Terminoloji | iongenics Elektrokimyasal Teknolojiler | Hidrojen Jeneratörleri | Yakıt Hücreleri

Hidrojen Terminolojisi

Akım: Bir elektrik devresinde elektrik yükünün akışı. Birimi Amper’dir ve A ile gösterilir (1 A = 1 Coulomb/1 saniye).

Akım Yoğunluğu: Birim aktif alan başına düşen akım miktarı. Birimi, A/cm²’dir.

Alt ısıl değer (LHV, Lower Heating Value, Net Kalorifik Değer): Başlangıçta 25 °C’de bulunan belirli miktarda yakıtın yakılması ve yanma sonucu oluşan kimyasalların 150 °C’ye geri döndürülmesi ile ortaya çıkan ve bu sebeple yanma sonucu oluşan suyun gizil ısısının hesaba katılmadığı ısı miktarı (suyun gizil ısısı, su sıvı hale getirilmediği için hesaba katılmaz). Net kalorifik değer olarak da bilinir. Ağırlıksal veya hacimsel enerji yoğunluğu olarak verilebilir. Hidrojen için 0 °C sıcaklık ve 1 bar basınçta alt ısıl değer, 33.3 kWh/kg veya 3 kWh/m³’tür.

Anot: Pozitif voltaja (elektrik potansiyeline) sahip elektrot.

Anyon: Negatif yüklü iyon. Su içinde bulunan OH^– bir anyondur.

Ağırlıksal enerji yoğunluğu: Birim ağırlık başına düşen enerji miktarıdır. Elektrokimyasal sistemlerde ağırlıksal enerji yoğunluğu için genelde kWh/kg birimi kullanılır.

CGH2: Sıkıştırılmış gaz hidrojen (Compressed Gaseous H₂).

CNG: Sıkıştırılmış doğalgaz (Compressed Natural Gas).

Deionize su (Ultra saf su): İçindeki iyonlardan çok büyük oranda ayrılmış, 18.2 MOhm.cm’den daha yüksek bir özdirence veya 0.055 uS/cm’den daha düşük bir öziletkenliğe sahip su. (MOhm = MegaOhm = 10⁶ Ohm, uS = mikroSiemens = 10^-6 Siemens).

Dekarbonizasyon (Decarbonization): İnsan aktiviteleri sonucu oluşan karbondioksit (CO₂) salınımının azaltılması ve nihai hedef olarak tamamen sonlandırılması.

Elektrokatalizör: Elektrot yüzeyinde bulunup bir elektrokimyasal reaksiyonun hızını artıran ve reaksiyondan etkilenmeden çıkan madde. Elektrolizörlerde genelde platin ve iridyum tabanlı elektrokatalizörler kullanılır.

Elektrokimyasal reaksiyon: Kimyasal bileşiklerin, bir aktif materyalden elektron alarak indirgenmesi, veya aktif materyale elektron vererek yükseltgenmesi sonucu oluşan elektron transferini içeren kimyasal reaksiyon çeşidi.

Elektrolit: İyon içeren ve bu sebeple iyonik iletkenliğe sahip katı veya sıvı madde.

Elektroliz: Elektrik enerjisi kullanılarak suyun elektrokimyasal olarak hidrojen ve oksijene ayrıştırılması sürecidir. Pozitif ve negatif elektrotlara akım verilerek elektrotlar arasında voltaj farkı oluşturulması, voltaj farkı sebebiyle elektrotlar arasında oluşan elektrik alan vasıtasıyla iyonların bir elektrolit içinde elektrokimyasal hücrenin bir kutbundan diğer kutbuna hareket etmesi sonucu elektriksel devre tamamlanır. Elektrokimyasal reaksiyonların uygun koşullarda gerçekleşmesi, elektrotların üzerinde bulunan elektrokatalizör malzemelerinin kullanılmasıyla sağlanır. Proton değişim membranları (PEM) katı halli elektrolitlerdir. PEM elektroliz hücreleri, günümüzde yaygın biçimde hidrojen üretiminde kullanılır.

Elektrolizör: Elektroliz yardımıyla suyu hidrojen ve oksijen gazlarına ayrıştıran cihaz.

Elektron: Negatif yük taşıyan atom altı temel parçacık. Atom çekirdeğinin dışında bulunur. Temel elektrik yükü, bir elektronun taşıdığı yükle tanımlanmıştır (-1.60219×10^-19 Coulomb). Kütlesi 9.1095×10^-31 kg’dir (bir protonun kütlesinin yaklaşık 1/1836’sı). Elektrik akımı, elektronların voltaj farkı olan iki nokta arasındaki akışından kaynaklanır. Elektrokimyasal reaksiyonlarda alışverişi yapılan parçacık, elektrondur.

Elektrot: Elektrik akımını elektrokimyasal hücrenin içine veya dışına taşıyan iletken yapı.

Enerji: Bir sistemin iş yapabilme kapasitesi. Elektrokimyasal sistemlerde genelde enerji birimi olarak Wh (Watt x saat) kullanılır (1 kWh = 1,000 Wh, 1 MWh = 1,000,000 Wh, 1 GWh = 10⁹ Wh).

Enerji yoğunluğu: Enerjinin ağırlık veya hacme oranı. Ağırlıksal enerji yoğunluğu ve hacimsel enerji yoğunluğu tanımlarına bakabilirsiniz.

Gaz Kromatografi (GC): Bir maddenin saflığını ölçmek veya bir karışımın birleşimindeki maddeleri ve bu maddelerin miktarlarını tayin etmek için kullanılan bir analitik kimya yöntemidir. Bozunmadan buharlaştırılabilen bileşiklerin ayrıştırılması ve analiz edilmesini sağlar. Analiz başlangıcında analiz edilecek belirli ve küçük hacimdeki sıvı madde, bir porta enjekte edilir. Bu sıvı ısıtılarak buharlaşması sağlanır. Buhar, bir kolona gönderilir. Kolonun içinden, hareketli faz olarak adlandırılan bir taşıyıcı gaz geçirilir. Kolonda aynı zamanda durgun faz olarak adlandırılan bir dolgu malzemesi bulunur. Taşıyıcı gaz, buharlaşan bileşikleri kolonun içinden geçirirken, bileşikler dolgu malzemesi üzerine adsorbe olur. Farklı bileşikler, farklı adsorpsiyon özelliklerine sahip olduğundan, kolon içindeki bileşikler farklı ilerleme hızlarında ilerlerler, kolon sonuna farklı zamanlarda ulaşırlar ve bu sayede bileşikler ayrıştırılmış olur. Kolon sonundan sonra bileşikler, bir detektöre gönderilir ve bileşiklerin kolon çıkış zamanları ve miktarları detektör vasıtasıyla tayin edilir. Genel olarak bileşiklerin ne oldukları, kolondan çıkış sıraları ve kolonun içinde kalış zamanlarıyla belirlenir. En yaygın iki detektör çeşidi FID (Flame Ionization Detector) ve TCD (Thermal Conductivity Detector) detektörleridir. TCD, bileşikleri yakıp yoketmediği için yararlı olsa da, birçok bileşik için düşük algılama hassasiyeti sebebiyle pek tercih edilmemektedir. FID detektörleri ise pikogram seviyelerinde algılama kabiliyetine sahiptir. FID detektörleri kullanıldığında, karbon içeren bileşikler kolonu terkettiklerinde bir alev kullanılarak piroliz edilir. FID’deki alev hidrojenin hava ile yakılmasından elde edilir. Bu alevin etrafında, yanma sonucu oluşan katyon ve anyonları algılamak için elektrotlar bulunur. Bu iyonlar elektrotlara ulaştığında pikoamper seviyesinde akım yaratır. Bu akım, bir akımölçerle ölçülür ve bir integratör ile işlenerek kromatogramda bir pik olarak gösterilir.

Güç: Birim zamanda harcanan enerji miktarıdır. Elektrokimyasal sistemlerde güç birimi olarak genelde Watt (W) kullanılır (1 kW = 1 kilowatt = 1,000 watt, 1 MW = 1 Megawatt = 1,000,000 watt, 1 GW = 1 Gigawatt = 10⁹ watt). 1 Watt, 1 Joule / 1 saniye’ye eşittir.

Hacimsel enerji yoğunluğu: Birim hacim başına düşen enerji miktarıdır. Elektrokimyasal sistemlerde hacimsel enerji yoğunluğu için genelde kWh/m³ birimi kullanılır.

Hidrojen: Evrendeki en basit, en hafif ve en çok bulunan element. Evrende bilinen maddenin %75’i hidrojendir. Güneşin önemli bir kısmı plazma halindeki hidrojendir. Periyodik tablonun en başında 1 atom numarasıyla bulunur. Standart koşullarda (25°C, 1 bar) iki atomlu bir gaz olarak H₂ halindedir. Yeryüzündeki hidrojenin büyük kısmı su molekülünde veya organik moleküllerde bağlıdır. Hidrojen gazı, renksiz, kokusuz ve geniş bir derişim aralığında oksijenle reaksiyona girebilen hayli yanıcı bir gazdır. Hidrojen oksijenle yandığında veya yakıt pillerinde hava ile bir araya geldiğinde su oluşur.

Hidrojen jeneratörü: Su elektrolizörünün diğer adı. Elektrolizör başlığına bakınız.

Hidrojenin renkleri: Hidrojen standart koşullarda renksiz bir gaz olmasına rağmen üretim metoduna göre sınıflandırmada kolaylık sağlaması açısından çeşitli renklerle sıfatlandırılır.

Beyaz hidrojen: Yeraltındaki jeolojik çökeltilerde doğal şekilde oluşmuş ve hidrolik kırılma (fracking) yöntemiyle serbest bırakılan hidrojen çeşidi.

Siyah hidrojen: Üretiminde kömür gazlaştırılması kullanılan hidrojen çeşidi.

Kahverengi hidrojen: Üretiminde linyit gazlaştırılması kullanılan hidrojen çeşidi.

Gri hidrojen: Günümüzdeki en yaygın hidrojen çeşidi. Dünyada yıllık üretilen yaklaşık 75 milyon ton hidrojenin %95’i bu şekilde üretiliyor. Doğalgaz veya metandan buhar gaz reformasyonu ile üretilen, üretiminde açığa çıkan karbondioksitin (CO₂) tutulmadığı ve atmosfere verildiği hidrojen çeşidi.

Mavi hidrojen: Aynı gri hidrojen gibi doğalgaz veya metandan buhar gaz reformasyonu ile üretilen, ancak gri hidrojenden farklı olarak, üretiminde ortaya çıkan karbon dioksitin atmosfere verilmeyip tutulduğu ve saklandığı hidrojen çeşidi.

Turkuaz hidrojen: En yeni hidrojen çeşitlerinden biri. Metanın pirolizi ile üretilen hidrojen çeşidi.

Kırmızı hidrojen: Nükleer enerjiden elde edilen sıcaklığın kullanıldığı termo-kimyasal reaksiyonlarla üretilen hidrojen çeşidi.

Mor hidrojen: Nükleer enerjiden elde edilen elektriğin ve sıcaklığın kullanıldığı birleştirilmiş termo-kimyasal elektroliz yöntemiyle üretilen hidrojen çeşidi.

Pembe hidrojen: Nükleer enerjiden elde edilen elektriğin elektrolizde kullanılmasıyla üretilen hidrojen çeşidi.

Sarı hidrojen: En yeni hidrojen çeşitlerinden biri. Güneş enerjisinden elde edilen elektriğin elektrolizde kullanılmasıyla üretilen hidrojen çeşidi.

Yeşil hidrojen: Genel olarak yenilenebilir enerji kaynaklarından (güneş, rüzgar, jeotermal, dalga, vb.) elde edilen elektriğin elektrolizde kullanılmasıyla üretilen hidrojen çeşidi. Sarı hidrojen, yeşil hidrojenin bir alt koludur.

İyon: Elektron alışverişi sebebiyle pozitif veya negatif yük taşıyan bir atom veya molekül.

Karbon ayak izi: Belirli bir popülasyon, sistem, veya aktivitenin, zamansal ve mekânsal sınırları içinde saldığı toplam karbondioksit (CO₂) ve metan (CH₄) miktarının ölçüsüdür. Bu hesaplamalar yapılırken bütün ilgili kaynaklar, soğurucular ve depolama durumları hesaba katılır. Karbon ayak izi, genellikle 100 yıllık küresel ısınma potansiyeli üzerinden CO₂-eşdeğerliği olarak ifade edilir ve ton/yıl birimiyle verilir.

Karbondioksit (CO2): Normal koşullarda renksiz, kokusuz, yanıcı olmayan, havadan yaklaşık 1.5 kat daha yüksek özkütleye sahip, -78.5 °C altında donan bir gaz (kuru buz bu şekilde üretilir). Endüstri devrimi öncesi atmosferdeki derişimi 280 ppm civarındayken, Temmuz 2021 itibariyle atmosferdeki karbondioksit derişimi 417 ppm’dir (%0.0417). Karbondioksitin atmosferde birikmesinin sebebi, karbondioksitin kararlı bir molekül olması nedeniyle atmosferdeki koşullarda kimyasal reaksiyona girememesi ve başka kimyasallara dönüşememesidir. CO₂, jeolojik yapılardan doğal olarak salınması yanında organik maddelerin çürümesiyle ve yeryüzündeki organizmaların solunum yapmasıyla doğal olarak üretilir. Buna rağmen atmosferdeki CO₂ miktarını artıran en önemli etken antropojeniktir (insan etkisi). İnsanların günlük hayatta ve endüstrideki fosil yakıt kullanımı, atmosferdeki CO₂ derişiminin sürekli artmasına neden olur. Artan CO₂ derişimi, sera etkisini artırır ve küresel ısınmaya yol açar.

Katalizör: Bir kimyasal reaksiyonun hızını artıran ve reaksiyondan kimyasal olarak etkilenmeden çıkan madde. Katalizör, bir reaksiyonun gerçekleşmesi için aşılması gereken enerji bariyeri olan aktivasyon enerjisini azaltır. Bu sayede, reaksiyonun çok daha hızlı ilerlemesini sağlar ve/veya daha düşük sıcaklıkta gerçekleşmesini mümkün kılar.

Katot: Negatif voltaja (elektrik potansiyeline) sahip elektrot.

Katyon: Pozitif yüklü iyon. Yakıt hücrelerinde oluşan H⁺ iyonu, bir katyondur. Elektronunu kaybetmiş hidrojen atomu bir protondur.

LH2: Sıvılaştırılmış hidrojen (liquid H₂).

LNG: Sıvılaştırılmış doğalgaz (Liquefied Natural Gas). Doğalgaz, büyük oranda metan ve bir miktar etan içeren bir hidrokarbon karışımıdır.

LOHC: Sıvı organik hidrojen taşıyıcı. Kimyasal reaksiyonlarla hidrojeni absorplayabilen ve bırakabilen, genelde yüksek ağdalık (vizkozite) değerlerine sahip sıvı formda organik moleküllerdir. Hidrojen depolamak için kullanılırlar.

LPG: Sıvılaştırılmış petrol gazı (Liquefied Petroleum Gas). Propan ve bütan ağırlıklı bir hidrokarbon karışımıdır.

Membran Elektrot Çifti (Membran Elektrot Birleşimi, MEA, Membrane Electrode Assembly): Elektrolit olarak kullanılan membran ile bu membranın iki yüzünde bulunan elektrokatalizör tabakasının birleşimine verilen isim.

Paris Anlaşması: İklim değişikliğinin önüne geçmek için yapılmış olan uluslararası bir anlaşmadır. 2016’da imzaya açılmıştır. Temmuz 2021 itibariyle 191 ülke tarafından imzalanmıştır. Anlaşmanın amacı, uzun vadede ortalama küresel sıcaklık artışını, endüstri devrimi öncesi döneme göre en fazla 1.5 °C ve altında tutmaktır. Bu amaçla sera gazı emisyonları en kısa sürede azaltılmalı ve 21. yüzyılın ikinci yarısında net sıfır olmalıdır. Bu hedefe ulaşmak için hidrojen kullanımının yaygınlaşması gerekmektedir.

Power-to-X (Güçten X’e, P2X): Genelde yenilenebilir enerji kaynaklarından elde edilen güç arzının talebi geçtiği durumlarda artakalan elektrik gücünün, depolanması ve tekrar elektriğe döndürülmesi için başka bir enerji formuna dönüştürülmesi (örneğin hidrojen, metan, metanol, sentetik yakıt) veya kullanışlı bir ürüne dönüştürülmesi (örneğin amonyak ve diğer kimyasal girdiler).

Power-to-gas (Güçten gaza, P2G): Elektrik gücünü hidrojen gazına dönüştüren teknoloji. P2G, yenilenebilir enerjideki kesiklilik (intermittency) problemini, elektrik enerjisini hidrojen gazı formunda depolayarak çözer. Depolanan hidrojen sonrasında elektrik üretmek için kullanılabilir veya doğalgaz hatlarına pompalanabilir.

Proton: Pozitif yük taşıyan atom altı temel parçacık. Atom çekirdeğinin içinde bulunur. Elektrik yükü, elektronun negatif yüküdür (+1.60219×10^-19 Coulomb). Kütlesi 1.672621637 × 10^-27 kg’dır (protonun kütlesi, nötronun kütlesine neredeyse eşittir). Elektrokimyasal reaksiyonlarda sıkça görülen H⁺ iyonu, protondur. Çünkü hidrojen atomu, 1 proton ve 1 elektron içerir ve elektronunu kaybettiğinde geriye sadece proton kalır.

Proton Değişim Membranı (PEM, Proton Exchange Membrane): Yalnızca H⁺ iyonlarına (yani protonlara) geçirgenliği olan, yakıt pilleri ve elektrolizörlerde (hidrojen jeneratörlerinde) elektrolit malzemesi olarak kullanılan polimer levha.

Sarı hidrojen: Güneş enerjisinden elde edilen elektriğin elektrolizde kullanılmasıyla üretilen hidrojen çeşidi. Diğer hidrojen renkleri için “Hidrojenin renkleri” tanımına bakabilirsiniz.

Sera etkisi: Güneşin enerjisi yeryüzüne elektromanyetik dalga halinde gelir (radyasyon). Bu enerjinin bir kısmı yer yüzü tarafından gökyüzüne geri yayılır. Atmosferde bulunan sera gazlarının, yeryüzünden yayılan bu enerjiyi kızılötesi dalga boylarında (ısı) absorplaması ve tekrar yeryüzüne yayması, ve bu şekilde ısıyı hapsetmesi olayına sera etkisi denir.

Sera gazı: Güneşin enerjisi yeryüzüne elektromanyetik dalga halinde gelir (radyasyon). Bu enerjinin bir kısmı yeryüzü tarafından gökyüzüne geri yayılır. Sera gazları, atmosferde bulunup bu geri saçılan enerjiyi kızılötesi dalga boylarında (ısı) absorplayan, tekrar yeryüzüne yayan ve bu şekilde ısıyı hapseden gazlardır. Bu gazların bir kısmı doğaldır, bir kısmı da antropojeniktir (insan etkisiyle oluşmuştur). Sera gazları, su buharı (H₂O), karbondioksit (CO₂), metan (CH₄), nitröz oksit (N₂O), ozon (O₃), kloroflorokarbonlar, ve hidroflorokarbonlardır. Su buharı, atmosferde en yüksek oranda bulunan ve sera etkisine en çok katkısı olan sera gazıdır. Su buharının doğal yollarla oluşan bir sera gazı olduğu göz önüne alındığında, sera etkisine en çok katkısı olan sonraki gaz, antropojenik olarak salınan karbondioksittir.

Sınırda Karbon Vergisi (Sınırda Karbon Düzenlemesi Mekanizması, Carbon Border Adjustment Mechanism – CBAM): Avrupa Birliği’nin Avrupa Yeşil Mutabakatı’yla ortaya koyduğu “Avrupa’nın 2050 yılında iklim-nötr (sıfır karbon emisyonu) olması” nihai hedefine ulaşmak için uyguladığı politikalardan biri. Temelde yüksek karbon emisyonlu süreçlerle üretilen ürünlerin Avrupa’ya girişinin sınırlandırılmasını hedefler. Böylelikle, Yeşil Mutabakat’ın hedeflediği gibi düşük karbon emisyonlu süreçlerle üretilmiş ürünlerin, yüksek karbon emisyonlu süreçlerle üretilmiş ancak genelde düşük fiyatlı olan muadil ürünler karşısında rekabet gücünü korumayı hedefler. Bunu sağlamak için Avrupa’ya satılacak ürünlerin üretim süreçlerindeki karbon emisyonunun hesaplanması ve hesaplanan karbon emisyonu üzerinden ek maliyetlere tabi olması mekanizması kullanılmaktadır. Bu regülasyondan en çok karbon emisyonu yapan demir-çelik, kimyasallar ve çimento sektörlerinin etkileneceği öngörülmektedir.

Üst ısıl değer (HHV, Higher Heating Value, Gross Kalorifik Değer): Başlangıçta 25 °C’de bulunan belirli miktarda yakıtın yakılması ve yanma sonucu oluşan kimyasalların 25 °C’ye geri döndürülmesi ile ortaya çıkan ve bu sebeple yanma sonucu oluşan suyun gizil ısısının hesaba katıldığı ısı miktarı (suyun gizil ısısı, su sıvı hale getirildiği için hesaba katılır). Gross kalorifik değer olarak da bilinir. Ağırlıksal veya hacimsel enerji yoğunluğu olarak verilebilir. Hidrojen için 0 °C sıcaklık ve 1 bar basınçta üst ısıl değer, 39.4 kWh/kg veya 3.53 kWh/m³’tür.

Voltaj: İki nokta arasındaki elektrik potansiyeli farkı. Skaler bir terimdir ve iki nokta arasındaki elektrik alan şiddetinin çizgisel integrali ile hesaplanır. Birimi Volt’tur (V ile gösterilir, 1 V = 1 Joule / 1 Coulomb’tur).

Yakıt hücresi (Yakıt Pili): Bir yakıt (genelde hidrojen) ve bir oksitleyici (genel oksijen) kullanıldığı elektrokimyasal reaksiyonlarla elektrik enerjisi üreten cihaz. Bataryalardan farklı olarak yakıt ve oksitleyici olduğu sürece sürekli biçimde elektrik enerjisi üretebilir.

Yenilenebilir Enerji: Kısa zaman dilimlerinde doğa tarafından yenilendiği için hiçbir zaman tükenmeyen enerji formu. Örnek olarak güneş, rüzgar, jeotermal, dalga enerjisi verilebilir.

Yeşil Mutabakat: Daha doğru adıyla Avrupa Yeşil Mutabakatı, Avrupa Komisyonu tarafından oluşturulmuş ve Avrupa’yı 2050 yılına kadar iklim-nötr (sıfır karbon salınımı) yapmayı amaçlayan politika inisiyatifleri bütünü. 2020 yılında yürürlüğe girdi. Politika alanları olarak temiz enerji, sürdürülebilir endüstri, yapılaşma ve renovasyon, tarladan çatala, kirliliğin ortadan kaldırılması, sürdürülebilir mobilite ve biyoçeşitlilik alanlarından oluşur. 2030 yılında sera gazı salınımının, 1990 yılındaki sera gazı salınımına göre %55 oranında azaltılmasını hedefler. Sera gazları temelde fosil yakıtların kullanımından kaynaklandığından fosil yakıtlara alternatif yakıtlar gerekmektedir. Yenilenebilir enerji kaynaklarıyla üretilen hidrojen, sera gazı yaymadığı için fosil yakıtlara en iyi alternatiftir.

Yeşil hidrojen: Genel olarak yenilenebilir enerji kaynaklarından (güneş, rüzgar, jeotermal, dalga, vb.) elde edilen elektriğin elektrolizde kullanılmasıyla üretilen hidrojen çeşidi. Diğer hidrojen renkleri için “Hidrojenin renkleri” tanımına bakabilirsiniz.