Jeotermal enerjinin hidrojen üretimi ve sıvılaştırılmasında kullanımının termodinamik ve ekonomik analizi

Hidrojen, bazılarınca geleceğin enerji kaynağı olarak görülen ve üzerinde çok sayıda araştırmanın yapıldığı alternatif bir enerji kaynağıdır. Hidrojenin geleceğin enerjisi olabilmesi için yenilenebilir enerji kaynakları kullanılarak üretilmesi, üretim, depolama, taşıma ve kullanımı gibi konulardaki teknik ve ekonomik problemlerin aşılması gerekmektedir. Hidrojen üretiminde kullanılan birçok yöntem vardır. Hem elektrik hem de ısı girdisi gerektirebilen bu metotlarda güneş, rüzgâr ve hidroelektrik gibi yenilenebilir enerji kaynaklarının yanı sıra nükleer enerjinin kullanımı da üzerinde çokça çalışılan konular arasındadır. Hidrojen sıkıştırılmış gaz olarak depolanabileceği ve taşınabileceği gibi sıvılaştırılarak sıvı fazında çok daha küçük bir hacimde muhafaza edilebilir. Hidrojen sıvılaştırması yüksek miktarda enerji tüketimi gerektiren ve ileri soğutma tekniklerinin kullanıldığı bir işlemdir.Bu tezde, jeotermal enerjinin hidrojen üretimi ve sıvılaştırmasında kullanımının termodinamik ve ekonomik olarak araştırılması yapılmıştır. Bu amaçla hidrojenin farklı üretim ve sıvılaştırma teknikleri incelenerek jeotermal enerjinin kullanımına uygun metotlar tespit edilmiş ve jeotermal enerjinin kullanılabileceği uygun modeller oluşturulmuştur. Bu modeller, bilgisayar ortamında simüle edilerek modellerin termodinamik ve ekonomik analizleri gerçekleştirilmiş ve farklı modeller, termodinamik ve ekonomik performans kriterleri yardımıyla karşılaştırılmıştır. Modellerde hem jeotermal ısı hem de jeotermalden üretilen elektrik girdi olarak kullanılmıştır. Güç üretimi için çift akışkanlı jeotermal çevrim seçilmiştir. Hidrojen üretimi için elektroliz ve yüksek sıcaklıkta elektroliz metotları kullanılmıştır. Hidrojen sıvılaştırmasında ön soğutmalı Linde-Hampson çevrimi kullanılmış ve sıvılaştırma öncesi ön soğutma için absorpsiyonlu soğutma sistemi uygun modellere entegre edilmiştir.Bu sistemlerle geliştirilen 7 modelin termodinamik ve ekonomik analizleri gerçekleştirilerek birim kg ile üretilebilecek ve sıvılaştırılabilecek hidrojen miktarları her bir model için hesaplanmış ve birim kg hidrojenin üretim ve sıvılaştırma maliyeti araştırılmıştır. Bu performans parametrelerinin jeotermal kaynak sıcaklığı ile değişimi incelenmiş ve birim kg başına üretilebilecek hidrojen miktarının jeotermal sıcaklıkla arttığı ve birim hidrojen maliyetinin azaldığı tespit edilmiştir. Toplam maliyet incelemesi sonucunda sıvılaştırma ünitesi olan modellerin toplam yatırım maliyetinin daha fazla olduğu ortaya çıkmıştır. Elde edilen sonuçların güneş, rüzgâr ve nükleer gibi diğer enerji kaynaklarının kullanımı ile ilgili literatürden elde edilen sonuçlarla karşılaştırması yapılmıştır. Jeotermal destekli hidrojen üretimi, diğer yenilenebilir kaynaklarla hidrojen üretimine benzer bir performans göstermektedir. Geliştirilen 7 modelin Türkiye'deki jeotermal kaynaklara uygulaması yapılarak, bu modeller yardımıyla Türkiye'deki jeotermal kaynaklardan elde edilebilecek hidrojen miktarları tahmini yapılmıştır. Bu çalışmada yapılan analizler ve elde edilen sonuçlar, jeotermal enerjiden hidrojen üretimi ve sıvılaştırmasının mevcut teknolojilerle gerçekleştirilebilecek uygun bir alternatif olduğunu ve muhtemel bir hidrojen ekonomisinde önemli bir yer tutabileceğini göstermektedir.Anahtar Kelimeler: Hidrojen, jeotermal enerji, hidrojen üretimi, hidrojen sıvılaştırılması, hidrojen ekonomisi, hidrojen maliyeti.