Hidrojen Araçları Ulaşımın Geleceğini Temsil Edebilir – Güvenlik Endişeleri İçin Sebep Var mı?

Hidrojen araçları veya hidrojenle çalışan yakıt hücresi araçları 2015’ten beri bir fenomen olarak ortaya çıktı. Hidrojen Araçlarının geleceğini tahmin etmek için çok erken olsa da, onlara olan ilginin belirgin ancak dalgalı olduğu inkar edilemez. 

2022 ve 2023 arasında, hidrojenle çalışan yakıt hücresi elektrikli araçların sayısı 20.704’ten 14.451’e düşüş gösterdi. Yıllık bir düşüş, tüketicilerin hidrojen araçlarına olan ilgisinde bir trend oluşturmak için yeterli değildir. Ancak her iki tarafta da görüşler var. Hidrojen aracının birçok avantajı bulunurken, bir hidrojen aracının ne kadar güvenli olduğu konusundaki tartışmalar da fazladır. Aşağıdaki bölümlerde, hidrojen araçlarının bu iki yönüne bakacağız. 

Hidrojen Araçlarının Benzersizliği

Bir EV olmalarına rağmen, Hidrojen Araçlarının yerleşik bataryalara ihtiyacı yoktur. Araç içinde bir enerji santrali bulunur ve yakıt tankındaki hidrojeni elektriğe dönüştürebilir. Hidrojen arabaları sıfır yerel emisyonla sürülür. 

Bunun şu ana kadar sunduğu en büyük avantaj, kısa yakıt doldurma süresidir. Diğer e‑araçların aksine, hidrojen araçlarının doldurulması aracın modeli ve altyapısına bağlı bir fonksiyon değildir. Uzun bir batarya depolama süresine sahiptir ve menzili dış sıcaklığa bağlı değildir, bu da soğuk havada performans düşüşünü ortadan kaldırır. 

Hidrojen ayrıca yenilenebilir enerjiyi depolamak ve taşımak için son derece verimli bir yoldur ve benimsenmesi uzun vadede maliyetleri azaltmaya yardımcı olur. 

Faydalar herkesin fark etmesi için mevcutken, bazı çalışmalar risk ve zarar potansiyeline de işaret etmektedir. Bugün özellikle TU Graz’dan bir ekibin hidrojen araçlarının tünellerdeki risk ve zarar potansiyelini analiz ettiği bir vakaya bakacağız. Çalışma ayrıca bazı önerilerde bulunmuştur. 

Hidrojen Araçlarının Risk ve Zarar Potansiyeli: Riskleri Nasıl Azaltabiliriz

HyTRA projesi kapsamında, Graz Teknoloji Üniversitesi çeşitli riskli olabilecek yönleri araştırdı. Çalışma olası olay tiplerini, insanlara yönelik tehlikeleri ve tünel yapısını değerlendirdi ve bu riskleri azaltmak için alınabilecek önlemleri önerdi.

Araştırmacılar, bir tünelde hidrojenle çalışan araçların kazaya karışma olasılığının düşük olduğunu belirlemiş olsa da, hidrojeni yüksek enerji yoğunluğu ve önemli depolama basıncı, bu FCEV’leri büyük hasar riski taşıyan bir durum haline getirir.

Araba tanklarında %700 bar basınçta hidrojeni depolamak, enerjinin hızlı bir şekilde serbest kalmasına yol açabilir. Ateşlendiğinde, hidrojen 2000 derece Celsius’un üzerinde bir sıcaklıkta yanabilir. Üreticiler, yakıt tanklarını mekanik darbelere karşı dayanıklı ve iyi korumalı tasarlar; ancak büyük kamyonlarla gerçekleşen arkadan çarpışmalar gibi durumlarda yetersiz kalabilir.

Böyle bir çarpışmanın sonucunda ortaya çıkabilecek üç genel tehlikeli senaryo vardır.

İlk durumda, termal basınç tahliye cihazı (TPRD), termal bir etki nedeniyle basınç arttığında devreye girerek tanktan kontrollü bir jet şeklinde hidrojen serbest bırakabilir. Bu mekanizma, basıncı güvenli bir seviyede tutarak tankın patlamasını önler. Ancak, serbest bırakılan hidrojen havayla karışıp tutuşursa yine de bir tehlike oluşturur. Yine de tehlike bölgesi sınırlı kalır.

Bu senaryo, Termal Basınç Tahliye Cihazı arızalanırsa kötüleşir ve tankın patlamasına yol açabilir. Oluşan şok dalgası tüm kanalda yayılabilir. Ölüm riski yaklaşık 30 metreye kadar uzanırken, ciddi iç yaralanma ihtimali 300 metreye kadar çıkabilir. Daha uzakta ise yırtılmış kulak zarları riski hâlâ mevcuttur.

Üçüncü senaryoda, en az olası olan, hidrojen önce yanmadan serbest bırakılır. Periyodik tablonun en hafif elementi olduğu için gaz yükselir ve tünel tavanının altında bir bulut şeklinde birikir. Sıcak lambalar veya elektriksel bir darbe gibi bir tutuş kaynağı mevcutsa, bu hidrojen bulutunun patlamasına ve önemli bir şok dalgası oluşturmasına neden olabilir.

Risk senaryosu araştırmacıları, bir dizi azaltma stratejisi önerdi. Ekip, bölüm kontrolüyle izlenen daha katı hız limitlerinin uygulanmasını önerdi. Ayrıca, sürücüleri çok yakından takip ettiklerinde uyaran sağlam bir sinyal mekanizmasıyla desteklenen kesin mesafe kontrol stratejileri tavsiye etti.

Hidrojen araçlarının risk ve zarar potansiyelini tartışırken, TU Graz ekibi bunların çalıştığı bağlamı ve risk ile zarar potansiyellerinin nasıl ölçüldüğünü de unutmamıştır.

“Modern hidrojen tankları o kadar güvenli inşa edilmiştir ki, hidrojenin kaçması için çok şeyin yanlış gitmesi gerekir.”

– Daniel Fruhwirt, TU Graz Termodinamik ve Sürdürülebilir İtme Sistemleri Enstitüsü

Hidrojen Araçlarına Yönelik İtici Güç

Araştırmacılar, önümüzdeki yıllarda Hidrojen Araçlarının benimsenmesinde önemli bir artış öngörüyor. Endüstri araştırmacıları ve analistleri, küresel olarak hizmetteki hidrojen araçlarının sayısının 2027’de bir milyonu aşacağını, 2022’deki 60.000’in biraz üzerinden yükselerek %1.500’den fazla bir artış temsil edeceğini tahmin ediyor. Tüketici pazarı, 2027’ye kadar Hidrojen Araçları alanında %60’tan fazla pay alarak lider segment olacağı bekleniyor.

Yakıt hücresi araçlarını teşvik eden hükümet girişimleri mevcuttur. Örneğin, Enerji Bakanlığı’na bağlı Enerji Verimliliği ve Yenilenebilir Enerji Ofisi, 2013’te H2USA’yı başlattı. Resmi açıklamalarında, hükümet yetkilileri H2USA’nın misyonu hakkında şunları söyledi:

H2USA’nın misyonu:

“H2USA’nın misyonu, Amerika genelinde yakıt hücresi elektrikli araçların tanıtımını ve yaygın benimsenmesini teşvik etmektir. Üyeler arasında federal ajanslar, yakıt hücresi ticaret birliği, otomobil üreticileri, hidrojen sağlayıcıları, yakıt hücresi geliştiricileri, ulusal laboratuvarlar ve diğer paydaşlar bulunur. İş birliği, ABD için, özellikle Almanya, Japonya ve Birleşik Krallık gibi hidrojen odaklı diğer ülkelerdeki kamu‑özel iş birliklerine benzer bir platform sağlar.”

Bildirilene göre, H2USA şu anda 30’dan fazla katılımcıya sahiptir.

Hükümet girişimlerinin yanı sıra, potansiyel tüketiciler arasında hidrojen yakıt hücresi araçlarına ilgi ve güven oluşturmayı sağlayan birçok performans artırıcı araştırma yürütülmektedir.

Örneğin, Harvard ve Incheon Ulusal Üniversitesi’nden bir araştırmacı ekibi tarafından yürütülen son bir çalışma, dayanıklılık ve ömür açısından yüksek puan alan yakıt hücreleri geliştirmek için bir yaklaşım ortaya koydu. Çalışma, Nafion ve perfloropolieter (PFPE) arasında birbirine geçen bir ağ oluşturan yorgunluk dirençli elektrolit membranları geliştirmeye odaklandı. Ekip, yakıt hücresinin performansında hafif bir düşüş karşılığında ‘düşük bir performans kaybı karşılığında şaşırtıcı bir dayanıklılık/ömür iyileştirmesi.’

Üreticiler için özellikle cesaret verici bir diğer heyecan verici gelişme, tükenmiş petrol kuyularına özel enzimlerin tanıtılmasıdır. Bu enzimler, kalan hidrokarbonları hidrojen dahil çeşitli bileşenlere ayırır. Bu ilerleme, dünya çapında sayısız tükenmiş ve terk edilmiş petrol kuyusunun derinliklerinden daha sürdürülebilir bir yakıt kaynağı olan hidrojen üretmesine yol açabilir.

Hidrojen araçlarına yönelik itici güç, gelecekte daha sürdürülebilir ulaşım alternatifleri yaratma vizyonuyla uyumludur ve hatta elektrikli araçlardan (EV’ler) daha sürdürülebilir olabilir. Bunun nedeni, EV’lerin sürdürülebilirliği tam olarak sağlamaması; emisyon potansiyelleri elektriğin nasıl üretildiğine bağlıdır.

Birçok şirket, hükümetlerin ve ulaşım otoritelerinin gelecekte hidrojen araçlarını EV’lere göre daha çok tercih edeceğini öngörerek hidrojen araç çözümleri geliştirmektedir. Aşağıdaki bölümlerde, bu şirketlerden birkaçını ele alacağız.

#1. General Motors tarafından Ultium Platformu ve HYDROTEC Yakıt Hücresi Güç Küpleri

GM Hydrotec Yakıt Hücresi Teknolojisi, kara, hava ve deniz uygulamaları için uygun maliyetli bir yakıt hücresi güç çözümü olduğunu iddia ediyor. 2021’de, Wabtec Corporation (NYSE: WAB) ve General Motors (GM ) (NYSE: GM), GM’nin Ultium batarya teknolojisini ve HYDROTEC hidrojen yakıt hücresi sistemlerini Wabtec lokomotifleri için geliştirme ve ticarileştirme konusunda iş birliği yapacaklarını duyurdu.

GM’nin çözümlerinin Wabtec’e katacağı değer hakkında konuşurken, Wabtec’in CEO ve Başkanı Rafael Santana şu sözleri söyledi:

“Dünyanın ilk %100 bataryalı lokomotifi olan FLXdrive lokomotifimiz, 6 MWh’de çalışırken karbon emisyonlarını %30’a kadar azaltma potansiyelini kanıtladı. Ancak burada duramayız. GM ile Ultium batarya ve HYDROTEC hidrojen yakıt hücresi teknolojileri üzerinde çalışarak, bu iki önemli itki teknolojisini kullanarak demiryolu endüstrisinin karbonsuzlaşma ve sıfır emisyonlu lokomotif yoluna hız kazandırabiliriz.”

GM’nin Hydrotec çözümü, lokomotifler dahil olmak üzere geniş bir uygulama yelpazesi için kompakt ve paketlenmesi kolay yakıt hücresi güç küpleri sunar. Ultium, demiryollarının ihtiyaç duyduğu esneklik, verimlilik, güç ve güvenilirliği artıran bir batarya teknolojisidir.

2021’de General Motors, Liebherr-Aerospace ile birlikte uçaklar için bir hidrojen yakıt hücresi güç üretim gösterge sistemi geliştirmek amacıyla iş birliği yaptı. Bir sonraki yıl, GM Hydrotec çözümüyle araç ve otomotiv taşımacılığının ötesine geçmeye karar verdi.

Şirket, GM’nin Generation 2 HYDROTEC yakıt hücresi güç küpleriyle çalışan birden fazla HYDROTEC tabanlı güç jeneratörü geliştirme planlarını açıkladı. Bunlar şunları içerir:

• Kalıcı şarj noktaları kurmadan EV’ler için hızlı şarj imkanı sunan Mobil Güç Jeneratörü (MPG).
• EMPOWER hızlı şarj cihazı, perakende yakıt istasyonlarının şebekeyi genişletmeden uygun maliyetli DC hızlı şarj eklemesini sağlar.
• Askeri kamplar ve tesisleri sessiz ve verimli bir şekilde güçlendiren Paletli MPG.

2023 mali yılı için, GM, 171,8 milyar dolar gelir elde etti, hissedarlara ait net gelir 10 milyar doları aştı ve düzeltilmiş EBIT 12 milyar dolar oldu.

#2. Cellcentric: Daimler ve Volvo Arasındaki %50‑%50 İş Birliği

Cellcentric, Volvo Group ve Daimler Truck (DTG.DE ) AG arasında %50:%50 ortak girişim, dünyayı 2050 yılına kadar nötr ve sürdürülebilir ulaşımı hayata geçirme hedefi doğrultusunda yakıt hücreleri konusunda önde gelen küresel bir üretici haline getirmeyi amaçlamaktadır.

Mayıs 2024’te, Cellcentric, Avrupa ve Kuzey Amerika’daki uzun mesafe kamyonları için özelleştirilmiş NextGen yakıt hücresi sistemini duyurdu. Sistem, 350 kW’ın üzerinde güç üretebilen, yüksek derecede entegre, kompakt ve hafif tek sistem paket çözümüdür.

Cellcentric’in tahminlerine göre, çözüm BZA150 nesline kıyasla %20 tüketim tasarrufu sağlaması bekleniyor. NextGen sistemi ayrıca mevcut nesile göre %30 güç yoğunluğu artışı ve tepe yükte %40 atık ısı azalışı sunuyor; bu, sofistike sistem tasarımı ve optimum performans sayesinde mümkün. Çözüm aynı zamanda soğutma ihtiyacını azaltarak ürün uygunluk seviyelerini iyileştiriyor. 

2023 tam yılı için, Volvo, net satışlarını neredeyse 80 milyar SEK artırarak 553 milyar SEK’ye ve düzeltilmiş işletme gelirini 77,6 milyar SEK’ye (50,5) yükseltti; düzeltilmiş işletme marjı %14,0 (10,7) oldu. Daimler Grubu’nun geliri 2023’te %10 artarak rekor 55,9 milyar € seviyesine ulaştı.

Hidrojen Yakıt Hücresi Araçlarının Geleceği

Genel olarak, sürdürülebilir ulaşım çözümlerine küresel bir talebin artması nedeniyle Hidrojen araçlarının geleceği umut vaat ediyor. Ancak daha verimli ve güvenli olmaları için, üreticiler ve teknoloji araştırmacıları, hücre yığını, yakıt doldurucu, yakıt tankı, kontrolör ve termal sistem dahil olmak üzere bir hidrojen yakıt hücresi elektrikli arabanın tüm yönleri üzerinde çalışmak zorunda.

Bu araçlar, anlık tork ve pürüzsüz, tutarlı güç özellikleri, düşük bakım gereksinimleri, hızlı yakıt doldurma avantajları, sıfır emisyon ve daha fazlası gibi çeşitli faydalar sunar. Ancak üreticilerin maliyetler üzerinde daha fazla çalışması gerekecek. 

Bir yakıt hücresi arabası satın alımı, benzer büyüklükteki geleneksel arabalardan daha pahalı olabilir. Ancak, Kaliforniya’nın Temiz Araç İade Projesi gibi gelişmiş ekonomilerde 4.500 $ (gelire göre nitelikli alıcılar için 7.500 $) iade ve benzeri birçok teşvik mevcuttur. Bu teşvikler kısa vadede benimsemeyi ve görünürlüğü artırsa da, uzun vadeli başarı yalnızca sunulan güvenlik ve performans standartlarıyla yönlendirilecektir. 

Hidrojenin tekrar çekici bir enerji kaynağı olmasını sağlayan şeyleri öğrenmek için buraya tıklayın.