Havacılık sektöründe hidrojen: Hayal mi, gerçek mi?

Yazar: Dr. Barış KUMRU

Uçak yolculuğu, modern dünyanın hızına yetişmenin en pratik yolu; fakat bu hızın bir bedeli var: karbon emisyonları. Sürekli gelişen havacılık sektörü ve her geçen gün artan yolcu sayısı, küresel karbondioksit rakamları açısından ciddi bir endişe yaratıyor. 2023 yılında havacılıktan kaynaklanan CO₂ salımı küresel ölçekte %2,5’e ulaştı. Bu emisyonların ana nedeni, jet yakıtının yanması ve karbon bazlı gazların atmosfere salınması.

Sektör, iklim hedefleriyle gerçeklik arasında gidip gelirken “hidrojen” kavramı giderek daha yüksek sesle telaffuz edilmeye başlandı. Peki, hidrojen gerçekten temiz havacılığa giden yolu mu açıyor, yoksa yeni bir karmaşayı mı beraberinde getiriyor? Gelin önce hidrojeni tanıyalım, ardından havacılık sektöründeki yolculuğunu inceleyelim.

Neden hidrojen?

Hidrojen (H₂), evrende en fazla bulunan ve en hafif elementtir; ancak yeryüzünde saf halde bulmak neredeyse imkânsızdır. Bu nedenle hidrojen gazını üretmek zorundayız. Dolayısıyla hidrojen, “bir enerji kaynağı” olmaktan çok “enerjiyi taşıma biçimi”dir. Nasıl üretildiği ise iklim denklemindeki kaderini belirler:

• Gri hidrojen: Doğal gazdan (SMR) üretilir, CO₂ salımı yüksektir.
• Mavi hidrojen: Yine doğal gazdan üretilir, ancak CO₂’nin bir kısmı yakalanarak depolanır.
• Yeşil hidrojen: Yenilenebilir kaynaklı elektrikle sudan elektroliz yoluyla elde edilir, iklim için en uygun seçenektir.

Kilo başına hidrojenin taşıdığı enerji, klasik jet yakıtının yaklaşık üç katına yakındır. Ancak bir litre hidrojen, aynı hacimdeki jet yakıtının yalnızca dörtte biri kadar enerji taşır.

Hidrojen uçaklara iki şekilde güç verebilir:

1. Yakıt hücreleri aracılığıyla elektriğe çevrilip pervaneleri beslemek. Bu yöntem sessizdir ve karbon salımı yok denecek kadar azdır. Ancak yakıt hücrelerinin ürettiği büyük miktarda ısı, yüksek irtifada ciddi bir sorundur. Radyatörlerle bu ısının atılması gerekir, bu da uçağa ek ağırlık ve sürükleme getirir.
2. Doğrudan gaz türbinlerinde yakmak. Bu yöntem, mevcut uçak motorlarına daha yakın bir teknolojidir. Güç yoğunluğu yüksek olup orta menzilli uçuşlarda umut vadeder. Fakat hidrojenin çok hızlı yanması, geri tepme ve kontrol sorunları doğurur. Ayrıca karbon salmasa bile yüksek sıcaklıkta azot oksit (NOₓ) emisyonlarını artırabilir. Yani “karbonsuz uçuş”, düşündüğümüz kadar “sıfır emisyon” anlamına gelmez.

Teknik endişeler

Hidrojen kullanılacaksa, çok daha fazla hacimde depolanması gerekir ki bu da modern uçaklarda aerodinamik olarak ciddi bir sorun yaratır. Kanat içi yakıt tanklarının yerini gövde içinde devasa kriyojenik tanklar almak zorundadır. Bu da kabin düzeninden yük dengesine kadar birçok temel mühendislik sisteminin baştan tasarlanmasını gerektirir.

Hidrojen depolamanın en verimli yolu sıvılaştırmaktır. Ancak hidrojen –253 °C’de sıvılaşır ve bu kadar düşük sıcaklıkta taşınabilmesi için son derece iyi yalıtılmış tanklar gerekir. Yalıtım eksik olursa hidrojen kaynayıp buharlaşır. Bu “boil-off” denilen kayıp sadece verim sorunu değil, aynı zamanda güvenlik riskidir.

Hidrojen, evrendeki en küçük element olduğundan kolayca sızar. Sızıntı durumunda tutuşma aralığı geniştir ve alevi görünmez, bu da ciddi güvenlik endişelerine yol açar. Tank üretimi de başlı başına mühendislik sorunudur. Metal ya da metal-polimer kompozit hibrit tasarımlar güvenlik ve ağırlık açısından tartışılmaktadır. İdeal tank geliştirilse bile, uçağın neresine yerleştirileceği hâlâ belirsizdir.

Hidrojenin yanıcı özellikleri, malzeme uyumluluğu ve güvenlik riskleri nedeniyle uçak tasarımı, sertifikasyon ve denetim süreçleri de oldukça karmaşıktır. Uçuş emniyeti otoriteleri (örneğin FAA), bu riskleri yönetmek için kapsamlı standartlar ve test prosedürleri geliştirmeye çalışmaktadır.

Bir diğer kritik nokta, havaalanı altyapısıdır. Hidrojenin üretimi (özellikle yeşil hidrojen), taşınması, depolanması ve uçaklara ikmali için yeni bir sistem kurulması gerekir. Jet yakıtı bugün neredeyse tüm havaalanlarında mevcutken, hidrojen için benzer bir altyapı oluşturmak yıllar alacaktır. Bu maliyetlerin de bilet fiyatlarına yansıması kaçınılmazdır.

Peki şu an neredeyiz?

Temiz havacılıkta en kritik hedef, karbon emisyonu olmadan uçuş yapabilmektir. Bu amaçla Clean Aviation gibi büyük projeler hidrojen odaklı fizibilite çalışmaları yürütmektedir. Ancak hedeflenen 2035 yılına rağmen, hidrojenli uçakların yaygın kullanımı hâlen gerçeklikten uzaktır.

Örneğin, en büyük uçak üreticilerinden Airbus, hidrojen hedeflerini belirsiz bir tarihe ertelemiştir. Jet motoru üreticileri ise kısa vadede tek çözümü SAF (Sürdürülebilir Havacılık Yakıtı) kullanmakta görmektedir. SAF, mevcut uçak teknolojileriyle uyumludur ve köklü bir değişiklik gerektirmez.

Temiz havacılık bir hayal değil; ancak hidrojen teknolojisinin gerçeklik kazanıp kazanmayacağı, önümüzdeki yıllardaki gelişmelerle netleşecektir.