Hidrojen Yakıtlı Otomobiller (FCEV): Sürdürülebilir Mobilite Yolunda Geçerli Bir Seçenek mi?

Son yıllarda çevre dostu teknolojilere yönelik artan ilgi, otomotiv sektöründe önemli bir dönüşümü tetikledi. Bu dönüşüm çerçevesinde ele alınan teknolojilerden biri de hidrojen yakıtlı otomobiller (Fuel Cell Electric Vehicles - FCEV) geliyor. FCEV'ler, çevreye yalnızca su buharı yayarak çalışmaları nedeniyle sürdürülebilir bir alternatif olarak öne çıkıyor.

Bununla birlikte yazının ilerleyen noktalarında da değineceğimiz üzere, su elektrolizi yenilenebilir enerji kaynaklarıyla yapılabilse de şu anda yaygın olarak kullanılan yöntem CO2 emisyonuna sebep olan buhar metan reformasyonu olduğundan hidrojen üretimi her zaman çevre dostu bir seçenek olmayabilir.

Öte yandan birçok köklü marka, hidrojen yakıtlı araçların üretim ve testine başladı. Bu markalar arasında BMW, Toyota, Honda, Audi ve Hyundai gibi birçok iyi bildiğimiz üretici yer alıyor.

Hidrojen Yakıtlı Otomobil Nedir?

Hidrojen yakıtlı otomobiller, yakıt olarak hidrojen kullanan ve bu hidrojenin elektrik enerjisine dönüştürülmesiyle hareket eden araçlardır. FCEV'ler, hidrojen yakıt hücresi (fuel cell) kullanarak elektrik üretirler ve bu elektrik, aracın motorunu çalıştırmak için kullanılır. Bu süreçte ortaya çıkan emisyon, su buharıdır.

Çalışma Prensibi

Hidrojen yakıtlı otomobillerin çalışma prensibi, hidrojenin yakıt hücresine gönderilmesiyle başlar. Yakıt hücresinde, hidrojen molekülleri (H2), oksijen molekülleri (O2) ile bir araya gelerek bir kimyasal reaksiyon gerçekleştirir. Bu reaksiyon sonucunda elektrik enerjisi ve su buharı açığa çıkar. Elektrik enerjisi, aracın motorunu çalıştırmak için kullanılırken, su buharı egzozdan dışarı atılır.

Avantajları

Çevre Dostu: FCEV'ler, yalnızca su buharı emisyonu yaparak çalıştıkları için sürüşte karbon ayak izini minimuma indirirler.

Hızlı Yakıt Doldurma: Hidrojen yakıtı, benzin veya dizel gibi hızlı bir şekilde doldurulabilir. Ortalama hidrojen dolum süresi 2-3 dakikadır.

Uzun Menzil: Hidrojen yakıtlı araçlar, tam dolu bir depo ile 400-600 kilometre arasında menzil sunabilir.

Sessiz Çalışma: Elektrik motorları sayesinde FCEV'ler, sessiz ve titreşimsiz bir sürüş deneyimi sunar.

Dezavantajları

Yüksek Maliyet: Hidrojen üretimi, depolanması ve taşınması maliyetlidir. Ayrıca, hidrojen yakıt hücrelerinin üretimi için kullanılan platin gibi değerli metaller de maliyetleri artırır.

Yetersiz Altyapı: Dünya genelinde sınırlı sayıda hidrojen dolum istasyonu bulunmakta ve bu durum FCEV'lerin yaygınlaşmasını engelliyor.

Enerji Verimliliği: Hidrojen üretimi, taşıması ve dönüşümü sırasında enerji kayıpları yaşanır. Bu nedenle, enerji verimliliği açısından elektrikli araçlara göre daha düşük performans sergiler.

Güvenlik Endişeleri: Hidrojen son derece yanıcı bir madde olup, depolama ve taşıma sırasında güvenlik riskleri oluşturabilir.

Bunun yanı sıra hidrojenli arabaların neden elektrikli araçlardan (EV) daha popüler hale gelemeyeceği de ayrıntılı olarak tartışılan başlıklar arasında. Öne çıkan noktalar ise şöyle:

Enerji Verimliliği:

• Elektrikli Araçlar: Elektrikli araçlar, enerjiyi şebekeden tekerleklere kadar dönüştürmede oldukça verimli ve yaklaşık %77 verimliliğe ulaşıyor. Bu, bataryada depolanan enerjinin büyük kısmının aracı sürmek için kullanıldığı anlamına gelir.
• Hidrojen Yakıt Hücreli Araçlar (HFCV'ler): Hidrojen yakıtlı arabalar ise birçok verimsizlikle karşı karşıyadır. Hidrojen üretme süreci, genellikle elektroliz yoluyla, yaklaşık %70-80 verimlidir. Hidrojenin taşınması ve depolanması daha fazla enerji kaybına neden olur ve yakıt hücreleri hidrojeni tekrar elektriğe dönüştürmede yaklaşık %50-60 verimlilikle çalışır. Sonuç olarak, başlangıçtaki elektrik enerjisinin sadece %30-35'i tekerleklere güç sağlar.

Maliyet Hususları:

• Üretim Maliyeti: Hidrojen üretimi pahalıdır, özellikle elektroliz kullanıldığında, bu önemli miktarda elektrik gerektirir. Buhar metan reformasyonu daha ucuzdur ancak karbondioksit salımı yapar, bu da çevresel faydaları azaltır.
• İşletme Maliyetleri: Hidrojenli arabaların işletme maliyetleri, yakıt hücrelerinin ve hidrojen tanklarının bakımı dahil olmak üzere, elektrikli araba bataryalarının bakımından daha karmaşık ve potansiyel olarak daha pahalıdır.
• Hidrojenli bir arabanın kilometre başına maliyeti, evde şarj edilen elektrikli bir otomobilin yaklaşık olarak iki katıdır. BMW hidrojen yakıtlı araç birimi müdürü Axel Rücker bu işletme maliyetlerinin de birbirine yaklaşması gerektiğini düşünüyor.

Altyapı Zorlukları:

• Elektrikli Araç Şarj Altyapısı: Elektrikli araç şarj altyapısı hızla genişlemekte olup, şarj noktaları şehirlerde, işyerlerinde ve evlerde giderek yaygınlaşmaktadır. Bu büyüme, hidrojen yakıt istasyonlarına kıyasla daha düşük maliyetler ve daha kolay kurulum ile desteklenmektedir.
• Hidrojen Yakıt İstasyonları: Hidrojen yakıt istasyonu ağı kurmak ise maliyetlidir ve büyük yatırımlar gerektirir. Bu istasyonlar, hidrojeni güvenli bir şekilde depolamak ve sıkıştırmak için özel depolama ve sıkıştırma ekipmanlarına ihtiyaç duyar.

Çevresel Etki:

• Hidrojen Üretimi: Hidrojen, su kullanılarak yenilenebilir enerji ile üretilebilirken, şu anda yaygın olarak kullanılan yöntem buhar metan reformasyonudur ve CO2 salımı yapar. Yenilenebilir enerji ile elektroliz yoluyla üretilen yeşil hidrojen ideal olsa da şu anda sınırlı ve pahalıdır. Bu nedenle, hidrojen üretimi her zaman çevre dostu olmayabilir.
• Elektrikli Araçlar: Elektrikli araçlar şebekeden doğrudan yenilenebilir enerji kullanabilir, bu da onları çevre açısından daha faydalı hale getirir, özellikle de belektrik üretiminde yenilenebilir enerjilerin payı arttıkça.

Teknolojik İlerlemeler:

• Batarya Teknolojisi: Lityum-iyon bataryalar ve katı hal bataryalar gibi yeni teknolojiler, elektrikli arabaların menzilini artırmakta, şarj sürelerini kısaltmakta ve maliyetlerini düşürmektedir. Bu iyileştirmeler, elektrikli araçları tüketiciler için giderek daha çekici hale getiriyor.
• Yakıt Hücresi Teknolojisi: Yakıt hücrelerinin verimliliği ve dayanıklılığında bazı iyileştirmeler olsa da batarya teknolojisindeki hızlı ilerlemelerin gerisinde kalmaktadır. Yakıt hücrelerinin maliyeti ve karmaşıklığı da önemli engeller olarak kalmaktadır.

Pazar Benimsemesi ve Tüketici Tercihleri:

• Elektrikli Araç Pazarının Büyümesi: Elektrikli araç pazarı hızla büyürken, hükümet teşvikleri, düşen batarya maliyetleri ve artan tüketici kabulü ile destekleniyor. Büyük otomobil üreticileri, elektrikli araba geliştirmeye büyük yatırımlar yaparken, pazarda kitlelerin benimsemesini daha da hızlandırıyor.
• FCEV Pazarı: Hidrojenli arabalar için pazar çok daha küçüktür, daha az model mevcut ve sınırlı tüketici ilgisi vardır. Yüksek maliyetler ve altyapı zorlukları, yaygın benimsemeyi engelliyor.

Hidrojen Yakıt İstasyonlarının Durumu

Dünya genelinde hidrojen yakıt istasyonlarının sayısı oldukça sınırlı ve bu durum FCEV'lerin benimsenmesini zorlaştırıyor. EVTank'ın 2023 verilerine göre, dünya genelinde toplam 1089 hidrojen yakıt ikmal istasyonu bulunuyor ve bu istasyonların büyük bir kısmı Çin'de yer alıyor. Ancak, bazı büyük şirketlerin hidrojen dolum tesislerini kapatma kararı alması, hidrojenin geleceği hakkında soru işaretleri yaratıyor. Bu durumun önemli bir örneği olarak Shell, dünya genelindeki hidrojen dolum tesislerini kapatma kararı aldı ve bu durum kafalarda FCEV araçlar için yeni soru işaretleri yaratmaktadır.

BMW hidrojen yakıtlı araç birimi müdürü Rücker bu durumla ilgili düşüncelerini şu şekilde ifade ediyor; “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.”

Sonuç olarak hidrojen yakıtlı otomobiller, çevre dostu olma potansiyeli ve uzun menzil avantajları ile dikkat çekse de yüksek maliyetleri, yetersiz altyapı eksikliği ve enerji verimliliği konusundaki dezavantajları nedeniyle henüz elektrikli araçlara rakip olabilecek potansiyele sahip değildir. Ancak, teknolojik gelişmeler ve altyapı yatırımları ile bu araçların gelecekte daha da yaygınlaşabileceği umut edilmektedir. Bu süreçte, hükümetlerin ve özel sektörün koordineli bir şekilde çalışması da büyük önem taşımaktadır.

Bu yazı Voltify staj programında görev alan Şebnem Güner tarafından hazırlanmıştır.

Kaynaklar

1. [EVTank ve Çin Pil Endüstrisi Araştırma Enstitüsü Raporu, 2023]

2. [Shell'in Hidrojen Dolum Tesislerini Kapatma Kararı]

3. [Hidrojen Yakıtlı Araçlar ve Elektrikli Araçlar Arasındaki Farklar]

4. [Hidrojen Yakıtlı Araçların Ekonomik ve Çevresel Etkileri]

5. [BMW'nin Hidrojen Yakıt Hücresi Teknolojisi Üzerine Görüşleri]

6. Veziroğlu, Ayfer. "Hidrojen neden potansiyel bir ulaşım yakıtı olarak seçilmelidir?." Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 10.1 (2021): 404-411.