Yeşil Hidrojenin Üretilip Doğal Gaza Karıştırılması Çalışmaları

Günümüz ekonomilerinde nüfusun artışı ve yaşam kalitesindeki değişiklikler, üretim altyapısında büyük değişiklikleri beraberinde getirmektedir. Fosil yakıt süreçlerinden kaynaklanan karbondioksit emisyonlarının iklim değişikliği potansiyeliyle mücadele etmek için yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı artmaktadır. Bu eğilimin nedeni, dünya genelinde artan enerji talebi ve fosil yakıt tüketimidir. Doğal gaz, toplam enerji talebinin üçte birini oluşturan ve küresel olarak en yüksek karbon emisyonunu üreten fosil yakıttır.

Hidrojen, daha düşük sera gazı emisyonları ve sürdürülebilir enerji sağladığı için yenilenebilir enerji kaynakları arasında büyük ilgi görmektedir. Bu bağlamda hidrojen, enerji güvenliği ve sürdürülebilirlik için kritik bir enerji taşıyıcısı olarak görülmektedir. Hidrojen, günümüzün ve geleceğin birincil yakıtı olarak kabul edilmekte ve fosil yakıtların mevcut mirasını tamamen ortadan kaldırmakta, dünya çapında ekonomik ve çevresel koşulları iyileştirme ümidini de beraberinde getirmektedir.

Bu raporda dünyada ve Türkiye’de enerji üretim ve tüketim istatistikleri, doğal gaz ve hidrojenin önemi ve genel özellikleri, hidrojenin doğal gaza karıştırılması amacıyla dünyada gerçekleştirilen projeler ve teorik çalışmalar anlatılmıştır. Ayrıca, Konya şehrinin Karatay ilçesinde GAZBİR-GAZMER şirketine ait laboratuvarda hidrojen ve doğal gazın karıştırılıp evsel cihazlara beslenmesi ile ilgili gerçekleştirilen deneysel çalışmalar
açıklanmıştır. Daha sonra sonuçlar ve önerilerden bahsedilmiş ve son olarak çalışmalarda kullanılan referanslar sunulmuştur.

Bu rapor, okuyucuya hidrojen ve doğal gaz için kullanılan tüm önemli kavramlar ve teknolojilere giriş sağlamak ve hidrojenin doğal gaza karıştırılması çalışmaları hakkında bilgi vermek için hazırlanmıştır. Bu raporun yeni bir pencere açacağı ve Türkiye’de hidrojen ile doğal gazın karıştırılması çalışmalarına öncü olacağı umulmaktadır.

Günümüz ekonomilerinde nüfusun artışı ve yaşam kalitesindeki değişiklikler, üretim altyapısında büyük değişiklikleri beraberinde getirmektedir. Fosil yakıt süreçlerinden kaynaklanan karbondioksit emisyonlarının iklim
değişikliği potansiyeliyle mücadele etmek için yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı artmaktadır. Bu eğilimin nedeni, dünya genelinde artan enerji talebi ve fosil yakıt tüketimidir. Doğal gaz, toplam enerji talebinin üçte
birini oluşturan ve küresel olarak en yüksek karbon emisyonunu üreten fosil yakıttır.
Hidrojen, daha düşük sera gazı emisyonları ve sürdürülebilir enerji sağladığı için yenilenebilir enerji kaynakları arasında büyük ilgi görmektedir. Bu bağlamda hidrojen, enerji güvenliği ve sürdürülebilirlik için kritik bir
enerji taşıyıcısı olarak görülmektedir. Hidrojen, günümüzün ve geleceğin birincil yakıtı olarak kabul edilmekte
ve fosil yakıtların mevcut mirasını tamamen ortadan kaldırmakta, dünya çapında ekonomik ve çevresel koşulları
iyileştirme ümidini de beraberinde getirmektedir.
Bu raporda dünyada ve Türkiye’de enerji üretim ve tüketim istatistikleri, doğal gaz ve hidrojenin önemi
ve genel özellikleri, hidrojenin doğal gaza karıştırılması amacıyla dünyada gerçekleştirilen projeler ve teorik
çalışmalar anlatılmıştır. Ayrıca, Konya şehrinin Karatay ilçesinde GAZBİR-GAZMER şirketine ait laboratuvarda hidrojen ve doğal gazın karıştırılıp evsel cihazlara beslenmesi ile ilgili gerçekleştirilen deneysel çalışmalar
açıklanmıştır. Daha sonra sonuçlar ve önerilerden bahsedilmiş ve son olarak çalışmalarda kullanılan referanslar
sunulmuştur.
Bu rapor, okuyucuya hidrojen ve doğal gaz için kullanılan tüm önemli kavramlar ve teknolojilere giriş sağlamak ve hidrojenin doğal gaza karıştırılması çalışmaları hakkında bilgi vermek için hazırlanmıştır. Bu raporun
yeni bir pencere açacağı ve Türkiye’de hidrojen ile doğal gazın karıştırılması çalışmalarına öncü olacağı umulmaktadır.

İnsanoğlunun çevreye olumsuz etkilerinin anlaşılmasıyla birlikte ortaya çıkan çevresel endişeler karar vericileri sera gazı emisyonlarını (GHG) azaltmak için acil iklim planları yapmaya zorladı. İçeriği zenginleştirilerek
ve sürdürülebilir sistemlerde kullanılarak doğal gazın yanmasından kaynaklanan olumsuz etkiler azaltılabilir.
Doğal gaz şebekesi tüm dünyada olduğu gibi Türkiye’de de hem elektrik hem ısı açısından önemli bir role
sahiptir. Doğal gaza hidrojen karıştırılması dâhil olmak üzere doğal gaz kullanımını iyileştirmek için pek çok
çalışma yapılmaktadır.
Yenilenebilir enerjilerin rolü çevre için çok önemlidir ve bir enerji taşıyıcısı olarak hidrojen, enerji sistemlerinin çevresel etkilerini azaltmak için umut vadetmektedir. Hidrojenin iletiminde ve depolanmasındaki
zorluklar ve gelişmiş ülkelerin birçoğunda hâlihazırda mevcut olan doğal gaz şebekeleri düşünüldüğünde,
boru hatlarına hidrojen enjekte edilmesi hidrojenin kullanımı için en verimli yöntemlerden biridir. Şebeke
istikrarsızlığına yol açabileceğinden yenilenebilir kaynaklardan sürdürülebilir olarak elektrik üretilebilmesi
için depolama sistemlerine ihtiyaç duyulmaktadır. Rüzgâr çiftliklerinden ve güneş tarlalarından elde edilen
elektriğin ihtiyaç olmayan zamanlarda kullanılması ile hidrojen üretilmesi giderek yaygınlaşmakta ve bir enerji depolama seçeneği olarak umut vadetmektedir.
Mevcut gaz altyapısı, hidrojenin etkin bir şekilde kullanımı için ekonomik ve verimli yöntemlerden biri
olarak kabul edilmektedir. Hidrojen, düşük karbon ekonomisinde elektriğin yanında, ısı, ulaşım ve güç sistemi
hizmetleri sağlama yönünden önemli bir rol oynama kapasitesine sahiptir. Hidrojen, doğrudan ve CO2
üretmeden motorlarda ve kazanlarda yakılabilir ya da yakıt hücrelerinde elektrik üretmek için kullanılabilir. Başta
yakıt hücreleri olmak üzere hidrojen teknolojileri, yenilenebilir enerji kaynaklarının kesintili olması sorununa
bir çözüm olarak dengeleyici, kontrol edilebilir bir kapasite sağlar. Kısa vadeli dinamikleri yönetmeye ek olarak, elektriği hidrojene veya diğer yakıtlara dönüştürmek, uzun vadeli depolamayı sağlayabilir.
Bu rapor, konut uygulamalarında kullanılmak üzere hidrojenin doğal gaz içerisine karıştırılması amacıyla
yürütülen Temiz Hidrojen Enjeksiyonu ile Doğal Gaz Sistemlerinin Performansının İyileştirilmesi Projesi’nin
gelişim sürecini ele almıştır. GAZBİR-GAZMER’e ait Konya’da bulunan Test Ölçüm ve Kalibrasyon Merkezinde kurulan laboratuvarda hidrojen, alkali su elektrolizör ünitesi vasıtasıyla üretilmekte ve elektrolizör için
gerekli elektrik, güneş panelleri ve rüzgâr türbininden sağlanmaktadır. Geri kalan elektrik gücü, laboratuvardaki diğer ekipmanların elektrik ihtiyacını karşılamak için kullanılmaktadır. Sistemin teknik, ekonomik ve
çevresel açıdan değerlendirilmeleri, Aspen Plus, Homer Pro ve Engineering Equation Solver (EES) yazılımları
kullanılarak gerçekleştirilmektedir. Bu proje ile ülkemizde ilk defa doğal gaz ile hidrojenin karıştırılması ve
evsel cihazlara beslenmesi hayata geçirilmiştir. Böylelikle çevreye etkileri azaltılmış ve karbonsuzlaştırma
çabalarına katkı sağlayacak bir çözüm hedeflenmektedir. Projede temiz ve yenilenebilir enerji kaynakları ile
suyun elektrolizi yönteminden üretilen hidrojenin doğal gaz hattına enjektesini gerçekleştirebilecek gaz karışımı ve kontrol sistemleri proje ekibince geliştirilmiştir. Hidrojen ve doğal gaz karışımının yanma testleri evsel
ocakta ve kombide gerçekleştirilmiştir.
2020 yılında Türkiye’de gerçekleşen elektrik tüketiminin kaynaklara göre dağılımı Şekil 1’de verilmiştir.
Türkiye’de 2021 yılı Temmuz ayı itibariyle 26.000 MW’ı doğal gaz santrali olmak üzere toplam 98.000 MW
kurulu güce ulaşılmıştır [2]. 2020 yılında doğal gaz santralleri ile 68,07 TWh elektrik üretilmiştir.
6 TÜRKİYE’DE YEŞİL HİDROJENİN ÜRETİLİP DOĞAL GAZA KARIŞTIRILMASI ÇALIŞMALARI

TÜRKİYE’DE YEŞİL HİDROJENİN ÜRETİLİP DOĞAL GAZA KARIŞTIRILMASI ÇALIŞMALARI
Türkiye, tarihsel olarak Doğu ve Batı arasındaki en önemli geçiş koridorlarından biri olmuştur ve Karadeniz’den Ege Denizi’ne tek deniz geçişini sağlamaktadır. Boğaziçi’nin kontrolü, bölgenin jeopolitik tarihini
belirlemiştir. Türkiye’nin coğrafyası, onu hidrokarbon bakımından zengin Orta Doğu ve Hazar Denizi’nin bazı
bölgelerinden Avrupa’ya önemli bir geçiş rotası haline getirmektedir.
Azerbaycan’dan Trans-Anadolu Doğal Gaz Boru Hattı’nın (TANAP) devreye girmesiyle Türkiye’ye ve
Trans Adriyatik Boru Hattı (TAP) aracılığıyla Güneydoğu, Doğu, Orta ve Batı Avrupa’ya artan doğal gaz arzı
sağlanmıştır. TürkAkım gaz boru hattının da Türkiye’ye ek Rus gazı sağlayarak önerilen Tesla boru hattı aracılığıyla Rus gazını Güneydoğu ve Orta Avrupa’ya taşıyacaktır. Bu ek büyük boru hatlarının yanı sıra doğal
gaz dağıtımı ve LNG altyapısına yapılan diğer son yatırımlar, Türkiye’nin hidrokarbon zengini ülkelerden
Avrupa’ya bir enerji köprüsü olarak konumunu güçlendirecektir.
Ülkemizde ve diğer pek çok ülkede hem ısıtma hem de elektrik üretimi için yaygın bir şekilde doğal gaz
kullanılmaktadır. Türkiye’de 18 Ocak 2021 tarihinde 272,3 milyon m3
tüketim değeri ile tüm zamanların rekoru kırılmıştır, tüketim sadece İstanbul’da 51,1 milyon metreküp değerine ulaşmıştır [3]. 2021 yılı Mart ayı
itibariyle doğal gaz dağıtım şebekesinin uzunluğu 14.100 km çelik, 95.100 km polietilen, 38.300 km servis
hattı olmak üzere toplam 147.500 km’ye ulaşmıştır [4]. 2018 yılı sonu itibariyle 81 ilin tamamında doğal gaz
kullanım imkânı sağlanmıştır [5]. 2020 yılı sonu itibariyle toplam abone sayısı 17,5 milyona ulaşmıştır [6].
Doğal gazın yoğun olarak kullanıldığı ülkelerdeki ve dünyadaki toplam tüketim Şekil 2’de verilmiştir [7].
Şekil 2’de de görülebileceği gibi dünyadaki toplam tüketim son 25 yılda 70 TWh’ten 141 TWh’e çıkmıştır. Bu
tüketimin %1,1 Türkiye’de gerçekleşmektedir. Kanada, Almanya, Rusya, Birleşik Krallık, Arjantin, Çin, İran,
Türkiye ve ABD için toplam doğal gaz tüketim değerlerine bakıldığında, 2019 yılındaki en yüksek doğal gaz
tüketim değerlerinin ABD, Rusya ve Çin’e ait olduğu görülmektedir.

Türkiye’de son 5 yılda gerçekleşen doğal gaz tüketimi Şekil 3’te verilmiştir [8]. Son 5 yılda doğal gaz tüketimi ortalama 48 milyar m3 olmuştur. İklim şartlarına bağlı olarak hem konutlarda hem de sanayide kullanım değişmekle birlikte, yenilenebilir enerji ve hidroelektrik santrallerde gerçekleşen elektrik üretimine bağlı
olarak doğal gaz santrallerinin kullanımı da değişmektedir.
Doğal gaz göreceli olarak diğer fosil kaynaklara göre çevresel etkileri daha az olan bir yakıttır. Türkiye’de
doğal gaz kullanımı sonucunda salınan karbondioksit miktarları Şekil 4’te verilmiştir [8]. Bu değerler doğal
gaz tüketim değerleriyle uyum göstermektedir. 2015’ten 2018’e kadar santrallerde doğal gaz tüketimi ve dolayısıyla CO2
emisyonu değerleri diğer sektörlere göre daha yüksek iken, 2019 yılında santrallerde kullanılan
doğal gaz değeri en düşük değerine ulaştığından emisyon değerleri de bu sektör için en düşük değerdedir.
Doğal gazın konutlarda kullanımı neticesinde ortaya çıkan CO2
miktarı ortalama 22,4 milyon ton olurken sanayideki kullanım 23,4 milyon ton olarak gerçekleşmiştir.

TÜRKİYE’DE YEŞİL HİDROJENİN ÜRETİLİP DOĞAL GAZA KARIŞTIRILMASI ÇALIŞMALARI 9
Ülkemizdeki en büyük doğal gaz depolama tesisleri Tuz Gölü Doğal Gaz Yer Altı Depolama Tesisi, Kuzey
Marmara ve Değirmenköy Depolama Tesisi, Marmaraereğlisi LNG tesisi ve Egegaz LNG Terminalidir. Tuz
Gölü Doğal Gaz Yer Altı Depolama Tesisi Tuz Gölü’nün yaklaşık 40 km güneyinde, Aksaray ili, Sultanhanı
ilçesinde yer almaktadır. Tesisin çalışma gazı kapasitesi 600 milyon Sm3
’e ve günlük geri üretim kapasitesi de
20 milyon Sm3
’e ulaşmıştır [9].
Ayrıca Silivri ilçesi Alipaşa Köyünde Kuzey Marmara ve Değirmenköy’de 2,84 milyar Sm3
çalışma gazı,
günlük 25 milyon Sm3
geri üretim kapasitesine sahip doğal gaz rezervuarı kurulmuştur [10]. Marmaraereğlisi
LNG tesisleri 255 bin m3 hacminde depolama kapasitesine ve 37 milyon Sm3 /gün doğal gaz gazlaştırma kapasitesine sahiptir [11]. Egegaz Aliağa LNG tesislerinde toplam 170 milyon Sm3 gaz depolama imkânı bulunmaktadır [12]. 2020 yılı ithalat, ihracat, üretim ve tüketim miktarlarının karşılaştırması Şekil 5’te sunulmuştur [13]. 2020 yılında doğal gaz tüketimi ve ithalatı 48 milyar m3 civarındadır.
Üretim İhracat Rusya Azerbaycan İran Cezayir Nijerya Diğer
Şekil 5: Türkiye’de 2020 yılında gerçekleşen doğal gaz ihracatı, üretimi, ithalatı (milyon m3
) ve ithalat
yapılan ülkeler (Veriler [13]’ten alınmıştır.)
Konya’da kurulan laboratuvara beslenen ve hesaplamalarda kullanılan doğal gazın bileşimi ve bu bileşimdeki gazların fiziksel özellikleri Tablo 1’de verilmiştir.
Tablo 1: Hesaplamalarda kullanılan doğal gazın bileşimi ve gazların fiziksel özellikleri*
Gaz Kimyasal formülü İçeriği (%)
Metan CH4 92,30
Etan C2
H6 3,42
Propan C3
H8 1,12
i-Bütan C4
H10 0,22
n-Bütan C4
H10 0,31
i-Pentan C5
H12 0,09
n-Pentan C5
H12 0,07
Hekzan+ C6
H14 0,04
Nitrojen N2 2,16
Karbondioksit CO2 0,27
*Konya’da yürütülen proje kapsamında kullanılan doğal gaza ait dağıtım firmasından temin edilen değerler
Yayın no: HTD-2021-3
10 TÜRKİYE’DE YEŞİL HİDROJENİN ÜRETİLİP DOĞAL GAZA KARIŞTIRILMASI ÇALIŞMALARI
Doğal gaz yer altında mevcut iken, hidrojen doğada kullanılabilir halde bulunmaz. Fosil yakıtlar, su ve biyokütleden üretilebilir. Hidrojen;
● Yüksek sıcaklıkta buhar kullanılarak gaz reformu
● Fosil yakıt ve biyokütle gazlaştırması
● Yüksek sıcaklıkta buhar kullanarak termokimyasal su ayrıştırması
● Elektrik (özellikle yenilenebilir enerji kaynakları) kullanarak su elektrolizi
● Yüksek sıcaklık elektrolizi (özellikle nükleer enerji santralinde)
● Etanol veya biyoyakıt üretmek için sıvı iyileştirmesi
● Fotoelektrokimyasal ve fotokatalitik yöntemler ile üretilebilir.
Metan ve hidrojenin fiziksel özelliklerinin karşılaştırılması Tablo 2’de sunulmuştur [14]. Dağıtım sistemindeki doğal gaz metan, etan, bütan, propan, hekzan, karbondioksit ve azot gazının bir bileşimi olmasına
rağmen yüksek oranda (%90 veya daha fazla) metan içerdiği için literatürdeki çalışmalar metan gazı ile yapılmaktadır [15-16].
Tablo 2: Metan ve hidrojen gazlarının fiziksel özelliklerinin karşılaştırılması (Veriler [14]’ten alınmıştır.)
Özellik Birim H2 CH4
Özgül Isı (cp
) kJ/kgK 14,31 2,236
Özgül Isı (cv
) kJ/kgK 10,19 1,713
Fügasite (f) kPa 100,1 99,83
Entalpi (h) kJ/kg 3958 3,156
Füzyon Entalpisi (HF) kJ/kg 59,53 58,59
İletkenlik (k) W/mK 0,1779 0,0344
İzantropik üs (k) (-) 1,406 1,303
Moleküler Ağırlık (MW) kg/kmol 2,016 16,04
Asentrik Faktör (ω) (-) -0,2187 0,0114
Kritik Basınç (Pc
) kPa 1296 4599
Prandtl Sayısı (Pr
) (-) 0,7315 0,7318
Yoğunluk (ρ) kg/Sm3 0,0945 0,7542
Entropi (s) kJ/kgK 53,52 0,01825
Ses hızı (SS) m/s 1319 449,7
Kritik sıcaklık (TC) K 33,15 190,6
Normal kaynama noktası (Tnb) K 20,37 111,7
Normal kaynama noktasında buhar yoğunluğu kg/m3 1,34 1,82
Doyma sıcaklığı (Tsat) K 20,32 111,5
İç enerji (u) kJ/kg 2720 -152,1
Sıkıştırılabilirlik faktörü (Z) (-) 1,001 0,9983
Üçlü nokta sıcaklığı (Ttriple) K 13,96 90,69
Isıl yayılma (α) m2
/s 0,0001539 0,00002387
BÖLÜM 3
HİDROJEN VE ÖNEMİ
Yayın no: HTD-2021-3
TÜRKİYE’DE YEŞİL HİDROJENİN ÜRETİLİP DOĞAL GAZA KARIŞTIRILMASI ÇALIŞMALARI 11
Özellik Birim H2 CH4
Kritik özgül hacim (vC) m3
/kg 0,03199 0,006148
Hacimsel termal genleşme katsayısı (β) 1/K 0,003332 0,003354
Özgül hacim (ν) m3
/kg 12,38 1,552
Üst ısıl değer, kütle bazlı (ÜID) kJ/kg 141.764 55.516
Alt ısıl değer, kütle bazlı (AID) kJ/kg 119.946 50.023
Üst ısıl değer, hacim bazlı (ÜID) kJ/Sm3 13.393 41.871
Alt ısıl değer, hacim bazlı (AID) kJ/Sm3 11.332 37.228
Kinematik viskozite (ν) m2
/s 0,0001126 0,00001747
Viskozite (μ) g/ms 0,009093 0,01125
Havada kendiliğinden tutuşma sıcaklığı K 844 813
Maksimum alev sıcaklığı K 1800 1495
Stokiyometrik yakıt/hava oranı – 0,42 0,095
En düşük ateşleme enerjisi mJ 0,02 0,28
Yayın no: HTD-2021-3
12 TÜRKİYE’DE YEŞİL HİDROJENİN ÜRETİLİP DOĞAL GAZA KARIŞTIRILMASI ÇALIŞMALARI
Doğal gaza belirli oranlarda hidrojen karıştırılması birçok ülkede hâlihazırda hizmet veren doğal gaz şebekelerini aktif olarak kullanmaya devam etmek ve karbon salınımını azaltmak için uygun bir stratejidir. Öztürk
ve Dinçer [17], konut uygulamalarında doğal gaz ve hidrojeni karıştırmak için kullanılabilecek bir sistem
önermişlerdir. Evsel cihazlardaki yanma reaksiyonundan kaynaklanan karbondioksit emisyonları, yenilenebilir hidrojenin doğal gaza %20 hacimsel oranda karıştırılmasıyla azaltılmıştır. Hatlardaki olası uyum problemlerinden dolayı hidrojenin doğal gaz boru hattına karıştırılmasının bir üst limiti bulunmaktadır. Bu limit, genellikle doğal gaza karıştırılmış hidrojenin hacimce %20’si civarındadır [18]. Mevcut boru hatlarında hidrojenin
doğal gaza karıştırılması, Wobbe indeksini düşürür ve yanma özelliğini değiştirir.
Güçten gaza sistemi mantıklı bir seçenek olsa da çevre, ekonomi, politika düzenlemeleri ve verimlilik
açısından geliştirilmelidir [19]. Bir güçten gaza tesisinin devreye alınması, yenilenebilir enerjinin depolanmasına ve doğal gaz gibi geleneksel enerji kaynakları ile rekabet etmesine olanak sağlamaktadır. Maliyeti
nispeten yüksek olmasına rağmen, bu sistemler enerji depolama teknolojisi olarak kullanılabilir [20]. Güçten
gaza sistemlerinde temel proses suyun elektrolizidir [21]. Bu nedenle elektrikle hidrojen üretiminde en önemli
parametreler; verimlilik ve maliyettir. Güçten gaza sistemlerinin geri ödeme süresi, elektrik üretim yöntemi
ile doğrudan ilişkilidir. Bazı çalışmalarda, projenin geri ödeme süresi ile ilgili olarak 20 yıl veya daha uzun
süreler rapor edilmiştir [22].
Mevcut doğal gaz boru hatlarında hidrojeni kullanmanın pratik ve güvenlik problemlerinin çözümü için
laboratuvar ve pilot ölçekte çalışmalar devam etmektedir. Tablo 3’te de görüleceği gibi farklı ülkelerde yenilenebilir ve fosil kaynaklı hidrojen üretiminin ve üretilen hidrojenin doğal gaza karıştırılması için projeler geliştirilmiştir. Bunların bir kısmında sadece kavram ortaya konulmuş, diğerlerinde ise ayrıntılı bilginin mevcut
olmadığı görülmüştür.
Hollanda’da gerçekleşen hidrojen doğal gaz karışımı projelerinden biri Ameland’dır. Karışım, evsel uygulamalar için bir apartmanda bulunan 14 eve beslenmiştir. Hidrojen üretimi için, bir PEM elektrolizör ünitesi
kullanılmış ve üretilen hidrojen hacimce %5 ile %20 arasında değişen oranlarda doğal gaza karıştırılmıştır. İşletme sırasında mevcut boru hatlarında, ocaklarda ve kombilerde oluşabilecek herhangi bir güvenlik sorununa
değinilmemiştir [23].
GRHYD projesi gaz şebekesine hidrojen enjekte edip 200 konutluk bir bölgeye beslenmesi amacıyla 2014
yılında Fransa’nın Dunkirk kentinde başlatılmıştır [24]. Elektrolizör için gerekli elektrik enerjisi güneş enerjisinden sağlanmaktadır. Üretilen hidrojen, farklı hacimsel oranlarda (%6-20 arası) doğal gaza enjekte edilmiştir. Projenin bir sonraki fazında elde edilen gaz karışımının Dunkerque şehrindeki doğal gazlı otobüsler
için kullanılması planlanmaktadır. Fransa’daki bir diğer proje olan Jupiter, 0,5 MW kapasiteli PEM ve 0,5
MW alkali elektrolizörler kullanarak hidrojen üretmeyi hedeflemiştir. Elektrolizörün elektrik ihtiyacı rüzgâr
ve güneş gibi yenilenebilir enerji kaynaklarından karşılanmaktadır. Üretilen hidrojen sadece doğrudan doğal
gaz şebekesine enjekte edilmekle kalmayıp, aynı zamanda tutulan karbondioksit ile reaksiyona girerek metana dönüştürülecektir. Fransa’da başlatılan H2V Products projesinde ise, yenilenebilir enerjiden hidrojen elde
edilmesi ve belirli oranlarda mevcut doğal gaz boru hatlarına enjekte edilerek CO2
salınımının azaltılması
planlanmaktadır [25]. İlk aşamada 53 milyon dolar bütçeyle toplam gücü 100 MW olan 40 elektrolizör tasarlanması, 2025 yılına kadar güç kapasitesinin 700 MW’a çıkarılması ve bu sayede yılda 500.000 ton yeşil
hidrojen üretilebilmesi hedeflenmektedir.
BÖLÜM 4
DOĞAL GAZA HİDROJEN KARIŞTIRMA ÇALIŞMALARI
Yayın no: HTD-2021-3
TÜRKİYE’DE YEŞİL HİDROJENİN ÜRETİLİP DOĞAL GAZA KARIŞTIRILMASI ÇALIŞMALARI 13
Tablo 3: Devam eden ve planlanan projeler
Proje İsmi Ülke Başlama
Tarihi
Elektrolizör
Tipi
Güç Girdisi
(kW)
Uygulama Karışım
Oranı
Ameland Hollanda 2008 PEM 8,3 Hatta
enjeksiyon
%20’ye kadar
RH2
-WKA Almanya 2009 Alkali 1000 Hatta
enjeksiyon
Güç üretimi
Bilinmiyor
Hybrid Power Plant
Prenzlau
Almanya 2011 Alkali 600 Güç üretimi
Depolama
–
H2
-Forschungszentrum
Cottbus
Almanya 2012 PEM 145 Depolama –
WindGas Falkenhagen Almanya 2013 Alkali 2000 Hatta
enjeksiyon
Metanlaşma
Bilinmiyor
PtG Project in
Rozenburg
Hollanda 2013 PEM 8,3 Metanlaşma –
ThügaDemonstrationsanlage
Almanya 2014 Bilinmiyor 300 Hatta
enjeksiyon
Bilinmiyor
Delfzijl Energy Valley Hollanda 2014 Bilinmiyor 12.000 Kimya
endüstrisi
–
Wind2Hydrogen Avusturya 2015 PEM 100 Hatta
enjeksiyon
Ulaşım
%1-10
Power-to-Gas (enerji
depolama amaçlı)
Kanada 2015 PEM 5000 Hatta
enjeksiyon
Depolama
Bilinmiyor
Energiepark Mainz Almanya 2015 PEM 6000 Hatta
enjeksiyon
Ulaşım
%0-15
H2BER Almanya 2015 Alkali 500 Hatta
enjeksiyon
Ulaşım
Bilinmiyor
MicrobEnergy Almanya 2015 PEM 2500 Metanlaşma
Ulaşım
–
RWE Ibbenbüren Almanya 2015 PEM 150 Hatta
enjeksiyon
Bilinmiyor
WindGas Hamburg Almanya 2015 PEM 1500 Hatta
enjeksiyon
Bilinmiyor
Agerbæk – Helle Danimarka 2015 PEM Bilinmiyor Hatta
enjeksiyon
Depolama
Güç üretimi
%15’e kadar
P2G Hassfurt Almanya 2016 PEM 1250 Hatta
enjeksiyon
Depolama
Bilinmiyor
Hydrogen injection in
the gas grid
Danimarka 2017 Bilinmiyor Bilinmiyor Hatta
enjeksiyon
Depolama
%15’e kadar
Yayın no: HTD-2021-3
14 TÜRKİYE’DE YEŞİL HİDROJENİN ÜRETİLİP DOĞAL GAZA KARIŞTIRILMASI ÇALIŞMALARI
Proje İsmi Ülke Başlama
Tarihi
Elektrolizör
Tipi
Güç Girdisi
(kW)
Uygulama Karışım
Oranı
GRHYD Fransa 2017 Alkali 100 Hatta
enjeksiyon
Ulaşım
%20’ye kadar
Hybridge Almanya 2017 Alkali ve
PEM
100.000 Metanlaşma
Hatta
enjeksiyon
Bilinmiyor
HyStock Hollanda 2017 Bilinmiyor 1000 Hatta
enjeksiyon
Bilinmiyor
Jupiter 1000 Fransa 2018 Alkali ve
PEM
1000 Hatta
enjeksiyon
Metanlaşma
Bilinmiyor
Underground Sun
Storage
Avusturya 2018 Alkali 600 Hatta
enjeksiyon
Depolama
%10’a kadar
Wind to Gas
Südermarsch
Almanya 2018 PEM 2500 Hatta
enjeksiyon
Depolama
Bilinmiyor
Kidman Park Avustralya 2018 Bilinmiyor Bilinmiyor Hatta
enjeksiyon
Depolama
Bilinmiyor
Low-Carbon Energy
Project
Kanada 2021 PEM Bilinmiyor Hatta
enjeksiyon
Bilinmiyor
MéthyCentre Fransa 2019 Bilinmiyor 250 Ulaşım
Metanlaşma
–
H2
ORIZON Almanya 2019 PEM 880 Ulaşım –
H2
Wyhlen Almanya 2019 Alkali 1000 Depolama –
HyDeploy Birleşik
Krallık
2019 PEM 500 Hatta
enjeksiyon
%20’ye kadar
H2V Product Fransa 2021 Alkali 100.000 Hatta
enjeksiyon
Bilinmiyor
HyNet North West Birleşik
Krallık
2023 – Bilinmiyor Hatta
enjeksiyon
Bilinmiyor
Avusturya’da 2015 ve 2018 yıllarında Wind2Hydrogen ve Underground Sun Storage (Şekil 6) olmak üzere iki proje başlatıldı. Wind2Hydrogen, saatte 14,4 Nm3
hidrojen üretmeyi ve bunu yakıt hücreli arabalara
ve doğal gaz şebekesine beslemeyi amaçlayan bir araştırma projesidir [27]. Proje kapsamında hacimce %10
hidrojen içeren 1,2 milyon metreküp doğal gaz yeraltı jeolojik yapılara enjekte edilmiştir. Doğal gaz ve hidrojen karışımı depolama testi 2017 yılında başarıyla tamamlanmıştır [28]. Güçten gaza (power-to-gas) (enerji
depolama amaçları için), Kuzey Amerika’daki güçten gaza konsepti için en büyük tanıtım projesi olacaktır.
Yenilenebilir elektrikten üretilen hidrojen, depolanmak ve nakledilmek üzere doğal gaz boru hatlarına enjekte
edilecektir [29].
Almanya’da hidrojen üretimi, depolanması ve kullanımı konseptleri ile ilgili pek çok proje bulunmaktadır.
WindGas Falkenhagen projesinde, rüzgâr türbinleri ile üretilen elektrik depolanmaktadır ve elektroliz ünitesine verilmektedir. Yaklaşık 360 Nm³/h hidrojen, 1,6 km’lik bir hidrojen boru hattı aracılığıyla gaz şebekesine
beslenmiştir [30]. Hybridge projesi, Avrupa’nın en büyük güçten gaza projelerinden biridir. Bu proje, 2023
yılına kadar yenilenebilir enerji kaynaklarından sağlanan 100 MW kapasiteli su elektrolizi yoluyla hidrojen
üretmeyi planlamaktadır. Üretilen hidrojen, ulaşım, doğal gaza karıştırılma ve metanizasyon yoluyla metan
üretimi için kullanılacaktır [31].
Yayın no: HTD-2021-3
TÜRKİYE’DE YEŞİL HİDROJENİN ÜRETİLİP DOĞAL GAZA KARIŞTIRILMASI ÇALIŞMALARI 15
Şekil 6: Avusturya’da gerçekleştirilen Underground sun storage projesi (Kaynak [26]’dan alınmıştır.)
MicrobEnergy tarafından geliştirilen BiON® teknolojisi, yenilenebilir enerji kaynakları ile suyun elektrolizi yoluyla hidrojen üretimini hedeflemektedir. Bu hedefle, hidrojen biyolojik bir süreçle metana dönüştürülecek ve doğal gaz şebekesine beslenecektir [32]. WindGas Hamburg projesi, Şekil 7’de görüntüsü verilen
WindGas Falkenhagen projesi ile aynı hedeflerle Hamburg-Reitbrook’ta bir pilot tesis kurulması amacıyla
gerçekleştirilmiştir [33]. Energiepark Mainz projesi güneş ve rüzgâr enerjisini elektroliz yoluyla hidrojen ve
metana dönüştürerek depolamayı amaçlamıştır. Yeşil hidrojen üretimi için PEM teknolojisine sahip üç adet
SILYZER-200 model elektrolizör kullanılmıştır [34]. Emisyonları azaltmak amacıyla H2BER proje tesisi kurulmuştur ve yakıt ikmal istasyonunda, kombine güç ve ısı santralinde kullanılmak üzere yeşil hidrojen üretilmiştir. Ayrıca metal hibrit sistem depolama için testler yapılmıştır [35].
MéthyCentre projesinin amacı ise, fosil yakıtlara alternatif olabilecek yenilenebilir gazın teknik ve ekonomik fizibilite çalışmasını yapmaktır. Anaerobik çürütme ve güçten gaza süreçlerinin kullanılmasıyla, evsel
(ısıtma, sıcak su, ocak), endüstriyel (ısı, kimya) ve yakıt ihtiyaçlarını karşılamak için yerel gaz şebekesine yenilenebilir metan ve hidrojen enjekte edilmiştir [37]. Hibrit Enerji Santrali Prenzlau, 120 Nm3
/h üretim kapasiteli, hidrojen depolamayı amaçlayan bir diğer projedir [38]. Delfzijl Energy Valley projesi, suyun elektrolizi ile
hidrojen ve oksijen üretmek için başlatılmıştır. Oksijen, sentetik gaz üretmek için biyokütlenin gazlaştırıldığı
bir gazlaştırma tesisinde kullanılmıştır. Öte yandan, hidrojen ve sentez gazı kimya endüstrisinde hammadde
olarak kullanılmıştır [39]. Rozenburg’daki güçten gaza projesinin 1. aşaması (2013-2018) sırasında, hidrojen
bir sitede ısıtma için kullanılan sentetik doğal gaza dönüştürülmüştür. 2. aşamada ise (2018-2023), ısıtma için
%100 hidrojen kullanımı gösterilecektir. Yerel olarak üretilen yeşil hidrojen, bir gaz hattı aracılığıyla sitenin
kazanına taşınmaktadır. Bu hat, geleneksel doğal gaz şebekesindeki hat ile aynı malzemelerden oluşmaktadır.
Projede ayrıca, Hollanda’da üretilen ilk hidrojen kombileri kullanılmaktadır [40].
Yayın no: HTD-2021-3
16 TÜRKİYE’DE YEŞİL HİDROJENİN ÜRETİLİP DOĞAL GAZA KARIŞTIRILMASI ÇALIŞMALARI
Şekil 7: Almanya’daki WindGas Falkenhagen projesinin görüntüsü ([36]’dan alınmıştır.)
RWE Ibbenbüren projesinde, rüzgâr ve güneş enerjisi gibi yenilenebilir enerji kaynaklarından elde edilen
fazla elektriğin verimli bir şekilde hidrojene dönüştürülmesi amaçlanmıştır. Tesiste üretilen hidrojen, bölgesel
RWE gaz şebekesine beslenmekte ve gerektiğinde kombine ısı ve güç santralinde kullanılarak tekrar elektriğe
dönüştürülebilmektedir [41]. 2019 yılında başlatılan H2
-Wyhlen projesinde, hidrojen üretimi ve araçta kullanım amaçlı depolama hedeflenmektedir. Hidrojen üretim ve depolama kapasiteleri sırasıyla 200 Nm3
/h ve 1600
kg’dır [42]. Cottbus hidrojen araştırma merkezi, H2
ORIZON, Thüga uygulama merkezi ve Şekil 8’de fotoğrafı
verilen RH2
-WKA Almanya’da güçten gaza konseptini gerçekleştiren diğer projelerdir.
Başka bir proje Danimarka’nın Agerbæk şehrinde 2015 yılında başlatılmıştır [44]. %15’e kadar farklı hacimsel hidrojen oranları test edilmiştir. Kanada’da, Enbridge Gaz Dağıtım Şirketi ve Hydrogenics Markham
Enerji Depolama tesisinde doğal gaz ve hidrojen karışımını gerçekleştirmeyi hedefliyor [45]. Kuzey Amerika’daki en yüksek güç yoğunluğuna ve minimum ayak izine sahip olması hedeflenen tesiste başlangıçta 2,5
MW güce sahip elektrolizör planlanmaktadır. HyStock projesi, Gasunie şirketi tarafından Hollanda’da başlatılmıştır. Ayrıca proje kapsamında yeraltı gaz depolama tesisi kurulmuştur [46]. Yaklaşık 12.500 güneş paneli
kullanarak 1 MW’lık güç elde edilmekte ve hem elektrolizör hem de tesisin elektrik ihtiyacı karşılanmaktadır.
Şekil 8: RH2
-Werder/Kessin/Altentreptow projesinin bir fotoğrafı ([43]’ten alınmıştır.)
Yayın no: HTD-2021-3
TÜRKİYE’DE YEŞİL HİDROJENİN ÜRETİLİP DOĞAL GAZA KARIŞTIRILMASI ÇALIŞMALARI 17
İngiltere’deki Keele Üniversitesi’nde uygulamaya geçen HyDeploy projesinde (Şekil 9) hacimce %20’ye
kadar hidrojenin doğal gaza enjekte edilmesi ve elde edilen karışımın kampüste kullanılması hedeflenmektedir [47]. Birleşik Krallıkta ayrıca buhar metan reformu yoluyla hidrojen üretip endüstriyel uygulamalarda
kullanmak ve doğal gaz ve hidrojen karışımı elde etmek için HyNet projesi başlatılmıştır [48]. Literatürdeki
mevcut çalışmalar ve gerçekleştirilen deneysel çalışmalar sonucunda doğal gaza hacimsel olarak %20’ye kadar hidrojen ilavesinin boru hattının ve yakıcı cihazların güvenilirliği üzerinde olumsuz bir etkisinin olmadığı
görülmektedir.
Şekil 9: İngiltere’nin HyDeploy projesi ile binaları ısıtmak için bir gaz şebekesine temiz hidrojen enjekte
eden ilk pilot uygulaması ([49]’dan alınmıştır.)
Scopus’ta son 10 yıl için “hydrogen into natural gas” aramasından elde edilen makale, kitap, kitap bölümü
ve konferans bildirisi çalışmalarının sayısına göre ilk 20 ülke Şekil 10’da verilmiştir. Bu konudaki çalışmalar
özellikle 2016 yılı sonrası belirgin bir artış göstermiştir. Türkiye’deki çalışmalarda yenilenebilir enerji kaynaklarından üretilen hidrojenin doğal gaz hattına karıştırılması ile yanma veriminin iyileşeceği ve çevreye olan
emisyonların azalacağı gösterilmiştir.
Şekil 10

18 TÜRKİYE’DE YEŞİL HİDROJENİN ÜRETİLİP DOĞAL GAZA KARIŞTIRILMASI ÇALIŞMALARI
Üretilen hidrojenin doğal gaz şebekesine enjeksiyonunda gerekli sistem veya alt ekipman için alınan patentler Tablo 4’te özetlenmiştir.
Tablo 4. Hidrojenin doğal gaz şebekesine karıştırılmasıyla ilgili patentlere genel bakış
No Patent İsmi Patent Numarası Kısa Açıklama Referans
1 Hydrogen Injection into Gas
Pipelines and Other Pressurized Containers
US4294274A Bu patent, doğal gaz boru hatlarına
ve basınçlı kaplara hidrojen enjeksiyonu ile ilgilidir.
[50]
2 System and Method for Energy and Hydrogen Production
US20080127646A1 Hidrojen üretmek için güneş, rüzgâr
ve dalga gibi yenilenebilir enerji
kaynakları kullanılmıştır. Üretilen
hidrojenin sentez gazı, petrol ürünleri
üretmek ve doğal gaz ile karıştırılmak için kullanıldığı bildirilmiştir.
[51]
3 System for Blending and
Compressing Gases
US7740031B2 Araçta kullanım veya depolama
için hidrojen ve doğal gazın yüksek
basınçta karıştırılmasına yönelik bir
sistem sunulmaktadır.
[52]
4 Electrolyser and Energy System
US2015167182A1 Suyun elektrolizinden elde edilen
hidrojenin yaklaşık %5 gibi düşük bir
konsantrasyonunun, ev tipi ocak gibi
tipik gazla çalışan cihazların çalışmasını değiştirmeden doğal gaza enjekte
edilebileceği bildirilmektedir.
[53]
5 Multi-functional Natural Gas
and Hydrogen Mixing Gas
Station and Filling Method
CN105090738A Bu buluş, çok fonksiyonlu bir hidrojen ve doğal gaz karıştırma istasyonu
ve doldurma tekniği sunmaktadır.
Bu sayede gerçek zamanlı ve yüksek
hassasiyette ayarlanabilir karıştırma
sağlamaktadır.
[54]
6 Sustainable and Safe Tube for
Supplying Gaseous Fuel such
as LPG, NG or Hythane
CA2552167C Bu buluşta çeşitli polyester tüp konfigürasyonlarının tasarımı bildirilmektedir.
[55]
7 A kind of system that gas
ductwork is injected using
clean energy resource generating electrolytic hydrogen
production
CN207166137U Bu buluş, temiz enerjiden elektroliz
yoluyla hidrojen üretmek ve üretilen
hidrojeni gaz boru hattına enjekte
etmek için bir sistem önermektedir.
[56]
8 Hydrogen-mixed Natural
Gas Pipeline Valve Chamber
Safe Emptying System and
Method
CN110671605A Bu buluş, hidrojen ve doğal gaz karışımı boru hattı valf odası güvenli
boşaltma sistemi ve yöntemini sunar.
[57]
Doğal gaz ve hidrojen karıştırılması çalışmalarında önemli noktalar aşağıdaki gibi sıralanabilir:
● Malzeme seçimi ve davranışları
Birkitt vd. [59] İngiltere’nin doğal gaz şebekesindeki malzemelerin 2 bar’a kadar %80 doğal gaz ve %20
hidrojen karışımından (hacimsel) nasıl etkileneceğini analiz etmişlerdir. Yazarlar hidrojenin şebekedeki metalik ve polimerik malzemeler üzerindeki etkisini ve hidrojene maruz kalmanın polietilen boru hattı birleştirme
ve onarım tekniklerine etkisini incelediler. Gaz dağıtım ağındaki metalik malzemelerin büyük çoğunluğunun,
doğal gaz ile karşılaştırıldığında 2 bar basınca kadar mekanik (çekme) özelliklerinde önemli bir bozulma göstermediği sonucuna varmışlardır. Polimerik malzemelerde hidrojen, doğal gaz ve karışım test edilmiş, benzer
şekilde malzemede herhangi bir bozulma gözlenmemiştir. Gaz dağıtım hattında kullanılan başlıca malzemeler
Tablo 5’te verilmiştir.
Yayın no: HTD-2021-3
TÜRKİYE’DE YEŞİL HİDROJENİN ÜRETİLİP DOĞAL GAZA KARIŞTIRILMASI ÇALIŞMALARI 19
Tablo 5: Gaz dağıtım hattında kullanılan malzemeler
Malzeme Kullanım Alanı
Orta yoğunluklu polietilen PE 80 Boru hatları
Düşük mukavemetli çelik Boru hatları
Dökme demir Vanalar, regülatörler
Bakır Bina içi boru hatları
Sarı pirinç Boru bağlantıları
Alüminyum Vanalar, cihazlar
Kalay veya bakır esaslı lehimler Boru bağlantıları
Kurşun bazlı lehimler Boru bağlantıları
Elastomerler veya polimerler Yuvarlak conta, diyaframlar
Kauçuk hortumlar Ev içi bağlantılar
Naylon Sayaçlar
Epoksi kür esaslı polimerler Sayaçlar, regülatörler, boru hattı onarımları
Paslanmaz çelik Hidrojen enjeksiyon ve karıştırma ünitesi
Hidrojenin kristal kafes dizileri içindeki boşlukta veya arayer kristal boşluklarındaki etkisinden dolayı
düşük yük taşıma kapasitesi olarak gözlemlenen hidrojen kırılganlığı (embrittlement) meydana gelebilir. Ortam sıcaklığına yakın sıcaklıklarda, bir dizi metal, özellikle gövde merkezli kübik kristal kafes yapısına sahip
olanlar, hidrojen kırılganlığına karşı hassastır [59].
● Karışım oranlarının önemi, emniyet ve güvenlik
Hidrojen, benzin ve doğal gaz dâhil diğer yanıcı yakıtlardan daha fazla veya daha az tehlikeli değildir.
H2
’nin bazı özellikleri, benzin veya diğer yakıtlara kıyasla güvenlik faydaları sağlamaktadır. Bununla birlikte,
tüm yanıcı yakıtlar dikkatli bir şekilde kullanılmalıdır. Benzin ve doğal gaz gibi, H2
de yanıcıdır ve belirli
koşullar altında tehlikeli bir şekilde davranabilmektedir. Basit yönergelere uyulduğunda ve davranışı kullanıcı
tarafından anlaşıldığında H2
güvenli bir şekilde kullanılabilir. Güvenlik, H2
üretiminden kullanımına kadar
değişen teknolojiler için ilgilenilmesi gereken önemli bir konudur. Yeterli güvenliği teyit etme ve izin tedarik
süreçlerini basitleştirme amacıyla H2
için kodlar ve standartlar oluşturulmalıdır. Örneğin, gelişmiş kaçak tespiti veya sensör teknolojileri, çalışma sırasında güvenliği sağlama açısından önemlidir.
Hidrojen, uçuculuğu ve yayılması nedeniyle güvenlikle ilgili bir dizi zorluğu da beraberinde getirir. Hidrojen ile çalışırken, kabul edilebilir basınç ve sıcaklık aralıkları gibi birçok güvenlik gereksinimi bulunmaktadır.
Bu gereksinimler, kamuya açık H2
dolum istasyonları için bir altyapı oluştururken son derece kritiktir. Hidrojen altyapısının kodları ve standartları ile uyum içerisinde çalışmak için izleme ve kontrol cihazları (gaz kaçak
ve yangın/alev sensörleri gibi) gerekmektedir. İdeal olarak, bu izleme ve kontrol cihazlarının düşük bakım ve
işletme maliyetlerine sahip olması istenir. Kentsel ve yüksek nüfuslu alanlarda geniş çapta H2
dağıtım altyapısına izin verilebilmesi için boru hatları tasarlanırken güvenlik önlemleri de dikkate alınmalıdır. Farklı H2
son
kullanım seçeneklerinin başarılı bir şekilde ticarileştirilmesi, mevcut altyapı ile aynı veya daha fazla güvenlik
ve uyum sunan etkili bir H2
dağıtım altyapısı gerektirmektedir. Hidrojen mevcudiyeti durumuna yönelik yeni
yönetmelikler oluşturulması büyük önem arz etmektedir. Türkiye’de iş güvenliğine, çalışma güvenliğine ve
kullanım güvenliğine yönelik yasaların ve düzenlemelerin hazırlanması gerekmektedir.
● Standartlar ve kodlar
Hidrojeni, yakıt hücreli araçlarda veya endüstriyel gaz türbinlerinde yakıt olarak ve mesken veya endüstriyel yanma prosesi için karışım gazının bir bileşeni olarak ve boru hatlarında taşımak gibi farklı alanlarda
kullanabilmek için, güvenlik kodları, standartlar ve yönetmeliklere uyulmalıdır. Hidrojenle ilgili sistemlerin
kurulumu için NF M58-003 kod standardı geçerlidir. Hidrojenin basınçlandırıldığı ve araçlarda kullanıldığı yakıt hücresi sistemi bileşenleri için, Amerikan Ulusal Standart Organizasyonu ANSI/CSA HGV 3.1-2015 kodları yerel kısıtlamalarımıza göre değiştirilebilir. Aynı durum hidrojen dağıtım sistemleri, bağlantı elemanları,
Yayın no: HTD-2021-3
20 TÜRKİYE’DE YEŞİL HİDROJENİN ÜRETİLİP DOĞAL GAZA KARIŞTIRILMASI ÇALIŞMALARI
akaryakıt istasyonları ve hidrojen bakımından zengin gaz karışımları için de geçerlidir. Ayrıca taşınabilir yakıt
hücreli güç sistemleri, ASME PTC 50 gibi kod ve standartlara ihtiyaç duyar. Türk Standartları Enstitüsünün bu
kod, standart ve yönetmelikleri hazırlamak için dünyadaki diğer geçerli standartları kullanabileceğini belirtmekte fayda bulunmaktadır. Hayati öneme sahip bir diğer alan ise hidrojenin kaçak ve taşıma standartlarıdır.
Örneğin, ISO 261 42, hidrojen tespiti için gerekli standartları belirlemektedir. Hidrojeni ve hidrojen sistemlerini binalar ve ekipmanlar da kullanmak için, güvenlik sensörleri, kodları ve standartları, toplum için kullanıcı
dostu bir şekilde yerelleştirilmelidir.
● Kontrol ve ekipmanlarda izleme sistemleri
Hem güneş ve rüzgâr gibi yenilenebilir enerji sistemleri hem de hidrojen bazlı sistemlerde yüksek verim
elde etmek için kontrol ve izleme sistemleri kurulmalıdır. Böylece hem maksimum güç çıkışı hem de en
yüksek verim güvenli bir şekilde elde edilebilir. Kontrol tekniği, istenen tesis çıktısını ve sistem verimliliğini
arttırmada çok önemli bir rol oynar. Sistem tasarımı sürecinde uygun kontrol tekniği seçilerek bir hibrit sistemden güç elde edilebilirliği ekonomik olarak maksimize edilebilir. Akış boyunca gaz sayaçları, kütle akış
kontrolörleri, çek valfler, elektromanyetik valfler ve basınç regülatörü gibi kontrol elemanları kullanılmalıdır.
Ölçülen değerler, veri toplayıcı aracılığıyla bilgisayardan anlık olarak izlenebilir ve gerektiğinde hızlı bir şekilde değiştirilebilir.
Türkiye’de hidrojenin üretimi, depolanması, taşınması ve son kullanımı için kapsamlı planlar geliştirilmelidir. Oluşturulan bir plan, önlemleri ve planı gerçekleştirmek için gerekli bütçeyi içermelidir. Hidrojen planı,
hidrojen yatırımları için uygulanabilir olan mevcut planları desteklemelidir. Amaç, ortak bir hedefe doğru
birlikte çalışmaları için mevcut programları organize etmektir. Hazırlanacak planlar tüm ilgili hidrojen faaliyetlerini bir araya getirmenin yanı sıra, başarılı bir H2
ekonomisine geçiş sırasında bilgiyi dağıtmayı, yerel ve
küresel faaliyetleri canlandırmayı kolaylaştırabilir.
TÜRKİYE’DE YEŞİL HİDROJENİN ÜRETİLİP DOĞAL GAZA KARIŞTIRILMASI ÇALIŞMALARI
Yayın no: HTD-2021-3
21
Doğal gaza hidrojen enjeksiyonu ile ilgili Konya, Türkiye’de GAZBİR-GAZMER yürütücülüğünde, AKSA
ve ENERYA ortaklığında, Yıldız Teknik Üniversitesi iştiraki ile bir proje gerçekleştirilmektedir. Bu proje ile
Türkiye’de ilk defa doğal gaz ile hidrojenin karıştırılarak evsel cihazlara beslenmesi hayata geçirilmiştir. Proje
ile çevreye etkileri azaltılmış ve karbonsuzlaştırma çabalarına katkı sağlayacak bir çözüm geliştirilmesi hedeflenmektedir. Güneş panelleri, rüzgâr türbini ve yakıt hücresi ile elektrik ihtiyacının %100’ünü yenilenebilir
enerjiden sağlayan bir laboratuvar kurulmuştur. Hem akademik alanda hem de endüstriyel alanda yol gösterici raporlar ortaya konulmaktadır. Projede temiz ve yenilenebilir enerji kaynakları ile hidrojen üretilip doğal
gaza karıştırılması işlemi gerçekleştirilmektedir. Proje ekibince geliştirilmiş gaz karışımı ve kontrol sistemleri
kullanılarak, hidrojen ve doğal gaz karışımı yakma sistemlerinde test edilmekte, termodinamik, çevresel ve
ekonomik analizler yapılmaktadır.
Hidrojenin doğal gaz hattına karıştırılması durumunda yanma performansı ve çevreye yayılan emisyonların belirlenmesi amacıyla teorik çalışmalar yapılmıştır. Bir hidrojen-doğal gaz karışımının yanma reaksiyonu,
havanın %20,9 oksijen ve %79,1 azottan oluştuğu varsayılarak aşağıdaki gibi yazılabilir:
Burada, gazların hacimsel oranlarıdır. Doğal gaz için aşağıdaki bileşim dikkate alınmaktadır:
Burada, p ve r, ürünler ve reaksiyonlara girenler anlamına gelir. DIN 51857’ye göre yanma odasına beslenen gazlı yakıtların akış enerjisi için bir kıstas olan Wobbe indeksi şu şekilde tanımlanabilir:

Burada AIDvol;i ve sırasıyla ilgili gazın hacimsel alt ısıl değeri (kJ/m3
) ve yoğunluğudur (kg/m3
).
Yoğunluğun %20 hidrojen-%80 metan gazı karışımının alt ısıl değerine ve Wobbe indeksine etkisi Şekil
11’de verilmiştir. 70 °C’de karışımın yoğunluğu 0,46 kg/m3
iken alt ısıl değeri ve Wobbe indeksi sırasıyla
24.000 ve 35.500 kJ/m3
’tür. Sıcaklık -25 °C’ye düştüğünde karışımın yoğunluğu 0,64 kg/m3
’e, alt ısıl değeri
33.250 kJ/m3
’e ve Wobbe indeksi 49.250 kJ/m3
’e çıkmaktadır.
Şekil 11
Şekil 11: Karışımın alt ısıl değerinin ve Wobbe indeksinin yoğunluğa göre değişimi
BÖLÜM 5
MODELLEME VE ANALİZ ÇALIŞMALARI
Yayın no: HTD-2021-3
22 TÜRKİYE’DE YEŞİL HİDROJENİN ÜRETİLİP DOĞAL GAZA KARIŞTIRILMASI ÇALIŞMALARI

Şekil 12: Farklı gazların alt ısıl değerlerinin sıcaklığa göre değişimi
Farklı gazların (etan, propan, bütan, metan, hidrojen ve hidrojen-metan karışımı) alt ısıl değerlerinin sıcaklığa göre değişimi Şekil 12’de verilmiştir. Sıcaklık arttıkça yoğunluk azalacağı için hacim bazlı alt ısıl değer
azalmaktadır.
Şekil 13: Farklı gazların Wobbe indekslerinin sıcaklığa göre değişimi
Etan, propan, bütan, metan, hidrojen ve hidrojen-metan karışımının Wobbe indekslerinin sıcaklığa göre
değişimi Şekil 13’te verilmiştir. Alt ısıl değerle benzer şekilde, sıcaklık artışı ile birlikte Wobbe indeksi azalmaktadır. Wobbe indeksi (WI), doğal gaz, sıvılaştırılmış petrol gazı (LPG) ve şehir gazı gibi gaz yakıtlarının
birbiriyle değiştirilebilirliğinin bir göstergesidir ve sıklıkla gaz tedariki ve ulaşım araçlarının spesifikasyonlarında tanımlanır. Wobbe indeksi, bir yanma cihazının (ocak vb.) farklı bileşimdeki yakıtlarının yanma enerjisi
çıktılarını karşılaştırmak için kullanılır. H2
, CH4
, hidrojen ve metan karışımı, C2
H6
, C3
H8
ve C4
H10 gibi farklı
yakıtların alt ısıl değerleri ile Wobbe indeksleri Şekil 14’te gösterilmiştir. Doğal gazın içeriğinin büyük bir
kısmını oluşturan CH4
, C2
H6
, C3
H8
ve C4
H10 gazlarının alt ısıl değerleri ve Wobbe indeksleri bu şekilde gösterilmiştir. Hidrojen-metan karışımının alt ısıl değerinin ve Wobbe indeksinin hidrojen ve doğal gazın ayrı ayrı
sahip olduğu değerlerden daha yüksek olduğu görülmektedir.
Wobbe indeksi değerleri aynı birimlere sahip olsa bile yanma enerjisi yerine kullanılmamalıdır. Wobbe indeksinin ayrı olarak ele alınması gereken birkaç sınırlaması vardır. Uygun bir Wobbe indeksine sahip olmasına
rağmen yanma ekipmanının çalışmasını etkileyecek bir durum ortaya çıkabilir. Örneğin; doğal gaz içerisindeki
pentan gazı bazı çalışma koşulları altında önemli miktarlarda sıvılaşabilir. Bu durum yanma performansını düşürür. Ayrıca azot ve karbonmonoksit gibi reaktif gazların varlığı yakıt sistemi bileşenlerinde sorunlara neden
olabilir.
Yayın no: HTD-2021-3
TÜRKİYE’DE YEŞİL HİDROJENİN ÜRETİLİP DOĞAL GAZA KARIŞTIRILMASI ÇALIŞMALARI 23

Şekil 14: Farklı yakıtların 25 ℃ sıcaklık, 1 atm basınçtaki alt ısıl değerleri ve Wobbe indeksleri
Farklı hidrojen oranları için karışım gazının termofiziksel özellikleri Tablo 6’da verilmiştir. Doğal gaza
hidrojen ilavesiyle alt ısıl değerinin arttığı, yoğunluk ve Wobbe indeks değerlerinin düştüğü görülmektedir.
Doğal gaz içerisine %25 hacimsel olarak hidrojen ilavesi, kütlesel bazda %3,7’ye karşılık gelmektedir. Bunun
nedeni, hidrojenin yoğunluğunun 0,0945 kg/m3
iken doğal gazın yoğunluğunun 0,7542 kg/m3
olmasıdır. Doğal
gazın alt ısıl değeri 47,7 MJ/kg iken %20 hidrojen ilavesi ile bu ısıl değer 49,8 MJ/kg’a çıkmaktadır. Böylece
elde edilecek ısıl güçteki artış %4,4 olarak gerçekleşmektedir.
Tablo 6: Farklı hidrojen oranları için karışım gazının termofiziksel özellikleri
24
Şekil 14: Farklı yakıtların 25 ℃ sıcaklık, 1 atm basınçtaki alt ısıl değerleri ve Wobbe
indeksleri
Farklı hidrojen oranları için karışım gazının termofiziksel özellikleri Tablo 6’da
verilmiştir. Doğal gaza hidrojen ilavesiyle alt ısıl değerinin arttığı, yoğunluk ve Wobbe indeks
değerlerinin düştüğü görülmektedir. Doğal gaz içerisine %25 molar bazda hidrojen ilavesi,
kütlesel bazda %3,7’ye karşılık gelmektedir. Bunun nedeni, hidrojenin yoğunluğunun 0,0945
kg/m3 iken doğal gazın yoğunluğunun 0,7542 kg/m3 olmasıdır. Doğal gazın alt ısıl değeri 47,7
MJ/kg iken %20 hidrojen ilavesi ile bu ısıl değer 49,8 MJ/kg’a çıkmaktadır. Böylece elde
edilecek ısıl güçteki artış %4,4 olarak gerçekleşmektedir.
Tablo 6: Farklı hidrojen oranları için karışım gazının termofiziksel özellikleri
????????????????2(Mol
Bazlı) (%)
????????????????,????????2 (Kütle
Bazlı (%)
????????????????????????
(????????????????/????????????????)
????????????????????????
(????????????????????????????????/????????3)
????????????????
(????????????????/????????3)
????????
(????????????????/????????3)
0 0 47.746 9.359 50.395 0,8201
5 0,6 48.181 9.026 49.717 0,7838
10 1,26 48.658 8.694 49.034 0,7476
15 1,99 49.184 8.361 48.346 0,7113
20 2,80 49.766 8.029 47.654 0,6750
25 3,70 50.415 7.696 46.960 0,6387
Doğal gaz hidrojen karışımı içindeki hidrojen oranının hacim ve kütle bazlı alt ısıl değeri (AID)
ve Wobbe indeksi üzerindeki etkisi Şekil 15’e görülebilir. Wobbe indeksi, yakıt gazlarının
birbiriyle değiştirilebilirliğinin ve bunların enerji iletme konusundaki göreceli yeteneklerinin
bir ölçüsüdür.
Doğal gaz ve hidrojen karışımı içindeki hidrojen oranının hacim ve kütle bazlı alt ısıl değeri (AID) ve
Wobbe indeksi üzerindeki etkisi Şekil 15’te görülebilir. Wobbe indeksi, yakıt gazlarının birbiriyle değiştirilebilirliğinin ve bunların enerji iletme konusundaki göreceli yeteneklerinin bir ölçüsüdür. Şekil 14

Şekil 15: Karışım içindeki hidrojen oranının alt ısıl değer ve Wobbe indeksine etkisi
Doğal gaza hidrojen ilave edilmesinde ortaya çıkabilecek bir problem gazın geri kaçışıdır. Son kullanım
brülör, kazan veya gaz motorları olduğunda, hidrojenle karıştırılan doğal gazın alev hızı doğal gazdan farklı
olacaktır ve bu da sistemdeki geri tepme riskini artırır. Oluşacak riskleri engellemek için geri tepme vanaları
kullanılmaktadır. Hidrojenin iletilmesi ve depolanması için farklı metotlar bulunsa da ekonomik ve teknik
Yayın no: HTD-2021-3
24 TÜRKİYE’DE YEŞİL HİDROJENİN ÜRETİLİP DOĞAL GAZA KARIŞTIRILMASI ÇALIŞMALARI
açıdan sınırlamalar bulunmaktadır. Hidrojenin mevcut doğal gaz hattı ile belirli bir oranda doğal gaz ile karıştırılarak taşınması en verimli ve ucuz yöntemlerden biridir.
Doğal gaza hidrojen karıştırılmasının çevre ve enerji açısından getirdiği faydalar yapılan çalışmalarda
sunulmuştur. Konya’nın Karatay ilçesi için, yıl boyunca güneş radyasyonu ve panellerden elde edilecek gücün
değişimi Şekil 16’da gösterilmektedir. Güneş panellerinde en yüksek güce doğrudan güneş radyasyonuyla
orantılı olarak Nisan, Mayıs ve Haziran aylarında ulaşılmaktadır. En yüksek radyasyon ve dolayısıyla güç
üretim değerleri Mayıs ayında 97,08 W/m2
ve 1778 W iken, en düşük değerler Aralık ayında 45,29 W/m2
ve
829 W’tır. 2007-2016 yılları arasındaki her ay için 10 m rakımda ölçülen ortalama rüzgâr hızlarındaki değişim
ise Şekil 17’de gösterilmektedir. Rüzgâr türbininde ise en yüksek rüzgâr hızlarının görüldüğü Ocak, Mart ve
Temmuz aylarında en yüksek güç elde edilmektedir. Rüzgâr hızının ve buna bağlı olarak rüzgâr türbinlerinden
üretilen gücün en yüksek değerleri 4,11 m/s ve 1191 W ile Mart ayında, en düşük değerleri ise 1,95 m/s ve 127
W ile Aralık ayında gözlenmektedir [17].
Aspen Plus yazılımında kurulan sistemin görüntüsü Şekil 18’de verilmiştir. Burada elektrolizör, yakıt hücresi,
karışım ünitesi ve yanma odası modellenmiş ve duyarlılık analizleri gerçekleştirilmiştir [17]. Farklı karışım oranlarında hidrojen ve doğal gazın karıştırılması ve karışımın yanma reaktörüne beslenerek yakılmasının modellemesi
de Şekil 19’da verilmektedir [60]. Bu çalışmalarda her bir karışım oranında gerçekleşen yanma prosesi sonucu
açığa çıkan ısı hesaplanarak yanma performanslarının değişimi ile açığa çıkan emisyon değerleri analiz edilmiştir.
Ayrıca, sistemin termodinamik analizleri de gerçekleştirilerek enerji ve ekserji verimleri hesaplanmıştır.

Şekil 16: Konya’nın Karatay ilçesi için yıl boyunca güneş radyasyonu ve panellerden elde edilecek gücün değişimi [17]

Şekil 17: Konya’nın Karatay ilçesi için yıl boyunca rüzgâr hızının ve rüzgâr türbininden elde edilecek gücün
değişimi [17]
Yayın no: HTD-2021-3

Şekil 18: Aspen Plus yazılımında hazırlanan sistemin görüntüsü [17]
27
Şekil 18: Aspen Plus yazılımında hazırlanan sistemin görüntüsü [17]
Şekil 19: Aspen Plus yazılımında hazırlanan doğal gaz hidrojen karışımının analizi [60] Şekil 19: Aspen Plus yazılımında hazırlanan doğal gaz ve hidrojen karışımının analizi [60]
Hidrojen ve doğal gaz karışımının emisyonlar üzerindeki etkisini analiz etmek için Aspen Plus [61] yazılımında duyarlılık analizleri yapılmıştır. Analizler, Şekil 20’de görüldüğü gibi doğal gaz hattına daha yüksek
oranda hidrojen karıştırıldığında karbondioksit emisyonlarının azaldığını göstermektedir, bunun nedeni hidro-
Yayın no: HTD-2021-3
26 TÜRKİYE’DE YEŞİL HİDROJENİN ÜRETİLİP DOĞAL GAZA KARIŞTIRILMASI ÇALIŞMALARI
jenin karbonsuz bir enerji taşıyıcısı olmasıdır. Ayrıca, hidrojenin karışım oranının %0’dan %20’ye değişimi,
yanma reaktörü çıkışındaki oksijen akış hızını artırmıştır. Karışımdaki hidrojen oranı hacimsel olarak %0’dan
%20’ye değişirken, doğal gaz oranı %100’den %80’e değişecektir.

Şekil 20: Hidrojen ve doğal gaz karışım oranlarına göre üretilen CO2
ve O2
oranlarının değişimi
Yanma çıkışındaki buharın akış hızı ise, Şekil 21’de gösterildiği gibi karışımdaki hidrojen oranı ile azalmaktadır. Ayrıca, hidrojen oranının artışı ile yanma veriminin artması nedeniyle yanma reaktöründe açığa
çıkan ısı oranı daha yüksek değerlere sahiptir. Tasarlanan sistem için genel enerji ve ekserji verimliliğinin yıl
boyunca değişimleri Şekil 22’de gösterilmektedir. Verimler, %20 hidrojen ve %80 doğal gaz karışımı dikkate
alınarak genel sistem için hesaplanmıştır. En yüksek toplam enerji ve ekserji verimliliği Mart ayında %67,3 ve
%53,2 iken, en düşük verimler Aralık ayında %58,4 ve %44,2 olarak elde edilmiştir.
● Karadeniz potansiyeli ve alternatif hidrojen üretim seçeneği
Karadeniz’deki olası tüm rezervler göz önüne alındığında, Karadeniz’de bulunan 4,6 milyar ton H2
S’den
hidrojen üretim potansiyeli 3,29 trilyon m3
olarak bulunmuştur. Ayrıca arama faaliyetleri sonucunda Türkiye’nin Karadeniz bölgesinde 540 milyar m3
doğal gaz bulunmuştur. Mevcut ve gelecekteki doğal gaz potansiyelinin verimli ve temiz kullanımı için hacimce %20’ye kadar hidrojen ile karıştırılarak konutlara ve endüstriyel tesislere beslenmesi önerilmektedir.
Şekil 21
Hidrojen oranı
%0 %5 %10 %15 %20
Buhar akış hızı (kmol/h)
0,250
0,255
0,260
0,265
0,270
0,275
0,280
0,285
Doğal gaz oranı
%100 %95 %90 %85 %80
Isı çıkışı (kW)
22
23
24
25
26
27
28
Buhar
Isı
0,8
Enerji
Ekserji
Şekil 21: Hidrojen ve doğal gaz karışım oranlarına göre oluşan ısı ve buhar oranının değişimi
Yayın no: HTD-2021-3
TÜRKİYE’DE YEŞİL HİDROJENİN ÜRETİLİP DOĞAL GAZA KARIŞTIRILMASI ÇALIŞMALARI 27
Şekil 21
Şekil 22
Hidrojen oranı

Ocak
Şubat
Mart
Nisan
Mayıs
Haziran
Temmuz
Ağustos
Eylül
Ekim
Kasım
Aralık
Verimler
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
Enerji
Ekserji
Şekil 22: Yıl boyunca enerji ve ekserji verimlerinin değişimi [17]
Şekil 23’te gösterilen sistem, açık deniz rüzgâr enerjisi santrali, açık deniz güneş enerjisi santrali, H2
S PEM
elektrolizör ünitesi, bir basınç düşürme ve ölçüm istasyonu (RMS), kükürt ve hidrojen depolama tankları ve bir
karıştırma ünitesinden oluşmaktadır [15]. H2
S PEM elektrolizör ünitesi ve hidrojen kompresörü için gerekli elektrik enerjisi, açık deniz rüzgâr ve güneş enerjisi santralleri tarafından üretilecektir. Sistemde kullanılan doğal gazın
tamamı Karadeniz bölgesinden çıkarılmaktadır. Doğal gaz yeraltından çıkarıldığında içeriğinde bulunan kükürt
ve su gibi maddeler boruları aşındırdığı için çıkarılan doğal gaz doğrudan borulara iletilemez. Doğal gazdaki bu
aşındırıcı maddelerin arıtılması için denizde doğal gaz arıtma tesisi kurulması gerekmektedir. Aynı zamanda Karadeniz derin sularından hidrojen üretimi için gerekli olan hidrojen sülfür de elde edilebilir. H2
S karaya aktarılır
ve daha sonra özel bir H2
S PEM elektrolizörü kullanılarak hidrojen ve sülfür gazlarına ayrıştırılır. Elde edilen
hidrojen sıkıştırılır ve yüksek basınçlı hidrojen depolama tanklarında depolanır. Depolanan hidrojen ve Karadeniz bölgesinden çıkarılan doğal gaz karıştırılarak evsel ve endüstriyel uygulamalar için kullanılır. H2
S elektroliz
işleminden elde edilen sülfür gazı ise, ticari amaçla kullanılmak üzere yüksek basınçlı tanklarda depolanmaktadır.
Şekil 23
Açık Deniz Rüzgâr
Türbinleri
Karadeniz
H2S
S2
Doğal Gaz
H2
Basınç Düşürme ve
Ölçüm İstasyonu
Karıştırıcı
Ünitesi
Doğal gaz
S2
Depolama
H2 Depolama
Evsel
Uygulamalar
Elektrolizör
Açık Deniz Güneş
Enerji Santrali
Endüstriyel
Uygulamalar
H2 ve Doğal Gaz
Karışımı
Arıtma
Tesisi
Hidrojen yüzdesi
%0 %2 %4 %6 %8 %10 %12 %14 %16 %18 %20
8
50
Şekil 23: Karadeniz bölgesinde H2
S’in ve Türk doğal gazının kullanımı için önerilen sistemin şematik
gösterimi (Kaynak [15]’ten uyarlanmıştır.)
Yayın no: HTD-2021-3
28 TÜRKİYE’DE YEŞİL HİDROJENİN ÜRETİLİP DOĞAL GAZA KARIŞTIRILMASI ÇALIŞMALARI
Türkiye’de son on yıllık ortalama doğal gaz tüketim değeri yaklaşık 46,4 milyar m3
’tür. Bu rezerv kullanılırken, hidrojenle karıştırılmış doğal gazın yıllık doğal gaz tüketiminin ve rezerv ömrünün değişimi analiz
edilmiştir. Şekil 24’te gösterildiği gibi, 320 milyar m3
’ün %100 kullanımı durumunda, doğal gazın ömrü yaklaşık 6,9 yıl iken, hidrojenle karıştırılan doğal gazın ömrü %20 hidrojen ilavesi durumunda yaklaşık 7,4 yıldır.
Doğal gaz rezervinin faydalı ömründeki bu artış, yıllık doğal gaz tüketiminin %20 hidrojen ilavesiyle 46,4
milyar m3
’ten 43,1 milyar m3
’e düşmesinden kaynaklanmaktadır [15].
Şekil 23
Şekil 24
Açık Deniz Rüzgâr
Türbinleri
H2S
S2
Doğal Gaz
H2
Ünitesi
S2
Depolama
H2 Depolama
Elektrolizör
Açık Deniz Güneş
Enerji Santrali
Hidrojen yüzdesi
%0 %2 %4 %6 %8 %10 %12 %14 %16 %18 %20
Doğal gaz rezervlerinin kullanım zamanı (yıl)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Doğal gaz yüzdesi
%100 %98 %96 %94 %92 %90 %88 %86 %84 %82 %80
Yıllık doğal gaz tüketimi (Milyar m3
)
40
42
44
46
48
50
Yıl
Milyar m3
Şekil 24: Farklı doğal gaz ve hidrojen oranları için doğal gaz rezervlerinin ve yıllık
doğal gaz tüketiminin değişimi
TÜRKİYE’DE YEŞİL HİDROJENİN ÜRETİLİP DOĞAL GAZA KARIŞTIRILMASI ÇALIŞMALARI
Yayın no: HTD-2021-3
29
Konya’nın Karatay ilçesinde kurulan laboratuvarın şeması Şekil 25’te gösterilmektedir. Sistemin elektrik ihtiyacı güneş panelleri, rüzgâr türbini ve yakıt hücresinden üretilen elektrik ile karşılanmaktadır. Alkali elektrolizörde, saflaştırma ünitesinden gelen saf su güneş panellerinden ve rüzgâr türbininden elde edilen elektrik ile
elektrokimyasal bir prosese uğramaktadır. Alkali elektrolizörde su, elektroliz sonucu 10 bar basınçta hidrojen
ve oksijene ayrıştırılmaktadır. Elde edilen hidrojen ve oksijen gazları yüksek basınçlı tüplerde depolanmaktadır. Depolanan hidrojen doğal gaza karıştırılmak üzere karışım ünitesine gönderilmektedir. Elde edilen karışım kombi ve ocak gibi evsel cihazlarda kullanılmak üzere laboratuvara beslenmektedir. Kullanılan yakıt
hücresi güneş ve rüzgâr enerjisinin yeterli olmadığı durumlarda sürdürülebilirliği sağlayacak elektrik üretimi
için sisteme dahil edilmiştir. Yakıt hücresinin hidrojen ihtiyacı da depolanan hidrojenden karşılanabilecektir.
Laboratuvarın genel görüntüsü Şekil 26’da verilmiştir. Burada alkali elektrolizör ve hidrojenin belirli karışım
oranlarında doğal gaz ile karıştırıldığı karışım ünitesi görülmektedir. Mart 2021 itibariyle gerekli tüm yazılım
ve donanımların seçimi, alım süreçleri, kalibrasyonları ve kurulumları tamamlanmış, testlere başlanmıştır.
● Güneş panelleri ve rüzgâr türbini
Güneş panelleri ve rüzgâr türbini, sistemin elektrik enerjisi ihtiyacını karşılamak için kullanılmaktadır.
Başta hidrojen üretmek için alkali su elektrolizörü olmak üzere laboratuvardaki tüm cihazlar için gerekli elektrik panellerden ve türbinden sağlanmaktadır. Güneş panellerinin ve rüzgâr türbininin fotoğrafları Şekil 27 ve
28’de sunulmuştur. Rüzgâr türbini ve güneş panelleri laboratuvarın çatısında konumlandırılmıştır.
Alkali
Elektrolizör
PV – Paneller
Rüzgâr
Türbinleri
Su
Hidrojen Tüpleri Doğal Gaz PEM Yakıt
Hücresi Oksijen Tüpleri
Kombi ve
Ocak
Saflaştırıcı
Şekil 25: Laboratuvar şeması
BÖLÜM 6
LABORATUVAR ÇALIŞMALARI
Yayın no: HTD-2021-3
30 TÜRKİYE’DE YEŞİL HİDROJENİN ÜRETİLİP DOĞAL GAZA KARIŞTIRILMASI ÇALIŞMALARI
Şekil 26: Laboratuvarın görüntüsü
Şekil 27: Laboratuvar çatısına kurulan güneş panelleri
Şekil 28: Laboratuvar çatısına kurulan rüzgâr türbini
Yayın no: HTD-2021-3
TÜRKİYE’DE YEŞİL HİDROJENİN ÜRETİLİP DOĞAL GAZA KARIŞTIRILMASI ÇALIŞMALARI 31
• Alkali su elektrolizörü ve PEM yakıt hücresi
Elektrolizör ile su arıtma ünitesinden gelen deiyonize edilmiş suyun elektrokimyasal reaksiyonla hidrojen
ve oksijene dönüşmesi gerçekleştirilmektedir. Saatte 0,5 Nm³ hidrojen üretimi gerçekleştirilmektedir. Elektrolizörün elektrik tüketimi 6 kWh/Nm3
H2
’dir. 2 kW gücünde bir PEM yakıt hücresi, güneş radyasyonunun
ve rüzgâr hızının sistemin çalışması için yeterli olmadığı durumlarda elektrik üretmek için kullanılmaktadır.
• Karıştırma ve yakma
10 bar basınçta elektrolizörden üretilen hidrojen ve oksijen gazları tüplerde depolanmaktadır. Depolanan
hidrojen, evsel cihazlarda kullanılmak üzere doğal gaza enjekte edilebilmekte ve doğrudan yakıt hücresine
gönderilmektedir. Depolanan hidrojenin basıncı, bir basınç regülatörü vasıtasıyla 4 bar gösterge basıncına düşürülmekte ve daha sonra aynı basınç seviyesinde doğal gazla karıştırılmak üzere karıştırıcıya gönderilmektedir. Hidrojen karıştırma ünitesine kademeli olarak farklı hacimsel oranlarda beslenmekte ve doğal gaza enjekte
edilmektedir. Daha sonra karışım basıncı regülatör ile evsel cihaz çalışma basıncı olan 21 mbar’a düşürülmektedir. Kombi ve ocak aynı anda ve tam kapasiteyle çalıştığında saatte 3,48 m3
debiye ihtiyaç duyulmaktadır.
Gaz analiz cihazında baz alınan alt ısıl ve üst ısıl değerleri kcal/Sm3
biriminde Şekil 29’da görülmektedir. Gaz
analiz cihazında karışım içindeki metan, hidrokarbon ve hidrojen oranı ölçülmektedir.
(a) (b)
Şekil 29: Standart koşullar altındaki (0 °C sıcaklık, 1 atm basınç) gaz analiz cihazında baz alınan a) alt
ısıl değerleri b) üst ısıl değerleri
Evsel ocakta doğal gaz ve hacimsel olarak %80 doğal gaz ve %20 H2
karışımının yanmasının görüntüsü
Şekil 30’da sunulmuştur. Alev ve yanma karakteristiğindeki değişim ile ilgili testler devam etmektedir.
(a) (b)
Şekil 30
Su Arıtım
Cihazı
%8,81
Su ve Çözelti
%0,74 Elektrik
%12,68
Su Arıtım
Cihazı
%9,08
Su ve Çözelti
%0,74 Elektrik
%9,94
Su Arıtım
Cihazı
%936Su ve Çözelti
%0,75
Elektrik
%7,27
(a) (b)
Şekil 30: Ocak’ta hacimsel olarak (a) %100 doğal gaz (b) %80 doğal gaz ve %20 H2
karışımının
yanmasının görüntüsü
Yayın no: HTD-2021-3
32 TÜRKİYE’DE YEŞİL HİDROJENİN ÜRETİLİP DOĞAL GAZA KARIŞTIRILMASI ÇALIŞMALARI
• Akış kontrol sistemi
Sistemde yer alan cihazların kontrolü otomatik kontrol sistemi ile sağlanmaktadır. Kontrol sisteminin ekran görüntüsü Şekil 31’de verilmiştir. Sistem üzerinden gerektiğinde vanaların açılıp kapatılması, basınç regülatörlerinin çıkış basıncının ayarlanması ve karışım oranının değiştirilmesi işlemleri gerçekleştirilebilmektedir.
Ayrıca azot hattı aracılığıyla sisteme gerektiğinde azot gazı verilerek hattın temizlenmesi sağlanmaktadır. Basınç regülatörleri (Şekil 31’de gösterilen R1 ve R2) 4 bar basınç değerine ayarlanarak gelen gazların basınçlarını bu basınç değerine düşürmektedir. Böylece karıştırıcıya beslenmeden önce doğal gazın ve hidrojenin
basınç değerleri 4 bar basınç değerinde eşitlenmiş olmaktadır.
35
 Akış kontrol sistemi
Sistemde yer alan cihazların kontrolü otomatik kontrol sistemi ile sağlanmaktadır. Kontrol
sisteminin ekran görüntüsü Şekil 31’de verilmiştir. Sistem üzerinden gerektiğinde vanaların
açılıp kapatılması, basınç regülatörlerinin çıkış basıncının ayarlanması ve karışım oranının
değiştirilmesi işlemleri bu kontrol sistemi aracılığıyla gerçekleştirilebilmektedir. Ayrıca azot
hattı aracılığıyla sisteme gerektiğinde azot gazı verilerek hattın temizlenmesi sağlanmaktadır.
Basınç regülatörleri (Şekil 31’de gösterilen R1 ve R2) 4 bar basınç değerine ayarlanarak gelen
gazların basınçlarını bu basınç değerine düşürmektedir. Böylece karıştırıcıya beslenmeden
önce doğal gazın ve hidrojenin basınç değerleri 4 bar basınç değerinde eşitlenmiş olmaktadır.
Şekil 31: Gaz karışım ve kontrol sisteminin şematik görüntüsü
Akış kontrolü için kullanılan debimetre, aktüatörlü vana ve basınç regülatörünün
görüntüleri Şekil 32’de verilmiştir. Bu sistem ayrı ayrı hidrojen ve doğal gazın debi ve basınç
değerlerini ayarlayarak bu gazların istenilen oranlarda karıştırılmasını sağlamaktadır. Karışım
oranları hidrojen için hacimce %0, %5, %10, %15 ve %20 değerlerine sahipken doğal gaz için
%20, %15, %10, %5 ve %0 değerlerine sahip olmaktadır. Debimetreler aracılığıyla hidrojenin
doğal gaza karıştırılma oranları belirlenirken, aktüatörlü vanalar açılıp kapatılarak hatlarda
gerekli akışı düzenlemektedir. Bu karıştırma ünitesinde 4 bar basınç değerinde karıştırılan
doğal gaz ve hidrojen daha sonra bir regülatör aracılığıyla 21 mbar basınç değerine düşürülerek
sayaca beslenmektedir. Sayaçtan sonra ise karışım kombi ve ocağa beslenerek yanma işlemi
gerçekleşmektedir. Hidrojen-doğal gaz karışımı içerisindeki karışım oranları ocağa ve kombiye
giden hatlara girişten hemen önce yerleştirilen test nipelleri aracılığıyla sürekli olarak gaz
analiz cihazı üzerinden kontrol edilmektedir.
Şekil 31: Gaz karışım ve kontrol sisteminin şematik görüntüsü
Akış kontrolü için kullanılan debimetre, aktüatörlü vana ve basınç regülatörünün görüntüleri Şekil 32’de
verilmiştir. Bu sistem ayrı ayrı hidrojen ve doğal gazın debi ve basınç değerlerini ayarlayarak bu gazların istenilen oranlarda karıştırılmasını sağlamaktadır. Karışım oranları hidrojen için hacimce %0, %5, %10, %15 ve
%20 değerlerine sahipken, doğal gaz için %20, %15, %10, %5 ve %0 değerlerine sahip olmaktadır. Debimetreler aracılığıyla hidrojenin doğal gaza karıştırılma oranları belirlenirken, aktüatörlü vanalar açılıp kapatılarak
hatlarda gerekli akış düzenlenmektedir. Bu karıştırma ünitesinde 4 bar basınç değerinde karıştırılan doğal gaz
ve hidrojen daha sonra bir regülatör aracılığıyla 21 mbar basınç değerine düşürülerek sayaca beslenmektedir.
Sayaçtan sonra ise karışım kombi ve ocağa beslenerek yanma işlemi gerçekleşmektedir. Hidrojen-doğal gaz
karışımı içerisindeki karışım oranları ocağa ve kombiye giden hatlara girişten hemen önce yerleştirilen test
nipelleri aracılığıyla sürekli olarak gaz analiz cihazı üzerinden kontrol edilmektedir.
Yayın no: HTD-2021-3
TÜRKİYE’DE YEŞİL HİDROJENİN ÜRETİLİP DOĞAL GAZA KARIŞTIRILMASI ÇALIŞMALARI 33
36
Şekil 32: Akış kontrol cihazları (debimetreler, aktüatörlü vanalar ve basınç regülatörleri)
 Maliyet analizi
Hidrojen üretimi için elektrolizörün çalışma şartlarına bağlı olarak üç farklı (iyi, orta, kötü)
senaryo hazırlanmıştır. İyi, orta ve kötü senaryolarda 15.000, 12.000 ve 9000 saat çalıştığı
kabul edilmiştir. Hesaplamalarda elektrolizör ve su arıtım cihazının kurulum ve işletme
maliyeti, su ve elektrik masrafı, kullanılacak çözeltinin masrafı dikkate alınmıştır. Homer Pro
yazılımı kullanarak maliyet analizi yapılmıştır [62]. Maliyet analizi için oluşturulan sistemin
Şekil 32: Akış kontrol cihazları (debimetreler, aktüatörlü vanalar ve basınç regülatörleri)
• Maliyet analizi
Hidrojen üretimi için elektrolizörün çalışma şartlarına bağlı olarak üç farklı (iyi, orta, kötü) senaryo hazırlanmıştır. İyi, orta ve kötü senaryolarda 15.000, 12.000 ve 9000 saat çalıştığı kabul edilmiştir. Hesaplamalarda
elektrolizör ve su arıtım cihazının kurulum ve işletme maliyeti, su ve elektrik masrafı, kullanılacak çözeltinin
masrafı dikkate alınmıştır. Homer Pro yazılımı kullanarak maliyet analizi yapılmıştır [62]. Maliyet analizi için
oluşturulan sistemin görüntüsü Şekil 33’te verilmektedir. Programda tasarlanan sistem kurulan laboratuvar
sistemi ile benzer şekilde güneş panelleri, rüzgâr türbinleri, elektrolizör ünitesi, hidrojen tankı ve yakıt hücresinden oluşmaktadır.
Yayın no: HTD-2021-3
34 TÜRKİYE’DE YEŞİL HİDROJENİN ÜRETİLİP DOĞAL GAZA KARIŞTIRILMASI ÇALIŞMALARI
Şekil 33: Homer Pro yazılımı ile hazırlanan analizde oluşturulan sistem [63]
Güneş enerjisinden elde edilen gücün yıllık değişimi Şekil 34’te verilmiştir. Beklendiği gibi yıl içinde Haziran, Temmuz ve Ağustos aylarında güneşten elde edilen güç maksimum düzeye çıkmaktadır. Laboratuvarın
bulunduğu konumdaki (Karatay, Konya) maksimum güneş radyasyonu Temmuz ayında günlük 7,4 kWh/m2
’ye
ulaşmaktadır.
Şekil 34: Güneş enerjisinden elde edilen gücün yıllık değişimi
Rüzgâr enerjisinden elde edilen gücün yıllık değişimi Şekil 35’te verilmiştir. Laboratuvarın kurulduğu
bölgenin yıllık ortalama rüzgâr hızı 4,73 m/s’dir. Şubat ayında 5,36 m/s ile maksimum rüzgâr hızına ulaşılmaktadır. Bölgedeki rüzgâr hızı düşük olduğu için proje kapsamında kurulan sistemde düşük kapasiteli bir rüzgâr
türbini (2 kW gücünde) tercih edilmiştir.
Şekil 35: Rüzgâr enerjisinden elde edilen gücün yıllık değişimi
Proje kapsamında kullanılan elektrolizörün elektrik tüketimi 6 kWh/Nm3
H2
’dir. Maliyet analizi için yapılan çalışmada da laboratuvarda kullanılan elektrolizörün verilerinden faydalanılmıştır. Yıl boyunca ihtiyaç
Yayın no: HTD-2021-3
TÜRKİYE’DE YEŞİL HİDROJENİN ÜRETİLİP DOĞAL GAZA KARIŞTIRILMASI ÇALIŞMALARI 35
duyulan hidrojen tank kapasitesinin değişimi Şekil 36’da sunulmuştur. Elektrolizör için gerekli elektrik enerjisi güneş enerjisi ve rüzgâr enerjisinden sağlandığı için gün içinde ve yılın farklı aylarında elektrik tüketimi ve
elektrolizör çalışma kapasitesi değişmektedir [63].
Şekil 36: Yıl boyunca ihtiyaç duyulan hidrojen tank kapasitesinin değişimi
Hidrojen üretim maliyetlerinin karşılaştırılması TL/Sm3
ve TL/kg biriminde Tablo 7 ve 8’de sunulmuştur.
Elektrolizörün çalışma kapasitesine göre üç farklı senaryo (iyi, orta ve kötü) belirlenmiş; mevcut sistem, sistemin kapasitesinin yükseltilmiş hali ve buhar metan reformu yöntemi ile hidrojen üretimi karşılaştırılmıştır.
Mevcut sistemde hidrojen üretim maliyeti 15,14 TL/Sm3
ve 26,39 TL/Sm3
arasında değişirken, büyük ölçekli
(saatte 30 Nm3
hidrojen üretilen bir elektrolizör kullanıldığında) bir sistemde maliyet 8,23 TL/Sm3
ile 13,87
TL/Sm3
arasında değişmektedir. Burada elektrolizör ve su arıtım cihazının kurulum ve işletme maliyeti, su ve
elektrik masrafı ve kullanılacak çözeltinin masrafı dikkate alınmıştır.
Tablo 7: Hidrojen üretim maliyetlerinin (TL/Sm3
) karşılaştırılması
Sistem İyi Senaryo Orta Senaryo Kötü Senaryo Birim
Mevcut Sistem 15,14 19,31 26,39 TL/Sm3 H2
Büyük Ölçekli Bir Sistem 8,23 10,32 13,87 TL/Sm3 H2
Buhar Metan Reformu 1,36-6,45 1,36-6,45 1,36-6,45 TL/Sm3 H2
Buhar metan reformu yöntemi halen hidrojen üretimi için kullanılan en yaygın yöntem olmasına rağmen
pek çok ülkede gündemde olan karbon vergisi ve çevresel konulara artan hassasiyet neticesinde yenilenebilir
enerji kaynakları ile hidrojen üretimi gittikçe popüler hale gelmektedir. Buhar metan reformu sistemleri büyük
ölçekli olduğu için tüm senaryolarda aynı maliyet dikkate alınmıştır.
Tablo 8: Hidrojen üretim maliyetlerinin (TL/kg) karşılaştırılması
Sistem İyi Senaryo Orta Senaryo Kötü Senaryo Birim
Mevcut Sistem 170,66 217,69 297,52 TL/kg H2
Büyük Ölçekli Bir Sistem 92,80 116,38 156,40 TL/kg H2
Buhar Metan Reformu 15,38-72,71 15,38-72,71 15,38-72,71 TL/kg H2
Tablo 8’de de görülebileceği gibi mevcut sistemde birim kütle için hidrojen maliyeti 170,66 TL ile 297,52
TL arasında değişirken kurulacak büyük ölçekli bir sistemde bu maliyet 92,8 TL ile 156,4 TL arasında değişecektir. Küçük ölçekli bir sistemde (örneğin; birkaç ev için) kurulacak güneş paneli maliyeti 750 TL/kW
civarında iken 100 evlik bir sistemde bu maliyet 600 TL/kW civarında olacaktır.
Yayın no: HTD-2021-3
36 TÜRKİYE’DE YEŞİL HİDROJENİN ÜRETİLİP DOĞAL GAZA KARIŞTIRILMASI ÇALIŞMALARI
(a) (b)
Şekil 30
(a) (b) (c)
Şekil 37
(a) (b) (c)
Şekil 38
Su Arıtım
Cihazı
%8,81
Elektrolizör
%77,77
Su ve Çözelti
%0,74 Elektrik
%12,68
Su Arıtım
Cihazı
%9,08
Elektrolizör
%80,23
Su ve Çözelti
%0,74 Elektrik
%9,94
Su Arıtım
Cihazı
%9,36
Elektrolizör
%82,62
Su ve Çözelti
%0,75
Elektrik
%7,27
Su Arıtım
Cihazı
%12,96
Elektrolizör
%67,46
Su ve Çözelti
%0,15
Elektrik
%19,44
Su Arıtım
Cihazı
%13,59
Elektrolizör
%70,78
Su ve Çözelti
%0,13
Elektrik
%15,50
Su Arıtım
Cihazı
%14,24
Elektrolizör
%74,12
Su ve Çözelti
%0,11 Elektrik
%11,53
(a) (b) (c)
Şekil 37: Mevcut sistemde hidrojen üretim maliyetini oluşturan kalemlerin oranları a) iyi senaryo b) orta
senaryo c) kötü senaryo
Bu maliyet analizi çalışmasında elektrolizör ve su arıtım cihazının kurulum ve işletme maliyeti, su ve
elektrik masrafı ve kullanılacak çözeltinin masrafı dikkate alınmıştır. Bu maliyetlerin oranları iyi, orta ve kötü
senaryo için Şekil 37 ve 38’de verilmiştir. Senaryolar arasındaki başlıca fark çalışma saatleri olup, iyi, orta
ve kötü senaryo için sırasıyla 15.000, 12.000 ve 9000 saat olarak dikkate alınmıştır. Küçük ölçekli sistemde
günlük 12 Nm3
hidrojen üretimi gerçekleşmesi durumu için hesap yapılmıştır. Büyük ölçekli sistemde dikkate
alınan elektrolizörde ise günlük 360 Nm3
hidrojen üretilebilmektedir. Büyük ölçekli bir elektrolizör kullanıldığında elektrik ihtiyacı 1 m3
hidrojen üretimi için 6 kWh’ten 5 kWh’e düşmektedir.
(a) (b)
Şekil 30
(a) (b) (c)
Şekil 37
(a) (b) (c)
Şekil 38
Su Arıtım
Cihazı
%8,81
Elektrolizör
%77,77
Su ve Çözelti
%0,74 Elektrik
%12,68
Su Arıtım
Cihazı
%9,08
Elektrolizör
%80,23
Su ve Çözelti
%0,74 Elektrik
%9,94
Su Arıtım
Cihazı
%9,36
Elektrolizör
%82,62
Su ve Çözelti
%0,75
Elektrik
%7,27
Su Arıtım
Cihazı
%12,96
Elektrolizör
%67,46
Su ve Çözelti
%0,15
Elektrik
%19,44
Su Arıtım
Cihazı
%13,59
Elektrolizör
%70,78
Su ve Çözelti
%0,13
Elektrik
%15,50
Su Arıtım
Cihazı
%14,24
Elektrolizör
%74,12
Su ve Çözelti
%0,11 Elektrik
%11,53
(a) (b) (c)
Şekil 38: Büyük ölçekli bir sistemde hidrojen üretim maliyetini oluşturan kalemlerin oranları a) iyi senaryo
b) orta senaryo c) kötü senaryo
TÜRKİYE’DE YEŞİL HİDROJENİN ÜRETİLİP DOĞAL GAZA KARIŞTIRILMASI ÇALIŞMALARI
Yayın no: HTD-2021-3
37
Yapılan deneysel çalışmalarda %20’ye kadar iletim hatlarında ve yakıcı cihazlarda ciddi bir değişikliğe ihtiyaç
olmadığı görülmüştür. Doğal gaza hidrojen karıştırılmasının önemli avantajları şu şekilde sıralanabilir:
• Hem ısıtma hem de elektrik üretimi için yaygın bir şekilde doğal gaz kullanılması sayesinde milyonlarca metreküp hidrojenin doğal gaz hattına enjekte edilerek depolanabilme imkânı olması (örneğin
Türkiye’de 18 Ocak 2021 tarihinde 272,3 milyon m3 tüketim ile tüm zamanların rekoru kırılmıştır,
tüketim sadece İstanbul’da 51,1 milyon metreküpe ulaşmıştır)
• Doğal gaz iletim hatlarının hidrojen depolamaya yetecek kadar uzun olması sayesinde basınçlı tüplere,
sıvılaştırmaya ya da metal hidritlere ihtiyaç olmadan üretilen hidrojenin doğrudan depolanabilmesi
• En önemli sera gazı olan karbondioksit gazının salınımının azaltılmasına büyük bir katkı sağlanacak olması
• Yenilenebilir enerjinin ihtiyaç olmadığı durumlarda verimli bir şekilde değerlendirilecek olması
• Fosil yakıt kullanım ve ithalatına bağımlılığı azaltacak olması
Çeşitli kapasiteler için seçilecek yerlerde örnek modelleme ve simülasyon çalışmaları yaparak hem verim
hem çevresel etkiler hem de ekonomik faktörler değerlendirilecektir. Entegre enerji sistemleri geliştirilerek
bölgesel çözümler geliştirilecektir. Doğal gaz dağıtım ve kullanım performanslarının iyileştirilmesi ve optimizasyon çalışmaları yapılacaktır.
Kısaltmalar
BÖLÜM 7
SONUÇLAR VE DEĞERLENDİRME
AID Alt ısıl değer
c Özgül Isı
EES Engineering Equation Solver
f Fügasite, Karışım içindeki gazın oranı
GHG Sera Gazı Emisyonları
h Entalpi
HF Füzyon Entalpisi
k İletkenlik, İzantropik üs
LPG Sıvılaştırılmış Petrol Gazı
MW Moleküler Ağırlık
Pc Kritik Basınç
Pr Prandtl Sayısı
s Entropi
SS Ses hızı
TANAP Trans-Anadolu Doğal Gaz Boru Hattı
TAP Trans Adriyatik Boru Hattı
Tc Kritik sıcaklık
Tnb Normal kaynama noktası
Tsat Doyma sıcaklığı
Ttriple Üçlü nokta sıcaklığı
u İç enerji
ÜID Üst ısıl değer
vc Kritik özgül hacim
WI Wobbe indeksi
Z Sıkıştırılabilirlik faktörü
Semboller
α Isıl yayılma
β Hacimsel termal genleşme katsayısı
μ Viskozite
ν Özgül hacim
ν Kinematik viskozite
ρ Yoğunluk
ω Asentrik Faktör
Yayın no: HTD-2021-3
38 TÜRKİYE’DE YEŞİL HİDROJENİN ÜRETİLİP DOĞAL GAZA KARIŞTIRILMASI ÇALIŞMALARI
[1]. EPİAŞ Şeffaflık Platformu. Erişim linki: https://seffaflik.epias.com.tr/transparency/index.xhtml. Erişim tarihi:
01.08.2021.
[2]. Erişim linki: https://www.teias.gov.tr/. Erişim tarihi: 01.08.2021.
[3]. GAZBİR, Sektör Bülteni-Ocak 2021. Erişim linki: https://www.gazbir.org.tr/uploads/page/Ocak-2021-Bulten.pdf.
Erişim tarihi: 04.03.2021.
[4]. AKSA Doğal gaz Faaliyet Raporu-2019. Erişim linki: https://www.aksadogalgaz.com.tr/Aksa-Dogalgaz-Faaliyet-Raporu-2019.pdf. Erişim tarihi: 01.03.2021.
[5]. EPDK, Doğal Gaz Piyasası Yıllık Sektör Raporu. Erişim linki: https://www.epdk.gov.tr/Detay/Icerik/3-0-94/dogal-gazyillik-sektor-raporu. Erişim tarihi: 04.03.2021.
[6]. BOTAŞ, 2021 Mart. Erişim linki: https://www.botas.gov.tr/Icerik/botastan-bir-rekor-daha/335. Erişim tarihi:
06.03.2021.
[7]. BP, Statistical Review of World Energy. Erişim linki: https://www.bp.com/en/global/corporate/energy-economics/
statistical-review-of-world-energy.html. Erişim tarihi: 05.03.2021.
[8]. GAZBİR, Doğal gaz Sektör Raporu-2019. Erişim linki: https://www.gazbir.org.tr/2019-dogalgaz-sektor-raporu.
Erişim tarihi:01.03.2021.
[9]. BOTAŞ, Depolama Faaliyetleri. Erişim linki: https://www.botas.gov.tr/Sayfa/tuz-golu-yer-alti-dogal-gaz-depolama/23. Erişim tarihi: 01.03.2021.
[10]. BOTAŞ. Erişim Linki: https://silivriebt.botas.gov.tr/index.php/tr. Erişim tarihi: 07.03.2021.
[11]. BOTAŞ. Erişim Linki: https://www.botas.gov.tr/Sayfa/marmara-ereglisi-lng-terminali/20 Erişim tarihi: 05.03.2021.
[12]. Egegaz. Erişim linki: http://www.egegaz.com.tr/tr/haberler/ege-gazdan-ulusal-arz-guvenligine-tam-destek. Erişim
tarihi: 04.03.2021.
[13]. Doğal Gaz Piyasası Sektör Raporu-Aralık, 2020. Erişim linki: https://www.epdk.gov.tr/Detay/Icerik/3-0-95/dogal-gazaylik-sektor-raporu. Erişim tarihi: 05.03.3021.
[14]. EES- Engineering Equation Solver Yazılımı. Erişim linki: www.fchart.com. Erişim tarihi: 01.03.2021.
[15]. Özturk, M., Midilli, A. & Dinçer, İ. (2021). Effective use of hydrogen sulfide and natural gas resources available in
the Black Sea for hydrogen economy. International Journal of Hydrogen Energy, 46(18), 10697-10707.
[16]. Sorgulu, F. & Dinçer, İ. (2021). Development of a hythane based cogeneration system integrated with gasification
and landfill subsystems. Energy, 215, 119109.
[17]. Özturk, M. & Dinçer, İ. (2020). Development of renewable energy system integrated with hydrogen and natural
gas subsystems for cleaner combustion. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 83, 103583. https://doi.
org/10.1016/j.jngse.2020.103583.
[18]. Götz, M., Lefebvre, J., Mörs, F., McDaniel Koch, A., Graf, F., Bajohr, S., Reimert, R., & Kolb, T. (2016). Renewable Power-to-Gas: A technological and economic review. Renewable Energy, 85, 1371-1390. https://doi.org/10.1016/j.renene.2015.07.066.
[19]. Eveloy, V., & Gebreegziabher, T. (2018). A Review of Projected Power-to-Gas Deployment Scenarios. Energies,
11(7), 1824. https://doi.org/10.3390/en11071824.
[20]. Lyseng, B., Niet, T., English, J., Keller, V., Palmer-Wilson, K., Robertson, B., Rowe, A., & Wild, P. (2018). System-level power-to-gas energy storage for high penetrations of variable renewables. International Journal of Hydrogen Energy, 43(4), 1966-1979. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2017.11.162.
BÖLÜM 8
KAYNAKLAR
Yayın no: HTD-2021-3
TÜRKİYE’DE YEŞİL HİDROJENİN ÜRETİLİP DOĞAL GAZA KARIŞTIRILMASI ÇALIŞMALARI 39
[21]. Proost, J. (2019). State-of-the art CAPEX data for water electrolysers, and their impact on renewable hydrogen
price settings. International Journal of Hydrogen Energy, 44(9), 4406-4413. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.07.164.
[22]. Garmsiri, S., Rosen, M., & Smith, G. (2014). Integration of Wind Energy, Hydrogen and Natural Gas Pipeline Systems to Meet Community and Transportation Energy Needs: A Parametric Study. Sustainability, 6(5), 2506-2526.
https://doi.org/10.3390/su6052506.
[23]. Kippers, M., De Laat, J., Hermkens, R., Overdiep, J., Van Der Molen, A., Van Erp, W., & Van Der Meer, A. (2011).
Pilot project on hydrogen injection in natural gas on Island of Ameland in the Netherlands. International Gas Union
Research Conference, 19-21.
[24]. ENGIE. Erişim linki: https://www.engie.com/en/group/our-vision/our-strategy. Erişim tarihi: 01.03.2021.
[25]. H2V PRODUCT. Erişim linki: http://h2vproduct.net/en/h2v-industry-home/. Erişim tarihi: 01.03.2021.
[26]. Erişim linki: https://www.underground-sun-conversion.at/en/flexstore/project-description.html. Erişim tarihi:
01.08.2021.
[27]. OMV. (2020). Erişim linki: https://www.omv.com/en/hydrogen-economy. Erişim tarihi: 01.08.2021.
[28]. NAFTA. (2020). Underground Sun Storage | Nafta. Erişim linki: https://www.nafta.sk/en/underground-sun-storage. Erişim tarihi: 01.03.2021.
[29]. SDTC. (2020). Power-to-gas (for energy storage purposes) technology demonstration. Sustainable Development
Technology Canada. Erişim linki: https://www.sdtc.ca/en/projects/power-to-gas-for-energy-storage-purposes-technology-demonstration/. Erişim tarihi: 01.03.2021.
[30]. WindGas. (2020). WindGas Falkenhagen | Hydrogen. Erişim linki: https://hydrogeneurope.eu/project/windgas-falkenhagen. Erişim tarihi: 01.03.2021.
[31]. Hybridge. (2020). hybridge—A project of Amprion and Open Grid Europe. Erişim linki: https://www.hybridge.net/
index-2.html. Erişim tarihi: 01.03.2021.
[32]. MicrobEnergy. (2020). MicrobEnergy -AKTUELLES. Erişim linki: https://www.microbenergy.de/aktuelles. Erişim tarihi: 01.03.2021.
[33]. Uniper. (2020). Energy storage—Power-to-Gas. Erişim linki: https://www.uniper.energy/storage/what-we-do/
power-to-gas. Erişim tarihi: 01.03.2021.
[34]. Energiepark. (2020). Energiepark Mainz: Energiepark. Erişim linki: https://www.energiepark-mainz.de/en/project/
energiepark/. Erişim tarihi: 01.03.2021.
[35]. H2BER. Reiner Lemoine Institut. (2020). Erişim linki: https://reiner-lemoine-institut.de/en/h2ber2-entwicklung-und-erprobung-von-betriebsstrategien-fuer-die-h2-tankstelle-am-flughafen-ber/. Erişim tarihi: 01.03.2021.
[36]. Powermag. Erişim linki: https://www.powermag.com/windgas-falkenhagen-pioneering-green-gas-production Erişim tarihi: 01.03.2021.
[37]. MéthyCentre. (2020). Erişim linki: https://methycentre.eu/. Erişim tarihi: 01.03.2021.
[38]. Fischer, U. R., Krautz, H.-J., Wenske, M., Tannert, D., Krüger, P., & Ziems, C. (2016). Hydrogen Hybrid Power
Plant in Prenzlau, Brandenburg. Prof. Dr. D. Stolten & Dr. B. Emonts (Editoryal), Hydrogen Science and Engineering: Materials, Processes, Systems and Technology (ss. 1033-1052). Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA.
https://doi.org/10.1002/9783527674268.ch44.
[39]. Energiekaart. (2020). Power to Gas. Kennisplatform Energiesystemen. Erişim linki: https://www.energiekaart.net/
initiatieven/power-to-gas-2/. Erişim tarihi: 01.03.2021.
[40]. STEDIN. (2020). Voor de Nieuwe Energie Generatie. Erişim linki: https://www.stedin.net/over-stedin/duurzaamheid-en-innovaties/een-nieuw-energiesysteem/power2gas. Erişim tarihi: 01.03.2021.
[41]. RWE. (2020). RWE-Demonstrationsanlage Ibbenbüren. Erişim linki: https://www.powertogas.info/projektkarte/
rwe-demonstrationsanlage-ibbenbueren/. Erişim tarihi: 01.03.2021.
[42]. Energiedienst. (2020). Power to Gas. Erişim linki: https://www.energiedienst.de/produktion/wasserstoff/power-togas/. Erişim tarihi: 01.03.2021.
[43]. RH2-WKA Projesi. Erişim linki: https://www.rh2-wka.de/projekt.html. Erişim tarihi: 01.03.2021.
[44]. Bruun, J., Thomas G., Henrik I., & Bjarne Koch. Energy Storage – Hydrogen Injected into the Gas Grid via Electrolysis Field Test.
Yayın no: HTD-2021-3
40 TÜRKİYE’DE YEŞİL HİDROJENİN ÜRETİLİP DOĞAL GAZA KARIŞTIRILMASI ÇALIŞMALARI
[45]. Low-Carbon Energy Project | Enbridge Gas. Erişim linki: https://www.enbridgegas.com/about-enbridge-gas/projects/low-carbon-energy. Erişim tarihi: 02.08.2021.
[46]. Gasunie. Erişim linki: https://www.gasunie.nl/en/expertise/hydrogen/hystock. Erişim tarihi: 01.03.2021.
[47]. HyDeploy. Erişim linki: https://hydeploy.co.uk/. Erişim tarihi: 01.03.2021.
[48]. HyNet. Erişim linki: https://hynet.co.uk/. Erişim tarihi: 01.03.2021.
[49]. Erişim linki: https://www.emexlondon.com/successful-completion-of-the-hydeploy-trial-at-keele-university/. Erişim tarihi: 01.03.2021.
[50]. Leroy, R.L. Hydrogen injection into gas pipelines and other pressurized containers. US4294274A, 1981.
[51]. Doland, G.J. System and Method for Energy and Hydrogen Production. US20080127646A1, 2008.
[52]. Egan, G.J., Fulton, J., Marmaro, R.W., Lynch F.E. System for blending and compressing gases. US7740031B2,
2010.
[53]. Cargnelli, J. & Joos, N.I. Electrolyser and Energy System. US2015167182A1, 2015.
[54]. Chen, H., Le, Y., Liu, J., Ma, F. & Pan, X. Multi-functional natural gas and hydrogen mixing gas station and filling
method. CN105090738A, 2015.
[55]. Jackson, T.L. & Pandey, R.N. Sustainable and Safe Tube for Supplying Gaseous Fuel Such as Lpg, Ng or Hythane.
CA2552167C, 2015.
[56]. Hua, C., Yusen ,Y., Bo, X., Zhi, T., Hui, C., Wang Z., vd. A kind of system that gas ductwork is injected using clean
energy resource generating electrolytic hydrogen production. CN207166137U, 2018.
[57]. Chen, G., Chen, J., Chen, J., Guo, C., Guo, Y., Li, K., vd. Hydrogen-mixed natural gas pipeline valve chamber safe
emptying system and method. CN110671605A, 2020.
[58]. SCOPUS. Erişim linki: https://www.scopus.com/search/form.uri?display=basic#basic. Erişim tarihi: 01.08.2021.
[59]. Birkitt, K., Loo-Morrey, M., Sanchez, C. & O’Sullivan, L. (2021). Materials aspects associated with the addition
of up to 20 mol% hydrogen into an existing natural gas distribution network. International Journal of Hydrogen
Energy, 46(23), 12290-12299.
[60]. Ishaq, H. & Dinçer, İ. (2020). Performance investigation of adding clean hydrogen to natural gas for better sustainability. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 78, 103236.
[61]. Aspen Plus Yazılımı. Erişim linki: https://www.aspentech.com/en/products/engineering/aspen-plus. Erişim tarihi:
01.03.2021.
[62]. HOMER Pro Yazılımı. Erişim linki: https://www.homerenergy.com/index.html. Erişim tarihi: 01.03.2021.
[63]. Sorgulu, F. & Dinçer, İ. (2021). Analysis and Techno-economic Assessment of Renewable Hydrogen Production
and Blending into Natural Gas for Better Sustainability. International Journal of Hydrogen Energy. Hakem Değerlendirmesinde