HİDROJEN YAKIT HÜCRELİ OTOMOBİLLER.

Daha az kirlilik ve daha az gürültü, elektrikli otomobillerden beklenen çok sayıda önemli özellikten bazıları. Elektromobilite denince, aklımıza duvar tipi prizden şarj edilen büyük bataryalı otomobiller geliyor. Ancak trafik uzmanlarının uzun şarj sürelerine alternatif oluşturması dahil çok şey beklediği başka bir itiş gücü teknolojisi daha var.

Söz konusu teknoloji, yakıt hücreli elektrikli otomobil veya FCEV olarak da bilinen hidrojen motoru. Hidrojen yakıt hücreli otomobillerin artıları ve eksilerinin yanı sıra maliyetleri ve ilgili riskleri ele almadan önce, bu teknolojinin nasıl çalıştığını kısaca özetleyelim.

Hidrojen yakıt hücreli otomobiller elektrikli motorla çalıştığı için elektrikli otomobil olarak sınıflandırılır. “Battery Electric Vehicle” (Batarya Elektrikli Otomobil) veya BEV denilen elektrikli otomobil tipinden farklı bu otomobiller için “Fuel Cell Electric Vehicle” (Yakıt Hücreli Elektrikli Otomobil) ifadesinin kısaltması olarak FCEV kullanılır (Elektrikli otomobil türlerini tanımak için bu sayfaya göz atın).

Hidrojenle çalışan otomobilleri neden elektrikli otomobiller olarak kabul ediyoruz? Sebebi; oksijen ve hidrojen elektrik enerjisine dönüşmesi, bunun da elektrikli motora bir bataryayla güç sağlaması yani günün sonunda yakıt hücreli elektrikli otomobillerin kendi elektriğini üretmesi.

FCEV’ler ile diğer elektrikli otomobiller arasında önemli bir fark var. Hidrojenli otomobiller elektriği kendisi üretir. Bu nedenle tamamen elektrikli (BEV) veya plug-in hybrid (PHEV) otomobillerin aksine bu otomobiller, gücünü harici bir güç kaynağından şarj edilen yerleşik bir bataryadan almaz. Bunun yerine, hidrojenli otomobillerin verimli bir güç kaynağı sağlayan kendi yakıt hücresi vardır.

Yakıt hücresi teknolojisinde, hidrojenin yakıt hücresindeki oksijenle reaksiyona girdiği ters elektroliz olarak bilinen bir işlem gerçekleşir. Hidrojen, FCEV içine yerleştirilmiş bir veya daha fazla tanktan gelirken, oksijense ortamdaki havadan gelir. Bu reaksiyonun tek sonucu, egzozdan su buharı olarak yayılan elektrik enerjisi, ısı ve sudur. Dolayısıyla, hidrojenle çalışan otomobiller yerel olarak emisyonsuzdur. Birazdan bu konuya daha detaylı değineceğiz.

Bir hidrojen motorunun yakıt hücresinde üretilen elektrik, sürüş durumunun gerekliliklerine bağlı olarak iki yöne gidebilir. Üretilen bu elektrik, ya elektrikli motora iletilerek FCEV'ye doğrudan güç sağlar ya da enerjiyi motor için gerekli olana kadar depolayan bataryayı şarj eder. Çekiş bataryası olarak bilinen bu batarya, yakıt hücresi tarafından sürekli olarak şarj edildiği için önemli ölçüde daha küçüktür, dolayısıyla tamamen elektrikli otomobillerin bataryasından daha hafiftir.

Diğer elektrikli otomobiller gibi, hidrojenli otomobiller de fren enerjisini geri kazanır. Elektrikli motor, otomobilin kinetik enerjisini tekrar elektrik enerjisine dönüştürür ve bu enerjiyle yedek bataryayı besler.

Şu anda, hidrojen yakıt hücreli otomobillerin en büyük eksikliği yakıt ikmali için seçeneklerin az olması. Hidrojen motoru için özel yakıt pompalarında yakıt ikmali yapılması gerekir ki gelecekte muhtemelen bu özellik normal servis istasyonlarında da yerini alacak. Ancak şu an, hidrojenle çalışan otomobiller için yakıt ikmal istasyonu sayısı çok ama çok az.

BMW’nin anavatanı olan Almanya, hidrojen yakıt hücreli otomobiller için altyapı konusunda öncülük ediyor. BMW gibi otomobil üreticileri, Almanya’da yakıt ikmali altyapısının genişletilmesini teşvik etmek için hidrojen yakıt istasyonu ağını genişleterek 2022 yılına kadar 130 istasyona çıkarmayı planlandıkları Temiz Enerji Ortaklığı girişimi kapsamında hidrojen üreticileri ve benzin istasyonu operatörleri ile iş birliği yapıyor. Bu iş birliği Almanya'da yaklaşık 60.000 hidrojenli otomobilin trafiğe katılmasına olanak sağlayacak. Bunun sonucunda yakıt hücreli otomobillerde sağlanması beklenen artış ile bir sonraki hedef, istasyon sayısının 2025 yılına kadar 400’e çıkarılması olacak.

BMW uzmanı Rücker “Hidrojen yakıt hücresi teknolojisinde tavuk ve yumurta problemine benzer bir paradoks mevcut.” diyor “Hidrojenle çalışan otomobiller için yakıt ikmal istasyonu bu kadar az olduğu sürece, müşterilerden gelen düşük talep nedeniyle yakıt hücreli otomobillerin seri üretiminden kar elde etmek mümkün olmayacak. Yollarda neredeyse hiç hidrojenli otomobil olmadığı sürece de operatörler yakıt ikmali istasyonu ağlarını genişletme konusunda tereddüt edecek.”

Hidrojen yakıt hücreli otomobillere talebin henüz düşük olmasının, yakıt istasyonu ağı sayısının az olmasının dışında bir nedeni daha var. O da bu otomobillerin nispeten daha pahalı olması. Piyasada bulunan az sayıda yakıt hücreli otomobil modelinin maliyeti, tamamen elektrikli veya hibrit bir otomobilin yaklaşık iki katı (orta veya üst-orta sınıf bir otomobil için)

Hidrojen yakıt hücreli otomobillerin hala pahalı olmasının çeşitli nedenleri var. Üretimin hala sanayileştirilmemiş olmasından kaynaklanan küçük üretim hacimlerine ek olarak, güç üretimi sırasında katalizör görevi gören değerli bir metal olan platine olan ihtiyaç da söz konusu. Otomobil yakıt hücreleri için gerekli platin miktarı halihazırda büyük ölçüde azaltıldı. Rücker’a göre genel hedef, hidrojenle çalışan otomobillerin fiyatını diğer elektrikli otomobillerinkine yakın bir seviyeye indirmek.

Otomobilin yüksek fiyatının bir başka nedeni, hidrojen yakıt hücreli otomobillerin oldukça büyük olma eğilimi, çünkü hidrojen tankları çok fazla yer kaplıyor. Öte yandan tamamen elektrikli bataryayla çalışan otomobillerin motorları diğer küçük otomobillere de sığacak kadar küçük boyutlarda. Zaten klasik tipteki elektrikli otomobillerin şu anda tüm otomobil sınıflarında bulunabilmesinin sebebi de bu.

Satın alma maliyetine ek olarak, işletme maliyetleri de “kabul görme” açısından önemli bir rol oynuyor. Hidrojen yakıt hücreli otomobillerde bu maliyetler, özellikle yakıt fiyatına bağlı. Şu anda, Almanya’da $4,80 olan 1 lb (0,45 kg) hidrojenin maliyeti ABD’de $14 civarında**. Bir FCEV, 1 lb (0,45 kg) hidrojen ile yaklaşık 45 km yol kat edebiliyor.

Bu nedenle, şu anda hidrojenli otomobil kullanmanın kilometre başına maliyeti, evde şarj edilen bataryayla çalışan otomobillerin neredeyse iki katı. Rücker, bu işletme maliyetlerinin de birbirine yaklaşmasını bekliyor: “Hidrojene yönelik talep artarsa, fiyat 2030’a kadar 1 lb başına yaklaşık $2,50 ABD dolar seviyesine düşebilir.”

Hidrojen kontrolsüz bir ortamda oksijenle reaksiyona girdiğinde ne olur? Bir ihtimal bunu okuldaki kimya dersinden hatırlayabilirsiniz. Bunun sonucunda, oksihidrojen gazı reaksiyonu olarak bilinen patlayıcı bir reaksiyon oluşur. Bu durumda gördüğümüz gibi hidrojen yanıcıdır, ancak bir FCEV'nin çalışması sırasında kontrolsüz bir hidrojen ve oksijen reaksiyonu oluşması neredeyse imkansızdır.

Bunun nedeni, hidrojen yakıt hücreli otomobillerde, hidrojenin özellikle güvenli olarak geliştirilen kalın duvarlı tanklarda sıvı halde depolanmasıdır. Rücker'ın vurguladığı gibi, çok sayıda çarpışma testi hidrojenli otomobillerin tasarım güvenliğini doğrulamıştır. Tanklar testlerden hasar almadan çıkmış ve hidrojen sızıntısı olmamıştır.

Ayrıca hidrojen teknolojisinin yeni olmadığını, bir dizi alanda denendiğini ve test edildiğini de unutmayalım. Örnek olarak, bugün rafineriler ham petrolün işlenmesinde proses gazı olarak büyük miktarlarda hidrojen kullanıyor. Boru hatları ve hidrojen depolama da onlarca yıldır kullanılıyor.

BMW, gerekli hidrojen altyapısının mevcut olması, hidrojen için iyi bir fiyat sunulması ve otomobil fiyatlarının düşmesi durumunda hidrojenin gelecekte BEV'lerle (Bataryalı Elektrikli Otomobil) birlikte sürdürülebilir mobiliteye önemli katkıda bulunabileceğine inanıyor. Bu koşullar altında, hidrojen yakıt hücreli otomobiller, kullanıcıların alışkın oldukları esnek sürüş alışkanlıklarını sürdürmelerini sağlayan sıfır emisyonlu teknoloji olabilir!

Önde gelen enerji, ulaşım ve sanayi şirketlerinden oluşan global girişim olan Hidrojen Konseyi de bu konuda aynı görüşü paylaşıyor. Konsey, hidrojeni hem gelecekteki yakıt hücreli otomobiller için sürdürülebilir bir itiş gücü aracı olarak hem de ısıtma, elektrik ve sanayi için temiz bir enerji kaynağı olarak görüyor.