Hidrojen e-ulaşımda !

E-mobilite, e-ulaşım alanında uzun süredir devam eden araştırma ve geliştirme çalışmaları sonuçlanıyor. Geliştirilen teknik çözümlerle birlikte bu çözümlerin ortaya çıkardığı yeni sorunların çözümleri, yeni uygulamalar, yeni güvenlik ve teknik standartlar da oluşmaya başladı.

Yeni yatırım alanı

E-mobiliteye geçişin temel unsurlarını oluşturan güneş, rüzgar, dalga gibi dönüşebilir ve hammaddesi olmayan yenilebilir enerji kaynakları, üretildikleri tesisler ve ekipmanlar itibarıyla çevreye zararı en az ve ucuz olan kaynaklar. Bununla birlikte bu enerji kaynakları için güneş paneli ve rüzgar gülü gibi sistemlere büyük yatırımlar yapılıyor.

Yakıtlar arası farklar

Yenilenebilir kaynaklardan elde edilen elektrik; petrol ve nükleer enerjiye göre çevre ve üretim sırasındaki riskler açısından büyük avantajlara sahip. Ayrıca fosil yakıtlar, özellikle de petrol, başta petrokimya endüstrisi olmak üzere birçok endüstri için temel madde ve yakıt olarak kullanılmayacak kadar değerli.

Geçiş dönemi

Önümüzdeki dönemin bir geçiş dönemi olacağı, petrol türevli yakıtlar ile birlikte sentetik yakıtlar, doğal gaz, LPG ve benzerleri yakıtların birlikte kullanılacağı görülüyor. Kişisel tercihler, işletme tercihleri, şehir, ülke ve bölge tercihleri yakıt seçiminde etkili olacak. Bu ortamda mevcut motor ve aktarma organları teknolojisinde iyileşmeler gerçekleştirilmesi bekleniyor. Ancak tüm bunlara rağmen gelişmenin belirleyicisinin e-ulaşım olacağına bugünden kesin gözüyle bakılıyor.

E-ulaşım

Doğal yollardan elde edilen elektriğin ulaşımda kullanılabilmesi, yenilenmiş ve geliştirilmiş bir dağıtım ağı, elektriği harekete dönüştürecek sistemler ve taşıtlar gerektiriyor.

Elektrikli demiryolu lokomotifleri, kent içi raylı ulaşım araçları, troleybüsler, teleferik ve asansörler gibi sabit yolda çalışan araçlar için elektrifikasyon, yol ve haberleşme ağı ile birlikte gerçekleştiriyor. Bu alanlarda standartlar oluşmuş durumda.

Karayolu ve hava taşıtlarında ise elektriğin dağıtım ağından alınması, bağımsız hareket ve istenilen yerde kullanımı için bataryalar gerekiyor. Batarya; üretimi, paketlenmesi, dış etkenlerden korunması, enerji yönetimi ile özel bir uzmanlık alanı oluşturuyor. Araçların toplam yüklü ağırlığı, dur-kalk sayısı arttıkça var olan bataryalar ve teknoloji, hızlı şarj ve geri kazınımla takviye gibi imkanlara rağmen yetersiz kalıyor. Yüksek kapasiteli bataryaların üretimi, şarj süresi, ömrü, geri dönüşüm ve bertaraf edilmesinin oluşturduğu sorunlar ve çözümler üstüne araştırma ve geliştirme çalışmaları halen sürüyor.

Alternatif yakıtların gözdesi

Günümüzde hidrojen; dünyanın her yerinde yaygın olarak bulunması, havadan hafif olması nedeniyle hızla yükselerek serbest ortamda yangın ve patlama riskinin düşüklüğü, yanma sonunda enerji ve su buharı açığa çıkarması gibi özellikleriyle en önemli alternatif yakıt olarak değerlendiriliyor.

Bu çevreci elektrik üretim çözümü, kararlı bir bileşik olan suyun elektrolizle ayrıştırılarak H2 elde edilmesine dayanıyor. Hidrojenin elde edilmesi, depolanması, araçlara ikmal edilmesi, araçta depolama, Fuel-Cell (Yakıt hüresi) sistemi ve içten yanmalı motorlara adaptasyon alanlarındaki çalışmaların ortaya çıkardığı çözümler artık gündemin ilk sırasında. Yakın gelecekte önce ağır ticari araçlarda, giderek binek araçlar ve hafif ticarilerde hidrojenin yakıt olarak kullanılabileceği ifade ediliyor.

Çalışmalar sürüyor

Hidrojenin yakıt olarak kullanılabilmesine yönelik çalışmalarda taşıt üreticileri güç birliği yapıyorlar. Motor ve sistem üreticileri de hem bağımsız hem markalar arası iş birlikleri ile yeni çözümler geliştiriyor ve bu çözümleri adım adım, kontrolü bir şekilde pazara tanıtıyorlar. Oluşturulan çeşitli teknik ve ekonomik birlikler de hidrojen üretim, dağıtım ve kullanımının daha güvenli, daha ekonomik ve yaygın olmasına ve standartların belirlenmesine yönelik çalışmaları yürütüyorlar.

İlk hedef 2022

Bosch, yakıt olarak hidrojen kullanan Fuel-Cell sistemini 2022-2023 yıllarında pazara sunmayı planlıyor. Bosch Güç Aktarma Organları Çözümleri Bölüm Başkanı Dr. Uwe Gackstatter, hidrojenin emisyonsuz ulaşımın geleceği olacağını söylüyor. Yakın gelecekte 40 tonluk kamyonların bile tamamen elektrikli modda 1.000 km’den fazla yol alabileceğini, bunun anahtarının da Bosch yakıt hücreli güç aktarma organı olacağını ifade ediyor. Dr. Gackstatter, ayrıca yakıt hücreleri ve bataryalar arasında rekabet olmadığını, birbirlerini mükemmel bir şekilde tamamladıklarını ileri sürüyor, “Yakıt hücresinin avantajları, bataryalı sistemlerin etkili olmadığı alanlarda ortaya çıkıyor” diyor.

Sıfır emisyonlu taşıma

Yenilenebilir enerji kullanılarak üretilen hidrojenle çalıştırılan güç aktarım sistemi, malların iklim açısından nötr bir şekilde taşınmasını sağlayacak. Bosch, öncelikle kamyonlar için yakıt hücreli güç aktarım mekanizmasını geliştirerek bu yönde ilk önemli adımı atıyor.

Neden hidrojen?

Bosch e-ulaşımda hidrojen yakıt teknolojisi kullanımının etkilerini ve gerekliliğini şöyle açıklıyor.

İklime nötr etki: Bir yakıt hücresinde (Fuel-Cell), hidrojen (H2) ortam havasındaki oksijen (O2) ile reaksiyona girer. Bu reaksiyonun açığa çıkardığı enerji, sürüş için kullanılan elektriğe dönüştürülür. Reaksiyonun diğer ürünleri ise ısı ve saf sudur (H2O).
H2 ise suyun elektrik yardımı ile hidrojen ve oksijene ayrıldığı elektroliz işlemiyle elde edilir. Elektrolizde kullanılan elektriği yenilenebilir kaynaklardan üretmek, yakıt hücreli güç aktarım sistemini iklim açısından zararsız, karbon nötr hale getirir.

Özellikle ağır araçlarda yakıt hücresi teknolojisinin karbon ayak izi; üretim, işletim ve bertaraf süreçleri dikkate alındığında, yalnızca batarya ile çalışan elektrikli araçlara göre daha iyidir.

Yakıt hücreli araçların hidrojen tanklarına ek olarak ihtiyaç duyduğu tek şey ara depolama için çok daha küçük ve hafif bir aküdür. Daha küçük bir akü; üretim, işletim ve bertaraf işlemi ve emisyon bakımından avantaj sağlar, karbon ayak izi önemli oranda azalır.

Potansiyel uygulama alanları: Paris İklim Sözleşmesi hedeflerine ulaşmak için yalnızca otomobil ve ticari araçlara değil, trenlere, uçaklara ve gemilere de güç sağlaması gereken, enerji ve çelik endüstrilerinin de kullanmayı planladığı hidrojen, yüksek bir enerji yoğunluğuna sahip. Bir kilogram hidrojen, 3,3 litre dizel kadar enerji içeriyor. 100 km seyahat etmek için bir otomobilin bugünkü teknikle 1 kg H2’ye, 40 tonluk bir kamyonun 7 kg H2’ye ihtiyacı var. Boş bir H2 deposunu doldurmaksa dizel veya benzinde olduğu gibi sadece birkaç dakika sürüyor.

Hidrojen yakıt hücresi teknolojisinin gelecekte ağır yüklerin her gün kilometrelerce taşımasında ilk tercih olacağını öngören Bosch, bu doğrultuda, AB destekli H2Haul projesini yürütüyor. Proje kapsamında, Bosch ve iş ortakları küçük bir yakıt hücreli kamyon filosu oluşturmak ve onları yola koymak için çalışıyorlar. Ancak yakıt hücreli araçların geleneksel araçlarla rekabet edebilmesi için yüksek üretim maliyetleri engelinin aşılması gerekiyor. Bosch, PowerCell Sweden ile bu sorunu çözmeyi hedefliyor. İki şirket, maliyetleri düşürmek için dikkatlerini hidrojen güç aktarım mekanizmasının kalbi olan yakıt hücresi kümesine odaklamış durumdalar.

Mobil uygulamalara ek olarak Bosch, katı oksit yakıt hücresi (SOFC) teknolojisine sahip sabit uygulamalar için de yakıt hücresi kümeleri geliştiriyor. Bunların kullanım alanları veri merkezlerindeki güç istasyonları, elektrikli araç şarj noktaları, üretim ve yaşam merkezleri olacak.

Verimlilik: Bir motor ve aktarma organının çevreye duyarlılığı ve karlılığı için belirleyici faktörlerden biri verimliliği. Yakıtın en iyi şekilde yanması ve bu yanma sırasında ısı kayıplarının olmaması, yanma sonrasında da ortaya çıkan kalıntıların az ve zararsız olması çok önemli. Sıfır emisyonlu yakıt hücreli araçlarda verimlilik içten yanmalı motorlu araçlara göre yaklaşık dörtte bir daha yüksek.

Reküperatif frenleme de verimliliği arttırdığından elektriği doğrudan araçta depolayan ve tahrik için kullanan bataryalı araçlar da verimli çalışıyorlar. Ancak yenilenebilir enerji üretimi ve enerji talebi her zaman ve yerde çakışmadığından, hidrojen alternatif yakıtlar içinde avantajlı bir konumda görünüyor. Doğal yollardan elde edilen elektrik enerjisiyle açığa çıkarılan H2, esnek biçimde depolanabiliyor ve kullanım için hazır tutulabiliyor.

Maliyetler: Yenilenebilir kaynaklardan üretilen elektriğin miktarı arttıkça yeşil hidrojenin maliyetinin de düşeceği ifade ediliyor. 90’ın üzerinde şirketin üyesi olduğu Hidrojen Konseyi de önümüzdeki on yıl içinde birçok hidrojen uygulamasının maliyetlerinin yarı yarıya düşmesi ve diğer teknolojilerle rekabet edebilmesi için çalışıyor ve bu sonucu ulaşmayı bekliyor. Bosch da şu anda Powercell ile birlikte çalışıyor. Amaç, düşük maliyetle üretilebilen yüksek performanslı bir çözüm geliştirmek. Gackstatter, “Orta vadede yakıt hücreli bir araç kullanmak, geleneksel güç aktarım mekanizmasına sahip bir aracı kullanmaktan daha pahalı olmayacak” diyor.

Altyapı: Günümüzde hidrojen dolum istasyonları ağı tam bir kapsama alanı sunmuyor. Ancak Avrupa’daki yaklaşık 180 hidrojen dolum istasyonunun bazı önemli ulaşım yolları için yeterli olduğu düşünülüyor. Pek çok ülkede şirketler=, genellikle devlet sübvansiyonları ile desteklenen genişlemeyi ilerletmek için işbirliği yapıyorlar. Almanya’da da politikacılar hidrojenin ekonominin karbondan arındırılmasındaki önemli rolünün farkına vardılar ve Ulusal Hidrojen Stratejisi oluşturuldu. Örneğin, H2 Mobility ortak girişimi Almanya’da halka açık 100 civarında enerji istasyonu inşa edecek. H2Haul projesi de sadece kamyonları değil, planlanan güzergahlarda gerekli olan dolum istasyonlarını da kapsıyor. Japonya, Çin ve Güney Kore’de de kapsamlı destek programları uygulanıyor.

Güvenlik:Araçlarda gaz halindeki hidrojenin kullanımı güvenli, diğer otomotiv yakıtları veya akülerden daha tehlikeli değil. Hidrojen tankları da yüksek patlama riski oluşturmuyor.

H2’nin oksijenle birlikte yandığı ve ikisinin belirli bir oranın ötesinde karışımının patlayıcı olduğu ise doğru. Ancak hidrojen havadan yaklaşık 14 kat daha hafif ve bu nedenle son derece uçucu. Örneğin, bir araç tankından kaçan H2, ortamdaki oksijenle reaksiyona girebileceğinden daha hızlı yükseliyor. ABD’li araştırmacılar tarafından 2003 yılında yakıt hücreli bir otomobilde yapılan yangın testinde ani bir yangın çıktı, ancak kısa sürede söndü. Araç büyük ölçüde hasarsız kaldı.

Zamanlama: Hidrojen üretimi kanıtlanmış ve teknolojik olarak basit bir süreç. Bu, yüksek talebi karşılamak için hızlı bir şekilde hidrojen üretiminin artırılabileceği anlamına geliyor. Ayrıca yakıt pillerinin (Yakıt hücresi kümesi) artık ticarileştirilebileceği ve yaygın kullanımı için gerekli teknolojik olgunluğa ulaştığı belirtiliyor. Hidrojen Konseyi’ne göre, yeterli yatırım ve siyasi irade olması koşuluyla, hidrojen ekonomisi önümüzdeki on yıl içinde rekabetçi hale gelebilir. Gackstatter, “Hidrojen ekonomisine giriş zamanı” diyor.

Bocsh, AB’deki yeşil hidrojen pazarının yıllık yüzde 65 büyüme hızı ile 2030 yılına kadar yaklaşık 40 milyar avro olacağına inanıyor ve 2021 – 2024 yılları arasında bu teknolojiye bir milyar avro yatırım yapmayı planlıyor. Bocsh ayrıca bu yıl 100 sabit yakıt hücreli tesisi faaliyete geçirecek. Bu tesisler veri merkezleri, üretim tesisleri ve konut alanları gibi kullanıcılara elektrik sağlayacaklar.

YAKIT HÜCRELİ GÜÇ MODÜLÜ ÜRETİM MERKEZİ DE ÇİN’DE.

Bosch, yakıt hücrelerinin global çapta büyük bir atılım yapmasına yardımcı olacak bir sonraki adımı da attı. Şirket, Çinli ticari araç üreticisi Qingling Motors ile Çin’de Hydrogen Powertrain Systems (Chongqing) Co. Ltd. isimli bir ortak girişim şirketi kurdu.
Her iki iş ortağının teknoloji ve pazar uzmanlığının bir havuzda toplanmasını, Çin yakıt hücresi pazarının geliştirilmesini ve Çin’deki otomotiv sanayisinin dönüşümüne katkıda bulunmaya hedefleyen yeni şirket, Çin pazarı için Yakıt Hücreli Güç Modülleri olarak adlandırılan yakıt hücresi sistemlerini geliştirecek ve pazarlayacak.
Çin Otomotiv Mühendisleri Derneği (Çin-SAE) tarafından hazırlanan Enerji Tasarrufu ve Yeni Enerjili Araç Teknolojisi Yol Haritası 2.0’a göre, Çin’de 2030 itibarıyla yakıt hücreli sürüş sistemlerine sahip bir milyondan fazla araç trafikte olacak.
Ortak girişim, tüm Çinli araç üreticilerine yakıt hücresi sistemi sağlamayı amaçlıyor. Bu sistem için gerekli yakıt hücresi paketi, güç elektroniğine sahip hava kompresörü ve sensörlü kontrol ünitesi gibi parçalar ağırlıklı olarak Bosch’un Wuxi’deki fabrikasından sağlanacak.
Küçük ölçekli üretim 2021 yılı içerisinde başlayacak ve Bosch’un Yakıt Hücreli Güç Modülü ile donatılan 70 adet Qingling kamyonundan oluşan test filosu yollara çıkacak. Yakıt hücresi sisteminin pazara sunulma tarihi ise 2022/2023 olarak planlanıyor.
Bosch Almanya’da Bamberg, Feuerbach ve Homburg’da bulunan fabrikalarında da yakıt hücresinin sanayileştirilmesi için çalışmalarına devam ediyor. İsveçli Powercell ile 2022’den itibaren büyük ölçekli üretimine başlayabilmek için pazarın kullanımına hazır yakıt hücresi paketi geliştiriyor.

TOYOTA’DAN ALTERNATİF HİDROJENLİ SİSTEM.

Mevcut içten yanmalı (benzinli) ve ateşleme sistemine sahip motorların LPG, CNG ve LNG yakmaya uyarlanması sırasında ortaya çıkan deneyimler H2 kullanımına adapte ediliyor.
Toyota, bir basın bülteniyle; benzinli motorunu modifiye ederek, yakıt besleme yöntemi ile hidrojen kullanan bir motor geliştirdiğini duyurdu.
Toyota Corolla Sport temelli bir yarış aracına yerleştirilen yeni motor, ORC ROOKIE Racing adı altında yarışlara katılacak. Araçta kullanılan hidrojen yakıt hücresini Fukushima üretiyor.
Toyota Mirai gibi araçlar, yakıt hücresini kullanarak hidrojenin havadaki oksijenle kimyasal olarak reaksiyonundan yararlanıyor ve elektrik motoruna güç veren elektriği üretiyor. Bununla birlikte hidrojen yakıt hücresi, benzinli motorda kullanılan modifiye edilmiş yakıt besleme ve enjeksiyon sistemleriyle de güç üretebiliyor.
Hidrojen motorları kullanımı sırasında sıfır CO2 emisyonu salımı gerçekleştiriyor. Hidrojen yakıt hücreli motorlardaki yanma, benzinlilere göre daha hızlı olduğundan daha karakteristik tepkiler elde ediliyor.
Toyota, bu uygulama ile yakıt hücreli araçların popülerliğini artırmayı amaçlarken aynı zamanda yakıt hücresi kullanan farklı uygulamaları da destekliyor.

BOLZANO’NUN HİDROJENLİ OTOBÜSLERİ SOLARİS

Avrupa Birliği kentlerinde hidrojeni yakıt olarak kullanan otobüsler yol almaya başlıyor. Polonyalı Solaris’in ürettiği hidrojen yakıt hücreli ilk üç Urbino 12 otobüs Kuzey italya’nın Bolzano kentinde çalışacak. Kentin toplu taşıma operatörü SASA Bolzano, AB tarafından finanse edilen JIVE programı kapsamında Solaris’e toplam 12 adet hidrojenli otobüs sipariş etti. Sözleşme 12,8 milyon avro değerinde ve 8 yıllık servis ve bakımı da içeriyor. 38’i oturan 82 yolcu taşıma kapasiteli otobüsler için SASA Bolzano’nun garajında bir hidrojen dolum istasyonu kuruldu.Hidrojenli Urbino, yüksek performanslı küçük bir bataryayı bir yakıt hücresiyle birleştiren ultra modern bir sıfır emisyonlu otobüs. Yakıt hücresinin gücü 70 kW ve 29,2 kWh’lık lityum iyon teknolojisi ile tamamlanmış.
Bu enerji, ZF’nin elektrik tahrikli arka aksına yollanıyor. Tekerlek başı motorları 110 kW gücünde. Yaklaşık 350 km menzile sahip otobüsün yakıt deposunda bu menzil için 37,5 kg hidrojen bulunuyor. Otobüsün çalışması sırasında oluşan tek atık, yaklaşık 55 ° C’deki su buharı.
Otobüsün yakıt hücresi modülü, ağır hizmet tipi ticari araçlara yakıt hücresi sağlayan Ballard Power Systems’ın 8. nesil FCmove-HD yakıt hücresi kümesi. Ballard, Van Hool, VDL ve İngiliz otobüs üreticisi Wrightbus ile de işbirliği yapıyor.
FCmove-HD selefinden daha küçük ve daha hafif; 250 kg. Yeni sistem % 50 daha az bileşenden oluşuyor, bu da daha düşük bakım maliyetleri anlamına geliyor.
Ünite -25 santigrat derece sıcaklıkta bile çalışmaya başlıyor. Hidrojen, 350 bar basınçta gaz halinde otobüsün tavanındaki yeni nesil kompozit tank setinde depolanıyor. Toplam 1560 litre hacimde 37,5 kg hidrojen bulunuyor.
Enerji tüketimini olabildiğince azaltmak amacıyla araç, yakıt hücresinin atık ısısını geri kazanmaya ve dahili ısıtma için kullanmaya olanak tanıyan bir CO₂ ısı pompası içeren bir klima sistemi ile donatılmış.