"Hidrojen", tıpkı Arapça'daki karşılığı "mûvellidü'l-ma" (su meydana getiren) gibi Yunanca'da da "su oluşturan" mânâsına gelir ("su" mânâsını karşılayan "hydro", ve "oluşturan" anlamındaki "genes"). İlk defa 1776'da Henry Cavendish tarafından izole edilen, 1784'te su buharını kızdırılmış metal üzerinden geçirerek hidrojen ve oksijenine ayıran Antoine Laurent de Lavoisier tarafından isimlendirilen hidrojen Kâinat'ta en fazla ve en yaygın bulunan elementtir. Diğer bütün elementler başlangıçtaki hidrojenin üzerine bina edilen diğer elementlerden yaratılmıştır. Bugünkü bilgilerimize göre, hidrojen Kâinat'taki bütün atomların % 90'dan fazlasını, ve toplam kütlenin dörtte üçünü teşkil eder. Yıldızları oluşturan temel elementtir. Güneş'teki füzyon prosesiyle birleşerek helyum atomlarının çekirdeklerini oluşturan hidrojen atomları büyük miktarda enerji açığa çıkarır.

Fakat hidrojen, Kâinat'ta bilinen en hafif gaz olduğundan, çekim kuvvetinden az etkilenir, ve Dünya Atmosferi'nde çok az, sadece hacimde 1 ppm'den (milyonda bir) daha az miktarda serbest element olarak bulunur. O kadar hafiftir ki, diğer gazlarla çarpıştığında büyük bir hız kazanır ve süratle Atmosfer'den dışarı fırlar.

Havanın en dış tabakasını teşkil eden ve santimetre küpte sadece birkaç yüz atom ihtiva edecek kadar seyrek bir özellik gösteren eksozferin aynı şekilde ince olan Güneş'in en dış atmosferi içine karışıp kaybolduğu, ve hidrojen atomu kaybının Güneş'ten hidrojen akışıyla dengelendiği sanılmaktadır. Bir başka deyişle, Güneş'in etrafında döndüğü için, Dünya sadece boş uzayda değil, Güneş'teki nükleer proseslerden ileri gelen başlıca hidrojen ve helyuma dayalı ince bir Güneş atmosferi içinde de hareket etmektedir (Lovelock, 1987).

Hidrojen, Jüpiter'in ve diğer dev gaz gezegenlerin ana unsurudur. Jüpiter'in derinliklerinde basınç o kadar büyüktür ki, katı moleküler hidrojenin katı metalik hidrojene dönüştüğü sanılmaktadır. 1973'te, bir grup Rus bilim adamı 2,8 Mbar basınç altında metalik hidrojen elde etmişlerdir. Metalik hidrojenin oda sıcaklığında bir süperiletken hususiyeti gösterebileceği tahmin edilmiştir. Sıvı hidrojen de, ergime noktası, mutlak sıfırın sadece 20 derece üstünde (-253 °C) olduğu için, kriyojeniklerde (çok düşük sıcaklık malzemelerinde) ve süperiletken araştırmalarında önemlidir.

Hidrojen bize hem çok yakın, hem çok uzaktır. Yakındır: çünkü vücudumuzda çeşitli bileşikler içinde bulunur; hergün içtiğimiz suyun, aldığımız gıdaların, canlı bitkilerin, artık hayatımızın birer vazgeçilmezi hâline gelmiş olan petrol, kömür ve tabiî gaz gibi fosil yakıtların yapısında yeralır. Uzaktır: çünkü yeryüzünde serbest halde bulunmaz (Yerin derinliklerinde basınç altında bulunur.). Bu yüzden onu izole halde elde etmek için çeşitli ayırma işlemleri uygulamak gerekir; hemen ulaşmak kolay değildir.

Hidrojenin izotopları
Hidrojenin olağan izotopu (H) Prosyum olarak bilinir. Diğer ikisi, Döteryum (bir proton ve bir nötron) ve Trisyum'dur (bir proton ve iki nötron). İzotoplarına farklı isimler verilmiş olan tek element Hidrojen'dir. Döteryum ve Trisyum'un her ikisi de nükleer füzyon reaktörlerinde yakıt olarak kullanılır. Tabiatta yaklaşık 6.000 olağan hidrojen atomuna karşılık bir Döteryum atomu bulunur. Döteryum reaktörlerde nötronları yavaşlatan bir moderatör olarak da kullanılmaktadır. Trisyum atom-ları ise çok daha küçük oranlarda mevcuttur. Trisyum, nükleer reak-törlerde kolayca meydana gelir, ve hidrojen (füzyon) bombasının hazırlanmasında kullanılır. Işık yayan boyalarda radyoaktif bir eleman, ve ayrıca su araştırmalarında izleyici olarak da kullanılır.

Hidrojenin üretilmesi
Hidrojenin üretilmesi için birçok metot mevcuttur. Hâlen kullanılan iki proses, su-gaz değişim reaksiyonunda kok kömürünü veya metan gibi hidrokarbonları buharla ısıtma şeklindedir. Fakat bu metotlarda gezegenin ısınmasına yolaçan sera gazı durumundaki karbon dioksid (CO2) de açığa çıktığından temiz bir proses değildir, ve zâten sadece lâboratuar ölçeğinde uygulanmaktadır.

Ticarî (sınaî) olarak hidrojen, elektrik kullanılarak su molekülünün bünyesindeki hidrojeni oksijenden ayırmaya dayanan elektroliz metoduyla sudan üretilebilir. Burada kullanılan elektriğin de temiz enerji kaynaklarından üretilmesi önemlidir. Rüzgâr ve güneş gibi kesikli olanlar da dahil, jeotermal ve hidrolik gibi temiz enerji kaynakları bu konuda önemli seçeneklerdir (Böylece, bu kaynaklardan üretilen elektriğin depolanamama problemi de çözülmüş olur. Üretilen hidrojen depolanır, istenen yere konteynırlarla veya boru hatlarıyla iletilir ve istendiği zaman kullanılır.).

Elektroliz dışında iki yaklaşım araştırılmıştır. Birincisi, tabiîgazdan hidrojen üretimine yardımcı olacak nükleer ısıyı kullanmaktır. Tabiîgazın buhar oluşturması enerji-yoğun bir prosesdir ve 900 °C sıcaklık gerektirir. Bu prosesin atık ürünü CO2'dir. Alternatif olarak, birçok doğrudan termokimya prosesi sudan hidrojen üretmek için geliştirilmektedir. Ekonomik bir üretimde (küçük tesis, küçük sermaye), hızlı işlemler ve yüksek çevrim verimi elde etmek açısından yüksek sıcaklıklar gerekmektedir. Gelecekte yüksek-sıcaklık reaktörlerinde nükleer enerji elektrolitik metotla hidrojen üretiminde ısı kaynağı olarak kullanılabilecektir.

Hidrojen üretim ekonomisi kullanılan metodun verimliliğine bağlıdır, ve H2'deki enerji çıktısının girdiye oranı olarak ifade edilebilir. Elektroliz yoluyla hidrojen üretimi sadece elektrik düşünüldüğünde % 80 verimliliktedir. Fakat bu elektrik üretiminin ısı verimliliği hafif su reaktörlerinde yaklaşık % 34'ten, gelişmiş sistemlerde % 50'ye kadar değişir. Elektrolitik hücreler önemli bir yatırım gerektirmektedir. Bunun yan-ürünü olan oksijen de kullanılmaktadır. Hem H2 hem de elektrik üreten kombine çevrim tesisleri % 60 verimliliğe ulaşabilir (UIC, 2002).

Hidrojenin kullanılması
Bazı amonyak proseslerinde havadan azot tutmak için, azot gübrelerinin üretiminde, katı ve sıvı yağların hidrojenasyonunda, metanol üretiminde, hidrodealkilasyonda, ham petrolden yakıt üretiminde, petroldeki diğer ayırma proseslerinde, düşük dereceli ham petrolün araç yakıtına dönüştürülmesinde, hidrodesülfürizasyonda, kaynakçılıkta, hidroklorik asit üretiminde, metalik cevherlerin indirgenmesinde (metal rafinasyonu), roket yakıtında, atıkları metan ve etilene dönüştürmede ve en önemlisi, yakıt olarak hidrojen kullanılmaktadır. Hâlen yıllık dünya tüketimi 50 milyon ton civarında olan hidrojen, basınçlı tanklarda ticarîleştirilmiştir. Ayrıca havadan hafif balonlarda taşımacılık amaçlı kullanılabilir (1 feet küb hidrojen gazının kaldırma gücü 0 ºC'de ve 760 mm'de yaklaşık 32 gramdır.).

Hidrojenin yakıt olarak kullanılması
Hidrojenin yakılması sadece su buharı çıkarır; karbon dioksid ve karbon monoksid meydana gelmez. Dünya üzerinde en temiz ve en verimli yanma enerjisine sahip tek yakıt durumundaki hidrojen, normal bir içten yanmalı motorda yakıt olarak hâl-i hazırda kullanılıyor ve verimi belli ölçüde artırıyor. Uçaklarda da bunun denemesi yapılmıştır. Fakat esas kullanımı, hidrojenin oksidasyonunu nispeten düşük sıcaklıklarda doğrudan elektriğe katalizleyen ve kimyevî enerjiyi kinetik enerjiye dönüştürmede iki kat verimli olan yakıt hücrelerinde olmaktadır. "Hidrojen yakıt hücresi", hidrojen gazı kullanılarak büyük miktarlarda elektrik elde edilmesine imkân veren bir teknolojidir.

Hidrojen çok düşük sıcaklıklarda, yüksek basınçta, veya kimyasal olarak (hidridlerde) depolanabilir. Sonuncusu en fazla potansiyele sahip gözükmektedir. Çünkü hem sıcaklığı -253 °C'ye düşürmek, hem de yüksek basınç oluşturmak oldukça mâliyetlidir. Gelecek vâdeden bir hidrid depolama sisteminde, yüksek enerji yoğunluğuna sahip bir enerji taşıyıcısı olan sodyum borohidrid (NaBH4) kullanılacaktr. Bu madde, hidrojenini verecek şekilde kataliz edilir ve bu arada yeniden proses edilecek olan bir borat bırakır (NaBO2). Dünya Bor rezervlerinin % 65 kadarının bulunduğu Türkiye'de yakın zamanda faaliyete geçen Millî Bor Enstitüsü'nün çalışma konularından birisi bu olacaktır. Birleşmiş Milletler'e bağlı Milletlerarası Hidrojen Teknolojileri Araştırma Merkezi'nin İstanbul'da kurulacak olmasının da bu konudaki çalışmaları hızlandırması beklenmektedir. Türkiye ilk defa yeni bir teknoloji yarışına diğer gelişmiş ülkelerle eşit şartlarda başlamaktadır. Ümit edilir ki, bu bir dönüm noktası olsun.

Hidrojen geleceğin tek temiz, güvenilir, pratik ve yaygın yakıtıdır. Bugün ilgilenen ülkelerde güneş ve nükleer enerji kullanılarak üretilen hidrojene dayalı bir ekonomiye önem verilmektedir. Kamuoyunun bu konuda henüz tam bilgilendirilmiş olmaması, yüksek sermaye yatırımı ve mevcut yakıtlara oranla hidrojenin yüksek mâliyeti böyle bir ekonominin karşı karşıya olduğu problemlerdir.

Büyük ölçekli kullanımda büyük bir tecrübe birikimi vardır. Hidrojen fiilen tabiîgazdan üretilmektedir ve bu esnada büyük miktarlarda karbon dioksid emisyonu olmaktadır. Eğer tabiîgaz pahalanırsa, veya karbon dioksid emisyonlarından dolayı sınırlamalar getirilirse, hidrojenin fosil-dışı kaynaklardan, özellikle sudan üretilmesi zorunlu hale gelecektir. Hızla artan hidrojen talebi, hidrojenin nükleer reaktörlerle üretimine de uygundur. Sonuçta, hidrojen araç yakıtı olarak ve diğer uygulamalarda petrolün yerini alabilecektir. Bu gelişme, yakıt hücreleri geliştikçe daha da fazla uygulama imkânı bulacak, hidrojen de tercih edilen yakıt olacaktır.

Hidrojenin ekonomisi
Yaklaşık otuz yıldan beri hidrojen üretiminin gelişmesiyle, dünya genelinde kimya ve petrol sanayiine bağlı olan ve giderek büyüyen bir hidrojen ekonomisi sözkonusudur artık. Hidrojen; petrol, kömür ve tabiîgazın gelecekte yaygın-laşabilecek tek alternatifidir.

Hidrojenle çalışan ilk yakıt hücreli elektrikli otomobillerin 2004'te piyasaya çıkması, 2010'da da seri üretimle yaygınlaşmaya başlaması bekleniyor (Mevcut elektrikli otomobil teknolojisi ağır depo pillerine dayanıyor, yeniden şarj etme işlemi uzun sürüyor, ve bu piller oldukça sınırlı bir süreyle enerji sağlıyor).

Hidrojen, depolanma probleminin daha az olduğu yerlerde, yakıt hücreleri kullanarak elektrik üreten küçük ölçekli müstakil santrallerde de kullanılabiliyor. Hâlen Tokyo'da bu şekilde çalışan ve şehir elektriğinin bir kısmını üreten bir santral mevcuttur.

Almanya, Kanada gibi ülkeler denizaltılarını hidrojenle çalışır hâle getirmektedirler.

Gelecekte, bütün elektrikli ev aletlerinin, enerjisini hidrojenden üreten yakıt hücreleriyle çalışmasına yönelik araştırma-geliştirme faaliyetleri de devam etmektedir.

Hidrojenin farkı
Hidrojen, fizikî alemde kendisinden herşeyin yaratıldığı bir cüzdür. İlk yıldızlar tamamen hidrojenden oluşuyordu. Bunların bağrında füzyon prosesiyle hidrojenden demire doğru elementlerin yaratılmasını, yıldızın içine doğru çökmesi, bunu da patlaması takip etti (nova ve süpernova) ve diğer elementler bu şekilde teşekkül etti. Böylece, 92 tabiî elementten müteşekkil bir Yerküre yaratıldı; bir başka deyişle, insana evsahipliği yapacak, insan için donatılacak, ilâhî kudretin tezahür ve ilâhî isimlerin tecelli odağı olacağı için, çok çeşitli yaratılışlara beşiklik edecek bir gezegen.

İnsanlık dünya üzerinde her zaman enerjiye ihtiyaç duydu. Kas gücünü at ve sığır gibi hayvanların sağladığı taşıma gücü takip etti. Sonra odun, daha sonra kömür, 19. yüzyıldan itibaren ise sırayla petrol, tabiîgaz gibi fosil yakıtlar ve nihayet nükleer enerji devreye girdi. Fakat, güneş enerjisinin milyonlarca yıl boyunca yavaş yavaş depolanmış hâli olan fosil yakıtların tüketilmeleri çok süratli oldu. Yaklaşık 50-60 yıl yetecek petrol ve doğalgaz, 200 yıl kadar kullanılabilecek kömür rezervinin kaldığı tahmin ediliyor. Dünya atmosferini ve yeryüzünü kirleten fosil yakıtlar insanlık için artık büyük bir problem teşkil ediyor.

Fosil yakıtlar esas olarak hidrojen ve karbondan oluşur. Yanma sırasında hidrojen fonksiyon görürken, karbon ise oksijenle birleşerek karbon monoksid ve karbon diokside dönüşür. CO2 gazı dünyadan yansıyan güneş ışığını aşağı atmosferde tutarak uzaya kaçmasını önler, ve böylece tıpkı bir serada olduğu gibi, havanın ısınmasına yolaçar. Buna bağlı olarak yeryüzünün bazı yerlerinde daha fazla buharlaşma, dolayısıyla aşırı yağış ve seller, bazı yerlerde de aşırı kuraklıklar meydana gelmekte, kısacası dünya bir iklim değişikliği süreci yaşamaktadır. Atmosferin aşırı ısınmasıyla kutup buzulları da erimekte, deniz seviyesi yükselmekte, yoğun nüfusun ve verimli tarım alanlarının bulunduğu kıyı ovaları su altında kalma tehlikesiyle karşı karşıya kalmaktadır.

Fosil yakıtların yerini alacak, temiz, pratik ve verimli tek alter- natif bugün için hidrojen olarak gözükmektedir. Hidrojenin yeryüzünden içinde bulunduğu maddelerden izole edilmesi, geniş ölçekte üretilip, depolanması, dağıtılması ve yakıt olarak kullanılması hem belli bir bilgi ve teknoloji birikimi gerektirdiğinden, hem de dünyanın kirlenme problemine çözüm getirdiğinden ilâhî takdir hidrojeni insanlığın son zamanlarına saklamış olsa gerek. Ve, en hafif elemente, zâhirî cüssesinin çok üzerinde mühim vazifelerin yüklenmiş olması, hakiki kudretin ve tesirin Müsebbibü'l Esbab olan Zât-ı Zü'l-Celâl'de olduğunu bir kere daha gösteriyor.

Eğer, para gücüne sahip petrol, kömür ve tabiîgaz üreticileri başta olmak üzere, zengin ülkeler, ayrıca bor-hidrojen konusunda kararlılık gösteren Türkiye gibi ülkeler hidrojen üretimine büyük meblağlar ayırıp bunu yaygınlaştırabilirlerse, yukarıda sözü edilen global çevre problemlerinin önüne geçilebilir. Aksi takdirde, kısa günün karını düşünürken insanlığın sonunu hazırlayan hırs sahibi çevrelerin yeryüzüne ihaneti devam eder ki, bunun neticelerini tahmin etmek bugün artık zor değildir.

Dr. Ömer Said GÖNÜLLÜ

Kaynaklar
-Lovelock, J.E., 1987 - Gaia: A New Look at Life on Earth. Oxford University Press.
- UIC, 2002 - Hydrogen Economy, UIC Nuclear Issues Briefing Paper # 73, November.

www.sizinti.com.tr/konular/03/ekim/birseyden.htm’ den alınmıştır.

İstanbul - 21.10.2003
http://gulizk.com