Petrolden sonra onun yerine geçecek en önemli altertaniflerin arasında gösterilen yakıt pillerinin geçmişi aslında çok ötelere gidiyor...

Petrolden sonra onun yerine geçecek en önemli altertaniflerin arasında gösterilen yakıt pillerinin geçmişi aslında çok ötelere gidiyor...

Geride bıraktığımız yüzyılın sonlarına doğru giderek artan küresel ısınma tartışmaları Aralık 1997’de Japonya’nın Kyoto kentinde 160 ülkeden 10 binin üzerinde katılımcıyla düzenlenen konferansın ardından imzalanan Kyoto Protokolü ile “resmiyete” biner.

Protokole göre ABD başta olmak üzere 38 sanayileşmiş ülke atmosfere saldığı sera etkisine yol açan gazları sınırlamak zorundadır. Hal böyle olunca, petrolün ya da daha geniş bir ifadeyle fosil yakıtların yerine kullanılacak alternatif enerjiler üzerine yapılan çalışmalar yoğunluk kazanır.

Bu alternatiflerden biri de son derece temiz ve son derece verimli bir enerji olarak nitelendirilen hidrojen enerjisidir. Bir hidrojen enerjisi uygulaması olan yakıt pilleri, otomobillerden cep telefonlarına pek çok alanda insanlığa hizmet etmek için yıllardır hazır bir şekilde bekliyor. Gelin biraz geriden alalım.

HİDROJENİN KEŞFİ
Hidrojenin isim babası, onu 1788 yılında Yunanca ‘hydro’ ve ‘genes’ sözcüklerinden Türkçe’ye ‘sudoğuran’ olarak çevrilebilecek şekilde türeten, ünlü Fransız kimyacı Lavoisier’dir.

Ancak ondan çok daha önce metalleri asitler içinde çözen kimyacılar, simyacılar ya da metalurjistler hidrojenle karşılaşmışlardır. Ne var ki bu kişiler hidrojenin ayrı bir madde olduğunun farkına varamazlar. Bu şerefe ilk kez nail olan bilim insanı İngiliz fizikçi ve kimyacı Henry Cavendish olur.

Soylu bir aileden gelen ve maddi yön- den bir sıkıntısı bulunmayan Cavendish, kendisini bilimsel çabasına adar. Yaşamının büyük bir bölümünde gazlar üzerinde çalışan Cavendish, elektrikle ilgili de kendisinden sonraki önemli buluşlara öncü olacak çalışmalar yaparak çağdaş elektrik kuramlarının oluşu- muna katkıda bulunur. Yüklü iki cisim arasındaki çekme ve itme kuvvetlerini tanımlayarak elektrostatiğin temel kavramlarından birini oluşturur.

Bunun yanında, elektrik potansiyeli yani voltaj kavramını tanıtır ve bazı maddelerin elektrikle yüklenmesi ve bu yükü nasıl sakladıkları konusunda çalışır. Caven- dish, değişik iletkenlerden geçen akım miktarının iletkenin yapıldığı maddenin cinsine göre değiştiğini göstererek iletkenlerdeki direnç özelliklerine göre akım ve gerilim arasındaki bağıntıları belirleyen ünlü Ohm Yasası’nın temellerinin oluşmasına katkıda bulunur. Cavendish elektrikle ilgili çalışmalarına kendisini öylesine adar ki elektrik akımlarını kendi vücudundan geçirir, akımın şiddetini verdiği acıyla ölçer. Cavendish, 1766 yılında çinko metalini hidroklorik asit ile reaksiyona sokarak hidrojeni ayrıştırır. Royal Society’de hidrojeni kıvılcımlayarak su elde eder. Cavendish’in bu keşfi daha sonraki yıllarda suyun oksijen ve hidrojenden oluştuğunun ispat edilmesine öncü olur. Cavendish, ayrıca hidrojenin bilinen gazların en hafifi olduğunu da ortaya koyar.

1800 yılına gelindiğinde, İngiliz bilim adamları William Nicholson ve Sir Anthony Carlisle, suya elektrik akımı verildiğinde, hidrojen ve oksijen gazlarının oluştuğunu keşfeder. Daha sonra ‘elektroliz’ olarak adlandırılacak olan bu buluş ve bunu temel alan sistemler, günümüze değin sanayide pek çok alanda kullanıla gelmiştir. Çok basit olarak söylersek yakıt pilleri elektroliz ilkesinin tersine dayanırlar. Yakıt pillerinin uygulamaya geçmesi için uzun yıllar beklemek gerekecekse de bu ilkenin keşfedilmesi çok uzun sürmez.

İLK YAKIT PİLLERİ
Hidrojenden enerji elde etmek için geliştirilen bir teknoloji olan yakıt pillerinin öncüleri 19. yüzyılın ilk yıllarına dayanıyor. Hidrojen ile havadaki oksijeni birleştirerek enerji elde edilen yakıt pillerinde ‘atık’ olarak -bazı uygulamalardaki çok cüzi miktardaki diğer atıkları saymazsak- sadece saf su açığa çıkar.

Yakıt pillerinin en basit şekliyle elektrolizin tersi olduğunu; yani hidrojen ve havadaki oksijeni birleştirerek elektrik enerjisi elde eden araçlar olduğunu söylemiştik. Elektroliz ilkesi ortaya konulduktan sonra bunun tersiyle elektrik akımının elde edileceğinin farkına varılması için fazla beklemeye gerek kalmaz. 1839 yılında, İsviçreli kimyacı Christian Friedrich Schoen- bein, hidrojen ve oksijen gazlarının birleşmesiyle su ve elektrik akımı elde edildiğini keşfeder.

6 yıl sonra 1845’te ise İngiliz bilim insanı Sir William Grove, Schoenbein’in keşfini basit bir sistemde uygulamaya geçirerek bir tür gaz pili geliştirir. Grove, bu başarısı ile sonraları ‘yakıt pilinin babası’ olarak anılacaktır. Yakıt pili (fuel cell) teriminin isim babaları ise 1889 yılında endüstriyel kömür gazı ve havayı kullanan ilk pratik yakıt pilini gerçekleştiren kimyacılar Ludwig Mond ve Charles Langer olur.

Yakıt pillerinin bundan sonraki gelişiminde ise Cambridge Üniversitesi’nden Dr. Francis Thomas Bacon’ın önemli katkılar yaptığı görülür. 1932’de ‘Bacon Cell’ adını verdiği ilk alkalin yakıt pilini üreten Bacon, 1959 yılında hidrojen ve hava ile çalışan ilk yakıt pilini geliştirir.5 kilowatt’lık bu sistem bir kaynak makinesini çalıştırmaya yetecek güçtedir. Bir yıl sonra ise tarım aletleri üreticisi Allis-Chalmers’da çalışan bir mühendisi olan Harry Karl Ihrig, yakıt piliyle çalışan ilk vasıtayı tanıtır. Çok sayıda yakıt pilini kombine ederek 20 beygir gücündeki bir traktörü çalıştırmayı ba- şaran Ihrig, bugün bildiğimiz anlamdaki yakıt pillerinin ticarileşmesine zemin hazırlamış olur.

YAKIT PİLLERİ TİCARİLEŞİYOR

1960’lı yılarda mevcut yakıtları ağır, güneş enerjisini pahalı ve nükleer ener- jiyi riskli bulan NASA, yakıt pilleriyle ilgilenmeye başlar. NASA ve General Electric, Gemini projesi için yakıt pilleri üretirler ve bu yakıt pillerinin ilk ticari kullanımı olur. Yakıt pilleri Apollo pro- jesindeki uzay araçlarında da kullanılır.

1973 yılındaki OPEC petrol ambargosu sebebiyle yakıt pilleri tekrar gündeme gelir ve ticari uygulamalar için ça- lışmalar hızlanır. 1974 yılında Miami Üniversitesi’nden Prof. Dr. T. Nejat Veziroğlu ‘Hidrojen Ekonomisi Miami Enerji Konferansı’nı organize eder. Bu, hidrojen enerjisini tartışmak amacıyla yapılan ilk uluslararası konferanstır. Konferansın ardından, katılımcı bilim insanları ve mühendisler tarafından Uluslararası Hidrojen Enerjisi Derneği (International Association for Hydrogen Energy-IAHE) kurulur.
Dünyanın büyük otomotiv firmaları 1990’lı yıllarda yakıt pilli araçlar üzerine çalışmaya başlarlar. Ne var ki bu araçlar günümüzde hala akülü  elektrikli araçlar kadar bilinir değiller. Bugün dünyanın çeşitli kentlerinde görmeye başladığımız şarj istasyonları bizlere elektrikli araçları kısa sürede yollarda daha sık göreceğimizi müjdeliyor. Üstelik bu istasyonların sayıları gün geçtikçe artıyor. Örneğin; New York Belediye Başkanı Michael

Bloomberg henüz geçtiğimiz günlerde yaptığı açıklamada şehre 10 bin yeni elektrikli araç şarj istasyonu kuracaklarını duyurdu.

Akülerle çalışan elektrikli araçlarda depolama elemanı olarak şarj edilebilir aküler kullanılırken yakıt pili ile çalışan elektrikli araçlarda yakıt, araç yakıt tankında harici olarak depolanır ve gerekli olan hava atmosferden temin edilir. Uzmanlar, geniş ölçekli uygulamalarda yakıt pillerinin akülere göre daha avantajlı olduğunu belirtmekteler. Kullanıcı açısından yakıt pilli araçlarda ilk etapta ön plana çıkan özellik uzun şarj menzilidir.

Ancak yine de yakıt pilli araçların yaygınlaşabilmesi için dolum istasyonlarının yaygınlaşması gerekiyor. Otomotiv devlerinin son zamanlardaki planlarına bakılırsa bunun yakın zamanda gerçekleşeceğini umabiliriz. Güney Koreli otomotiv devi Hyundai, geçtiğimiz yılın sonlarına doğru yaptığı açıklamada, 2015’ten itibaren yakıt pilli araçlarda yıllık 10 bin adetlik bir üretim rakamını planladıklarını açıkladı. Bir diğer otomotiv devi Toyota da 2015’ten itibaren yakıt pilli araçların satışına başlayacaklarını ve 2020’den itibaren satış rakamlarının on binlere ulaşmasını hedeflediklerini duyurdu.

Bunların dışındaki diğer büyük otomobil firmalarının da bu konuda  planları olduğu biliniyor. Bu yılın başlarında Ford, Nissan ve Mercedes-Benz yakıt pilli elektrikli  araçların gelişimini hızlandırmak  amacıyla  işbirliği yapacaklarını açıkladı. Bu ortaklık,  2017 yılında kitlesel ve ekonomik  bir yakıt pilli elektrikli araçlar pazarı  yaratmayı  hedefliyor. Mercedes-Benz’in araştırma-geliştirme sorumlusu Thomas  Weber, yakıt pilli araçların gelecekte sıfır emisyonlu ulaşımda merkez rol oynayacaklarına ikna olduklarını açıkladı. Sanırız şimdi geriye kalan  kullanıcıların da buna  ikna olması.