Almanya, Çin ve Fransa’daki araştırmacılar tarafından yapılan yeni bir çalışmaya göre, mevcut doğal gaz türbinleri hidrojenle çalışmak için uygun değil.
Hidrojen yakıtının sürdürülebilir bir enerji çözümü olarak büyük heyecan yaratmasına rağmen, tamamen emisyonsuz olması için yenilenebilir enerji kullanılarak sudan elde edilmesi gerekiyor.
Şu anda dünyanın çoğunda üretilen hidrojenin çoğu, atmosferde büyük miktarda karbondioksit emisyonuna neden olan doğal gazdan üretiliyor.
Ancak hidrojen ekonomisinin karşılaştığı bir diğer önemli sorun, daha az bilinen altyapı eksikliği: Hidrojen, metandan çok daha küçük bir moleküldür ve bu özelliği nedeniyle mevcut metal boru hatları ve tanklar için sorunlara yol açabilir. Hatta bazı şirketler, ABD’de hidrojeni taşırken bu tür sorunlarla zaten karşılaşmışlardır.
Hidrojenin küçük molekülleri, örneğin çelik borulardaki boşluklara kolayca sızarak alaşımı kırılgan hale getirebilir.
MIT enerji bilimcisi Emre Gençer, 2023’te hidrojen taşımacılığı ve depolamasıyla ilgili sorunlara dikkat çekmişti: “Özetle, mevcut altyapıyı kullanarak doğrudan hidrojen akışını sağlamak o kadar da kolay değil.”
Gençer, hidrojen taşınması ve depolanmasıyla ilgili sorunlara değinirken, bir hidrojen ekonomisinde değiştirilmesi gereken tek şeyin mevcut altyapı olmadığını vurguluyordu.
Yüksek sıcaklıklardaki gaz türbinlerinde, hidrojenin “kırılganlığa” yol açma yeteneği önemli ölçüde artar.
Araştırmacılar, endüstri standardı nikel alaşımından (IN718) yapılmış hidrojenle çalışan türbinlerin içindeki süreçleri, yüksek sıcaklık ve basınç ortamlarında mekanik testlerle yakından incelediler. Sıcaklıkla birlikte, hidrojen doğal sıcaklıklara göre alaşımlara iki kat daha fazla zarar verdi, bu da felaketlere yol açabilecek bir durum olabilir.
Bu durum, mevcut altyapının hidrojen yakıtı olarak kullanılamayacağını ve tamamen yeni alaşımların geliştirilmesi gerektiğini gösteriyor.
Hidrojenin alaşımı bozma şekli sıcaklığa bağlı olarak değişir ve çoğu sorun, 400°C ile 600°C arasındaki daha yüksek sıcaklıklara ulaşılırken ortaya çıkar. 400°C’de türbin sünekliği %30’a kadar düşebilir.
Max Planck Enstitüsü’nden Xizhen Dong, “Hidrojen, oda sıcaklığında bir nikel alaşımına girdiğinde genellikle arayüzlerde ve dislokasyonlarda hapsolur” şeklinde açıklıyor. “Yüksek sıcaklıklarda, hidrojen atomları karbürler içindeki karbon boşluklarına göç eder, bu da kısmi bozunmaya neden olur. Ayrıca, hidrojen ve karbon atomları reaksiyona girerek metan oluşturur. Bu yüksek basınçlı metan, yerel olarak yüksek bir iç basınca neden olur, arayüzleri zayıflatır ve hasarı teşvik eder.”
Karbürler, yüksek basınçlı gazları tutmak ve türbinlerin maruz kaldığı kuvvetlere dayanmak için önemlidir. Ancak çalışma, karbürlerle güçlendirilmiş alaşımların hidrojen teknolojisi için uygun olmadığını gösteriyor. Öte yandan, hidrojen kırılganlığına karşı dirençli olan mevcut alaşımlar genellikle çok yumuşaktır.
Bilim insanları, hidrojen taşımacılığı ve depolaması için daha uygun malzemeler bulmak için çalışıyorlar. Bir araştırma ekibi, alüminyum-magnezyum alaşımına skandiyum ekleyerek malzemenin gücünü %40 artırmayı ve hidrojen kırılganlığına karşı direncini yaklaşık beş kat yükseltmeyi başarmışlardır. Ancak türbinlerin sıcak ve dönen parçaları için daha fazla çalışmanın yapılması ve yeni alaşımların keşfedilmesi gerekiyor.
Çalışmanın yazarları, “Bu bulgular, hidrojenle çalışan gaz türbinleri ve uçak motorları için malzeme tasarımında önemli hususlar olabilir” şeklinde ekliyorlar. Çalışma, Nature Materials dergisinde yayınlanmıştır.
Bu makale Fiona MacDonald tarafından kontrol edilmiş ve Fiona MacDonald tarafından düzenlenmiştir. Süreçlerimize güvensek de, biz de sadece insanlarız. Bir hata görürseniz, lütfen bize bildirin.
