirler; hidrürler,
hidrojen ile bir veya daha fazla başka elementler içeren kimyasal maddelerdir.
Bir metal hidrür tankta bir ısı alışveriş sistemi ile metal
granülleri bulunur. Metal granüller, tıpkı bir süngerin suyu emmesi gibi
hidrojeni absorblar. Isı alışveriş sistemiyle tanka hidrojen doldurulurken ısı
çekilir, tank boşaltılırken de ısı verilir; metal hidrür ısıtıldığında
absorbladığı hidrojeni serbest bırakır
Metal hidrür oluşum mekanizması şematik olarak Şekil-12’da
gösterilmiştir. Şemada görüldüğü gibi, hidrojen gazı metal ara yüzeylere doğru
gider, buralarda herbir hidrojen molekülü iki hidrojen atomuna ayrılır ve metal
granüller tarafından absorblanır; böylece metalik matriks içinde depolanır.
Metal hidrür sistemi pahalıdır ve hidrojenin doldurulması
uzun zaman alır. Fakat depolama ve taşımada çok güvenlidir; örneğin tankın
delinmesi halinde ısı sistemi hemen soğutmaya geçerek hidrojen kaçağını engeller.
Güvenlik yönünden benzin depo tanklarından daha üstündür.
Ticari amaçlı kullanılabilen birkaç metal hidrür vardır. Bu
tür depolamada en önemli dezavantaj depolanan hidrojene kıyasla metal hidrürün
fazla ağır bir malzeme olmasıdır. Araştırmacılar tarafından daha ucuz, daha
hafif ve daha fazla hidrojen absorblayabilen, ayrıca absorbladığı hidrojeni
daha düşük sıcaklıklarda serbest bırakacak alaşımlar üzerinde çalışmalar devam
etmektedir. Yeni bulunan bazı alaşımlar %5 kadar hidrojen tutabilmekte ve
içerdiği hidrojeni 100 0C da bırakmaktadır.
Sodyum aluminyum hidrür (NaAlH4) de bu sayılan
gereksinimlerin çoğunu karşılayan yeni ve gelecek vadeden bir metal hidrürdür;
hidrojen absorblama kapasitesi %4, hidrojeni bırakma sıcaklığı 150 0C
dir (LaNi5H6 de ~%2).
Diğer bir hidrojen depolama bileşiği sodyum bor hidrürdür
(NaBH4). Bu bileşiğin avantajı depoladığı hidrojenin normal şartlar
altında ve katalizörlü ortamda kontrollü olarak geri alınabilmesidir. Bu
konudaki çalışmalar NaBH4 elde edilmesi, bu bileşikten hidrojen
üretimi ve reaksiyon sonucunda oluşan sodyum metaboratın (NaBO2)
tekrar sodyum bor hidrüre dönüştürülerek kullanıma alınmasını hedeflemektedir.
Sodyum bor hidrür üretimim için çeşitli araştırmalar
yapılmıştır; örneğin, çalışmaların biri boraks (susuz), kuvartz ve sodyumun
450-500oC’de hidrojen atmosferi altında reaksiyona sokulmasına
dayanır, bir diğer çalışmada boraks magnezyum hidrür ve değişik sodyum bileşikleriyle
normal şartlar altında öğütülerek NaBH4 elde edilmiştir (2002).
Devam etmekte olan NaBH4 üretimi çalışmalarının
önemli bir bölümü de sodyum bor hidrürden hidrojenin çekilmesinden sonra oluşan
metaboratın ekonomik ve basit yöntemlerle tekrar NaBH4
dönüştürülmesidir; örneğin, sonuçlanmış bir çalışmaya göre sodyum metaborat MgH2
(veya Mg2Si) ve hidrojen yüksek sıcaklık (350-750oC) ve
yüksek basınç altında reaksiyona sokularak NaBH4'e dönüştürülmüştür
(Kojima ve Haga 2003).
Günümüzde hızla yol alan teknoloji otomotiv sanayiini yoğun
enerjili su-bazlı yakıtla (sulu sodyum bor hidrür gibi) çalışan araçlar
üzerinde araştırmalara yöneltmiştir; örneğin, ağırlıkça %30’luk NaBH4
çözeltisinde %6.7 H2 bulunur. Katalitik ortamda aşağıdaki ekzotermik
reaksiyon meydana gelir.
kat.
NaBH4 + 2 H2O ¾®
4 H2 + NaBO2 (sulu) + ~300 kJ
Ayrılan saf ve nemlendirilmiş hidrojen yakıt pili veya
hidrojen motoruna verilir. Reaksiyonda oluşan borat hidrojenle reaksiyona
sokularak tekrar sodyum borohidrüre dönüştürülür (Şekil-13).
Volumetrik hidrojen depolama verimi dikkate alındığında,
%30’luk NaBH4 çözeltisinde = ~63 g H2/L bulunur. Bu değer
sıvılaştırılmış ve basınçlandırılmış hidrojenle kıyaslanırsa, sıvılaştırılmış hidrojende = ~71 g H2/L,
5,000 psi sıkıştırılmış H2 = ~23 g H2/L, 10,000 psi
sıkıştırılmış H2 = ~39 g H2/L olduğu görülür.
d. Karbonda depolama
Çok yeni ve gelecek vadeden bir teknoloji de özellikle
nanofiberler, nanotüpler (Şekil-14) ve fullerenler gibi nano yapılı farklı
karbonların ve bazı karbon siyahlarının hidrojen depolayan absorblayıcılar
olarak kullanılmasıdır; karbon siyahı daha ucuz ve çok miktarlarda
üretilebildiğinden daha avantajlıdır.
Karbon nanotüpler tüp şeklinde dizilmiş grafit tabakalardır;
çapları birkaç nanometre ile 20 nanometre, boyları mikron seviyelerindedir.
Çeşitli ilavelerle oluşturulan, örneğin alkali-ilaveli (Li-K), nanotüpler de
mevcuttur
Hidrojen, nanotüplerde iki şekilde depolanabilmektedir;
fiziksel ve kimyasal olarak.
·
Fiziksel depolama zayıf van der Waals
kuvvetlerinin etkin olduğu bir depolamadır; depolanan hidrojen etkin
kuvvetlerin kaldırılmasıyla tekrar geri kazanılır. Depolama ve geri kazanma
işlemleri sürekli olarak tekrarlanabilir
·
Kimyasal depolamada atomlar arasında kovalent
bağlar oluşur, yüklenen hidrojenin geri kazanılması için bu bağların kırılması,
yanı yüksek sıcaklıklara gereksinim olur
Bu konuda yapılan çalışmalar karbon nanotüplerde ağırlıkça
yüzde 4-14 arasında hidrojen depolanabildiğini göstermişti. Bunun ne kadarının
fiziksel ne kadarının kimyasal bazlı olduğu henüz kesin olarak
bilinememektedir.
Karbon nanotüplerin hidrojen depolama kapasiteleri nanotüpün
cinsine (tek duvarlı, çok duvarlı), tüplerin kapalı veya açık olmasına,
ölçülerine (tüp çapı ve uzunluğu v.b) ve tüp yüzeylerinin aktifliğine göre
değişir.
Nanotüp (veya, Karbon Nanotüp): Uzun ve ince karbon
silindirlerdir; nanotüpler çapı, uzunluğu ve bükülme şekline göre çeşitli
elektronik, termal ve yapısal özellikler gösterirler. Örneğin elektronik bir
parça olan diod farklı elektronik özeliklerdeki iki nanobuyotlu karbon tüpün
birbirinr bağlanmasıyla yapılır.
e. Metanol
Metanol, hidrojen ve karbon monoksitten elde edilir, normal
şartlar altında sıvıdır ve hidrojen içeriği yüksektir; bu özellikleri nedeniyle
metanol uygun bir taşıt yakıtı olarak değerlendirilebilir. Kullanım prensibi
metanolün parçalanarak hidrojen açığa çıkması ve oluşan hidrojenin yakıt olarak
harcanmasıdır. Parçalanma prosesinde enerji kaybı oldukça yüksektir,
dolayısıyla sistemin verimi düşük olur. Bu olumsuzluğu yenmek için doğrudan
metanolle çalışan yüksek verimli yakıt pilleri geliştirilmiştir. Yapılan
çalışmalara göre metanol reformerli yakıt piliyle çalışan bir araç, benzeri
benzinli bir araca kıyasla %40-70 daha fazla CO2 emitler; ayrıca CO
ve hidrokarbon emisyonları da vardır.
Metanol zehirli, suyla karışabilen ve çok korozif bir
maddedir. Bu özellikleri dolayısıyla taşıma ve kullanım sırasında benzinle
kıyaslandığında, daha özel güvenlik önlemlerine ihtiyaç vardır. Olumsuz
özellikleri ve yüksek emisyonları metanolün fazla tercih edilen bir yakıt
olmasını engellemektedir.
f. Benzin ve Diğer Hidrokarbonlar
Benzin ve diğer hidrokarbonlar bir reformerden geçirilerek
hidrojen üretilebildiğinden bu ürünler birer hidrojen depolama sistemleri
olarak düşünülebilir. Ancak benzinden hidrojen üretilmesi için 30 dakika kadar
süre gerekir; yani araç kullanılmadan önce 30 dakika ısıtılmalıdır; dolayısıyla
araç bataryasının hareketten önce en az 30 dakika dayanıklılığı olması gerekir.
Reformer ve batarya bağlantısının karmaşık, zor ve pahalı olması, hidrojen
üretimi yanında oluşan hidrokarbonlar ve CO’in uzaklaştırma zorunluluğu, CO’in
reformer membranlarını tahrip etme olasılığı ve yüksek sıcaklıklarda çalışma
gereğinden dolayı oluşan NOx bileşikleri ve dolayısıyla emisyon sorunları
benzin ve hidrokarbonları ideal hidrojen taşıyıcı olmaktan uzaklaştırır.
Şekil-15, benzin motorlu bir araçta hidrojen deposu olarak
sıkıştırılmış hidrojen, metanol ve benzin kullanılması halinde, farklı hızlarda
ölçülen CO2 emisyonları verilmiştir. Görüldüğü gibi en düşük CO2
emisyonu elektroliz yoluyla üretilen hidrojen kullanılması durumunda elde
edilmiştir.
kullanıldığında CO2 emisyonları
g. Sabit Depolama
Hidrojen sabit basınçlı tanklarında, yeraltı mağaralarında
ve sıvı halde süper izoleli tanklarda depolanabilir. Çok fazla miktarlarda
hidrojen depolama için en ekonomik olanı basınçlı yer altı takalarıdır.
2. Taşıma
Boru Harlarıyla Taşıma: Boru Hatlarıyla Taşıma:
Hidrojenin uzun mesafelere boru hattıyla taşınması ekonomik ve güvenli bir
taşıma şeklidir. 2004 yılı itibariyle Avrupa’da 1500 km, Amerika’da 720 km hidrojen
boru hattı ağı vardır.
Hidrojen transferinde kullanılan boru hatları 25-30 cm çaplı
çelikten borulardan yapılır, 10-20 bar basınç altında kullanılır. Doğal gaz
veya LPG naklinde kullanılan bazı boru hatları olduğu gibi veya çok az
değişikliklerle hidrojen taşımada da kullanılabilir. Burada önemli kriter boru
metalinin içerdiği karbon miktarıdır (hidrojen için düşük karbonlu çelik tercih
edilir).
Boru hatları gazların transferinde kullanıldığı gibi bir
miktar basınçlandırılarak depolama görevi de yaparlar.
Sıvılaştırılmış Halde Taşıma: Sıvılaştırılmış
hidrojen -2530C’ye soğutulmuştur. Soğutma prosesinde büyük
miktarlarda enerji gerekir; fakat uzun mesafelere taşımada ve ayrıca yakıt
olarak havacılık ve uzay seyahatlerinde diğer yakıtlara göre hala daha
avantajlıdır.
Karayoluyla Taşıma: Karayolu Taşımacılığı: Hidrojen
hem sıvı ve hem de sıkıştırılmış gaz halinde özel tankerlerle taşınabilir.
Denizyoluyla Taşıma: Denizyolu Taşımacılığı: LH2,
deniz tankerleriyle de taşınır; bunlar LNG tankerlerine benzer, ancak, uzun
mesafelere taşındığında daha iyi izolasyonlar gerekir.
Havayoluyla Taşıma: Sıvı hidrojenin hava yolu ile
taşınmasının gemiyle taşımaya kıyasla bazı avantajları vardır. LH2 hafiftir,
hava yoluyla teslim yerine çok çabuk ulaştırılacağından buharlaşma kaybı sorunu
olmaz.
EK-1
HİDROJEN ENERJİ ÇEVRİMİ
EK-2
YAKIT İSTASYONU VE HİDROJEN
Bir yakıt istasyonunda hidrojen üretimi ve sıkıştırılmış
hidrojen dolum sistemi
