Akademik Enerji Haberler

Karadeniz’de Bulunan Hidrojen Sülfür Kaynağı

Enerji, bir ülkenin hayati ihtiyaçlarından biridir. Her şeyden önce, enerji insanların hayatında çok önemlidir. Örneğin, aydınlanma ve ısınma gibi temel ihtiyaçlar enerji yoluyla karşılanabilir (Cheng vd. 2020). Bahsedilen konulara ek olarak enerji, endüstriyel üretimin de hammaddesidir. Yani ülkedeki üretimi sürekli artırmak için ciddi anlamda enerjiye ihtiyaç duyulmaktadır (Mikhaylov vd. 2021). Enerji birçok farklı yolla elde edilebilir. Birincisi, petrol, doğal gaz ve gibi fosil yakıtlardan enerji elde edilebilir (Li vd. 2020; Zhong vd. 2020). Bahsedilen konulara ek olarak güneş, rüzgâr ve biyokütle gibi kaynaklarından da enerji elde edilebilir. Her iki enerji türünün de birbirine göre avantaj ve dezavantajları vardır (Mikhaylov vd. 2018 a,b; Dinçer vd. 2019).

Hidrojen enerjisi de önemli bir türü olarak kabul edilebilir. Hidrojen evrende en bol bulunan elementtir. Havadan yaklaşık 14 kat daha hafif olan hidrojen elementi tamamen zehirsiz bir gazdır. Hidrojendeki enerjinin doğalgazın 2 katı, benzinin 3 katı olduğu kabul edilmektedir. Yukarıda belirtilen noktaya ek olarak, hidrojenin yanması sonucu sadece açığa çıkar. Yani bu işlem sırasında atmosfere herhangi bir gaz salınmaz. Bu hususlar dikkate alındığında hidrojen hem kaliteli hem de enerji bir enerji türüdür. Ancak hidrojen enerjisinin kullanımında bazı dezavantajlar vardır. Örneğin, hidrojenin yakıt olarak kullanılmasındaki en büyük sorunlardan biri depolama maliyetidir. Bunların yanı sıra günümüz teknolojisi ile yatırım maliyetlerinin çok yüksek olması da hidrojen enerjisi kullanımında bir diğer dezavantajdır. Bu süreçteki bir diğer olumsuzluk ise hidrojenin evrende saf halde olmamasıdır. Genellikle bir bileşiğin içerdiği hidrojenin bu bileşiklerden belirli bir işlemle ayrılması gerekir (Abe vd. 2019).

Hidrojen elde etmek için birçok farklı yöntem vardır. Birincisi, hidrojenin fosil yakıtlardan elde edilmesi mümkündür. Bu bağlamda metan gazındaki hidrojen ve karbon monoksit gazları, doğal gazdaki hidrokarbonların buharla reformasyonu ile ayrılabilmektedir. Ayrıca temel olarak karbon, kükürt, hidrojen ve oksijen gibi elementlerin birleşimi olan kömürün gazlaştırılması sonucunda hidrojen ve karbon monoksit açığa çıkar. Fosil yakıtlardan hidrojen üretiminin en önemli avantajı düşük maliyetidir. Öte yandan atmosfere karbon salınımına olması çevre kirliliğine neden olduğu için bu sürecin olumsuz yanı olarak değerlendirilmektedir. Diğer yandan hidrojen kaynaklarından da elde edilebilir. Bu yöntemin temel prensibi, yenilenebilir enerji kaynaklarından elde edilen elektriğin suyun elektrolizinde kullanılmasıdır. Böylece israfı olmayacak ve atmosfere karbon salınımı olmayacaktır. Bu işlemde suya verilen doğru akım ile sudaki hidrojen ve oksijenin ayrılması sağlanır (Parra vd. 2019).

Hidrojen sülfür, hidrojen enerjisi elde etmek için kullanılabilecek başka bir kaynaktır. Sudaki hidrojenin ayrılması için kullanıldığı için bu işlemde elektroliz de kullanılır. Buna karşılık, hidrojen sülfüre uygulanan elektroliz, suya uygulanandan çok daha az maliyetlidir. Bunun temel nedeni, hidrojen ve kükürt arasındaki bağın, su molekülü içindeki bağdan çok daha zayıf olmasıdır. Dolayısıyla bu süreçte verilecek enerji miktarı da çok daha azdır (Stunzhas vd. 2019). Daha önce de belirtildiği gibi hidrojen enerjisi üretiminde en önemli sorunlardan biri yüksek maliyettir. Bu kolaylık aynı zamanda bu enerjinin elde edilmesi sürecinde maliyetlerin düşmesine de katkı sağlayacaktır.

Karadeniz’in derinliklerinde de çok ciddi miktarda hidrojen sülfür bulunmaktadır. Bu gaz çok zehirlidir ve çok kötü bir kokusu vardır. Karadeniz’in en önemli özelliklerinden biri, derinliklerinde oksijen bulunmamasıdır. Bu durum Karadeniz’in derinliklerinde zehir oluşumuna olur. Burada büyüyen bakteriler de hidrojen sülfür üretir. Bu durum göz önüne alındığında hidrojen sülfür rezervleri kullanılarak elde edilen hidrojenin iki temel avantajı olacağı anlaşılmaktadır. İlk olarak, Türkiye’nin elde edilecek yaklaşık 100 yıllık hidrojen enerjisinin enerji ihtiyacını karşılayabileceği kabul edilmektedir. Bu sayede Türkiye’de enerjinin dışa bağımlı olmaması durumu söz konusudur. Bu durum ülkenin ekonomik performansını olumlu yönde iyileştirecektir. Öte yandan hidrojen sülfür gazının bu şekilde değerlendirilmesi ile bu gazın Karadeniz üzerindeki olumsuz etkilerinden kurtulmak mümkün olabilir (Naman ve Jamil, 2019).

Karadeniz 436 400 km2 yüzey alanına ve 547 000 km3 su hacmine sahip olup suyunun %90’ı anaerobik koşullarda olan bir denizdir. En derin yeri 2206 m’dir. Bu denize kıyısı olan 6 ülke içinde en uzun kıyı şeridine sahip olan ‘dir. Karadeniz’in dip sularında kirlilik sonucunda oluşan hidrojen sülfürün (H2S) 4,587 milyar ton olduğu da bilinmektedir. Bu hidrojen sülfürün % 100 ayrıştırılması sonucunda 4,317 milyar ton kükürt ve 269,8 milyon ton hidrojen elde edilmesi mümkündür. Karadeniz’deki bu hidrojen potansiyelinin enerji olarak değeri 3,78×1013 MJ (1,05×1013 kWh veya 9×108 toe (eşdeğer petrol ton)) olarak ifade edilebilir. Dolayısıyla, Karadeniz’de bulunan H2S’in enerji potansiyeli olarak önemi açıktır.

Yapılan deneysel çalışmalarda Karadeniz suyunun kompozisyonu laboratuvarda sentetik olarak hazırlanmıştır. Çalışmalar, doğrudan hidrojen sülfürlü suyun elektrolizi yerine, bu işlemdeki sorunları en aza indirmek için, dolaylı elektroliz yöntemiyle ve 2 aşamalı olarak gerçekleştirilmiştir. Bu yöntem, vanadyumun +4 ve +5 değerlikleri arasında dönüşümlü olarak kullanılmasına dayanır. İlk aşamada V(V)’in indirgenmesi ve hidrojen sülfür içindeki kükürtün çöktürülmesi, ikinci aşamada ise elektroliz ile V(IV)’ün yükseltgenmesi ve hidrojen üretimi başarılmıştır. Deneyler sonucunda birinci aşama için en uygun koşulların 50oC’de gerçekleştiği ve %90 oranında kükürtün çöktürülebildiği görülmüştür. İkinci aşamada, elektroliz işlemi için en uygun sıcaklığın 40oC olduğu gözlemlenmiştir. Yapılan hesaplamalar ile elde edilen hidrojen enerjisinin %34’ünün bu döngüsel işlem için harcandığı, geri kalan enerjinin yararlanılabilir enerji olarak değerlendirilebileceği anlaşılmıştır. Ayrıca, laboratuvardaki deneysel bulgulardan yararlanarak ve Chemcad programını kullanarak uygun bir proses geliştirme çalışması da yapılmıştır.

Kaynaklar:

Türkaslan, M. (2013). Karadeniz suyundan hidrojen üretimi. Retrieved from https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi/TezGoster?key=iTkOhwevEenJZ3onUvs52r_LfzbgDAG9LxrcP4_hV5L6Lx1ZRtsRwU71F6iQH4Bi

Karababa, İ. (1964). (publication). Karadeniz’de Metan Gazı Araştırması. Ankara.

Yazar hakkında

Serra Selin Övez