Hidrojen Yakıt Hücreleri EV’lerin Geleceği mi?

Kuzey Amerika’da batarya elektrikli araçların (BEV’ler) benimsenmesi bir tıkanıklığa takılmış gibi görünüyor. düşük ikinci el değerleri, yüksek tamir maliyetleri ve yetersiz altyapı ile satışlar yavaşladı – belirgin şekilde. Hertz gibi büyük kiralama şirketlerinin, filolarındaki büyük bir EV kısmını satmaya karar vererek içten yanmalı motorlu (ICE) eşdeğerlerine geri dönmeleri gibi karar geri dönüşleri bile yaşandı.

Bu durum böyle olsa bile, ICE gibi yaygın bir şeyten geçişin sorunsuz gerçekleşeceğini düşünmek çılgınca olurdu. Her zaman gerilemeler olacaktır ve EV’lerin avantajlarıyla ilgili geçerli sorular da her zaman sorulacaktır.

Sonuç olarak, EV’lere geçiş sadece birkaç kişinin arzusu değil; iklim değişikliğiyle mücadelede çoğunluğun ihtiyacıdır. Ancak, mevcut EV nesli görevi yerine getiremiyorsa, başka hangi seçenekler var? Birçok kişi için cevap, yıllardır düşünülen ve son zamanlarda kritik gelişmeler gören bir seçenek: Hidrojen Elektrikli Araçlar (HEV’ler).

Hidrojen Yakıt Hücrelerinin Dayanıklılığını İyileştirme

Son bir çalışmada¹, Harvard ve Incheon Ulusal Üniversitelerinden bilim insanlarından oluşan ortak bir araştırma ekibi, hem dayanıklılığı hem de ömrü artıracak yeni bir hidrojen yakıt hücresi yapım yaklaşımını detaylandırdı.

Daha spesifik olarak, çalışma, Nafion ve perfloropolieter (PFPE) arasındaki birbirine geçen bir ağdan oluşan “yorgunluk dirençli elektrolit membranları kategorisi” geliştirilmesini gördü. Kullanıldığında, yakıt hücrelerinin düzenli kullanımında ortaya çıkan stres kırıkları şeklinde görülen tipik yorgunluğun büyük ölçüde azaltılabileceği kaydedildi.

Malzemeyi bir yakıt hücresindeki elektrolit membranlarına dahil ederek, çalışma yorgunluk eşiğini %175 artırdığını ve yakıt hücresinin ömrünü 1,7 kat uzattığını gösterdi. Ayrıca, değiştirilmemiş Nafion membranı 242 saatlik bir ömre sahipken, kompozit membranın 410 saatlik bir ömre sahip olduğu gözlemlendi.

Ekip, bu malzemenin eklenmesinin yakıt hücrelerinin performansını hafifçe düşürdüğünü belirtse de, dayanıklılık/ömürteki çarpıcı iyileşme kesinlikle değerli bir takas olduğunu gösteriyor. İleriye bakıldığında, hidrojen yakıt hücrelerinin EV sektöründe batarya paketlerine göre yerini alması bekleniyorsa, bu tür ilerlemeler yapılmalıdır. Ancak, en iyi teknolojinin her zaman kazanmadığını hatırlamak önemlidir. İlk hareket avantajı gerçektir ve batarya destekli EV’ler, son piyasa düşüşüne rağmen açıkça önde konumdadır.

Hidrojen Elektrikli Araçlar (HEV’ler) Nedir?

Elektrikli bir araç, yanma yakıtı ile çalışan bir motor yerine elektriğe bağlı motorlar kullanan bir araçtır. Şu anda, elektrikli araçların büyük çoğunluğu bu motorları beslemek için elektriği depolayan ve sağlayan ağır batarya paketleri kullanmaktadır. Daha önce belirtildiği gibi, hidrojen yakıt hücreleri olarak adlandırılan başka bir EV yaklaşımı da popülerlik kazanmaktadır.

Hidrojen Elektrikli Araçlarda (HEV’ler), bazen Yakıt Hücresi Elektrikli Araçlar (FCEV’ler) olarak adlandırılan, motor(ları) beslemek için gereken elektrik, sıvı ya da sıkıştırılmış gaz halinde depolanan hidrojenin proton ve elektrona ayrıldığı bir elektrokimyasal reaksiyonla sağlanır. Tüm süreç şu şekilde işler:

1. Yüksek basınçlı bir tankta depolanan hidrojen, talep üzerine bir yakıt hücresine serbest bırakılır.
2. Yakıt hücresine verilen hidrojen, proton ve elektrona ayrılır.
3. Elektronlar motorları beslemek için kullanılır ve ardından tekerlekleri döndürür.
4. Protonlar havadaki oksijenle birleşerek iki yan ürün üretir: ısı ve su buharı.

İlginç bir şekilde, seçilmiş birkaç hibrit HEV, kaybolan enerjiyi rejeneratif frenleme yoluyla yakalamak için daha küçük bir batarya paketi kullanarak her iki dünyanın en iyisini birleştirir.

Hidrojenin Çekiciliği Nedir?

Sonuç olarak, HEV’lerin çekicilikleri çeşitlidir ancak önemlidir, aynı şekilde batarya destekli EV’ler de öyledir. Dolayısıyla, batarya destekli modeller şu anda piyasayı domine etse de, kesinlikle kazanan yaklaşım olarak ilan edilmemiştir. Aslında, aşağıdaki faktörlerin her biri HEV’lerin bir şekilde üstün olduğunu gösterir.

Üretim ve Depolama: Batarya paketleri genellikle Dünya’ya büyük zararlar veren, büyük ve yıkıcı madencilik operasyonlarıyla elde edilen malzemelerden oluşur; bu da kullanımının çevreye iyi olduğu varsayımını zayıflatır. Öte yandan, hidrojen sürdürülebilir elektroliz gibi yöntemlerle ve potansiyel olarak doğal olarak oluşan rezervlerden elde edilebilir.

Ayrıca, Hidrojen kolayca sıvı hâle sıkıştırılabilir ve büyük miktarlarda sorunsuz taşınabilir. Oluşturulduğu noktadan iletim hatlarına ihtiyaç duymaz, bu da süreci daha esnek kılar.

Performans: Performans açısından, HEV’ler ve BEV’ler arasında büyük bir fark yoktur. Her iki araç tipi de sürüş tekerleklerini beslemek için motorlar kullanır, bu da her ikisinin de teknolojiyle özdeşleşen anlık tork ve güçten faydalanacağı anlamına gelir.

Emisyonlar: Emisyonlar açısından, Hidrojen tartışmasız daha iyidir. Teknik olarak ikincil bir emisyon kaynağı olsa da, sadece egzozdan su buharı çıkar. Öte yandan, BEV’lerin hiç emisyonu yoktur. Hidrojenin fark yarattığı nokta, batarya paketlerini üretmek için yoğun madencilik gerektiren ve Dünya’ya zarar veren üretim sürecidir.

Yakıt Doldurma: Yakıt doldurma, Hidrojenin en büyük çekiciliklerinden biridir, çünkü son kullanıcıların düzenli olarak doğrudan karşılaşacağı bir faktördür. BEV’ler genellikle uzun şarj süreleri ve özel altyapı gerektirirken, HEV’ler normal bir benzin/dizel araç gibi hızlı bir şekilde yakıt doldurabilir.

Menzil: Batarya teknolojisi gelişmekte olsa da, bir BEV’nin geleneksel ICE’ye eşdeğer menzil sunabilmesi için devasa bir batarya paketi gerekir. Bu da daha uzun şarj süreleri, daha büyük çevresel ayak izi ve ağırlıktan kaynaklanan verim kayıplarına yol açar. Öte yandan, Hidrojen genellikle ICE ile eşdeğer menzil değerlerine sahiptir ve menzil kaygısını tamamen ortadan kaldırır.

Soğuk İklimler: BEV sahiplerinin menzil kaygısının bir kısmı bölgeye bağlıdır. Çok az yer BEV için ideal iklim koşullarına sahiptir, bu da birçok müşteri için menzilin önemli ölçüde azalmasına yol açar. Hidrojen soğuk havada biraz menzil kaybederken, bu kayıp hiç de dramatik değildir, bu da onu birçok kişi için daha çekici bir seçenek yapar.

Gördüğünüz gibi, HEV’lerin batarya paketli versiyonlarına göre üstün olduğu çeşitli kritik alanlar vardır. Geride kalmaya başladıkları noktalar ise karmaşıklık, mevcut yakıt doldurma altyapısının yeniden uyarlanması ihtiyacı ve katı hal bataryalarının potansiyel ortaya çıkmasıdır.

Hidrojen Çözümleri Geliştiren Endüstri Oyuncuları

EV endüstrisi şu anda birkaç engelle karşılaşabilir, ancak ulaşımın geleceği oldukları açıktır. EV’lerin hangi formu alacağı ise net değildir. Batarya destekli mi olacaklar? Yoksa hidrojen yakıt hücrelerine mi dayanacaklar? Aşağıdaki iki şirket, ikincisini tercih ediyor ve böyle bir gelecek için planlamaya zaten başladı.

*Bu yazı sırasında verilen rakamlar doğruydu ve değişiklik gösterebilir. Potansiyel yatırımcılar ölçütleri doğrulamalıdır*

1. Toyota

Dünyanın en büyük otomobil üreticisi olarak, Toyota’nın HEV alanına adım atması şaşırtıcı değildir. Şirket, katı hal batarya çözümleri geliştirirken, günümüz batarya EV’lerine karşı bir tutum sergilemiştir. Bunun yerine, Toyota, daha parlak bir geleceğin HEV’ler ve hatta Hidrojen Yanma motorlarıyla mümkün olduğuna inandığını duyurmuştur.

Özellikle, Toyota 1992’de HEV teknolojisi geliştirmeye başladı ve ‘Mirai’yi piyasaya sürdü; bu sedan 5 dakikalık yakıt doldurma, 650 km menzil ve sıfır zararlı emisyon sunmaktadır.

2. Plug Power

(PLUG )

Plug Power Inc., 1997’de kurulan ve New York, Latham’da merkezlenen şirket, hidrojen yakıt hücresi teknolojisini ilerletmede kilit bir oyuncu olmaya devam etmektedir. Özellikle, Plug Power yalnızca otomobil ve kamyonlara odaklanmaz; şirket, elektrik motorları kullanan daha küçük kurulumlar için bu sistemleri tasarlar ve üretir.

Son yıllarda, Plug Power, malzeme taşıma için yakıt hücrelerinin ötesine odaklanarak daha geniş pazarlara yönelmeye başladı. Bu, sabit güç sistemleri, dağıtım araç filoları ve hatta havacılıkta potansiyel uygulamaları içerir. United Hydrogen ve Giner ELX gibi stratejik satın alımları, hidrojen üretimi, sıvılaştırma ve dağıtım yeteneklerini artırarak şirketin hidrojen ekonomisindeki konumunu daha da güçlendirmiştir.

Son Söz

Batarya EV’leri zorlanırken, potansiyel alternatiflere daha fazla odaklanılıyor. Şu anda, hidrojen çözümleri önde yer alıyor ve teknoloji ilk bakışta kolayca göz ardı edilebilse de, sadece Toyota’nın hidrojeni savunduğunu unutmamak gerekir. Honda, GM, Hyundai ve diğer şirketleri içeren hidrojen çözümleri ortaklıkları ve geliştirmeleri zaten mevcut.

Sürdürülebilir kaynaklı hidrojen erişimi her gün artarken, EV’lerin geleceği birçok kişinin düşündüğünden biraz farklı görünebilir.

Referans Alınan Çalışmalar:

^{1. Kim, Y., Zhang, J., Lim, H., Jang, W., Kim, D. Y., Lee, W. Y., Choi, W., Kim, D. J., Lee, S. H., Jeong, S. K., Park, J. H., Park, S., & Kim, J. Y. (2024). Dayanıklı Polimer Elektrolyit Membran Yakıt Hücreleri için Yorgunluk-Dirençli Elektrolyt Membranları. Advanced Materials, 36(24), 2308288. https://doi.org/10.1002/adma.202308288}