Yenilenebilir Enerji Kaynağı ile Hidrojen Sülfürden Hidrojen Üretim Kombine Sistem Tasarımı ve Analizi

Abstract

Enerji kaynaklarının giderek azalması ve artan çevre bilinci ile temiz enerji kaynaklarının önemi artmıştır. Çevre dostu enerji kaynaklarının en başında hidrojen enerjisi gelmekte olup hidrojen Karadeniz’in diplerinde bol miktarda bulunan hidrojen sülfürden de üretilebilmektedir. Karadeniz, 270 milyon ton hidrojen kapasitesi ile büyük bir enerji potansiyeline sahiptir. Bu çalışmada, doğrudan elektroliz yöntemi ile Karadeniz’in diplerindeki hidrojen sülfürden hidrojen üretiminde gerekli olan enerjinin Karadeniz kıyılarındaki yenilenebilir enerji kaynaklarından sağlanabileceği üzerine bir çalışma yapılmıştır. Karadeniz kıyılarındaki güneş ve rüzgar enerjisi kullanılarak yaklaşık 640 MWh’lik bir enerji ile yıllık 50 tonluk hidrojen üretebilecek bir tesis tasarlanmıştır. Yapılan güneş ve rüzgar enerjisi potansiyel analizleri neticesinde hem güneş enerjisinden hem de rüzgar enerjisinden yararlanılabilecek hibrit bir sistemin İstanbul ve Zonguldak Filyos’da kurulabileceği sonucuna varılmış ve bu lokasyonlarda yatırım yapılabilirliği görebilmek adına ekonomik analizler gerçekleştirilmiştir. Net bugünkü değer yöntemi ile iç karlılık oranı yöntemi tercih edilmiş olup yatırımın %100 kredi çekilerek ya da %25 öz sermaye, %75 kredi çekilerek gerçekleştirildiği iki farklı senaryo ele alınmıştır. Hem İstanbul hem de Filyos için yatırım yapılabilirlik ve karlılık oranları gayet iyi gözükmekte olup rüzgar enerjisi santrallerine göre güneş enerjisi santrallerinin geri dönüş sürelerinin daha kısa olduğu görülmüştür.

Keywords

• hidrojen
• hidrojen sülfür
• rüzgar ve güneş enerjisi
• Karadeniz
• ekonomik analiz

Design and Analysis of Hydrogen Production Combined System from Hydrogen Sulfide with Renewable Energy Source

Abstract

The importance of clean energy resources has increased with the gradually decrease of energy resources and increasing environmental conscious. Hydrogen energy, comes at the forefront of environmentally friendly energy sources, can also be produced from hydrogen sulfide which is abundant in the bottoms of the Black Sea. The Black Sea has a great energy potential with a hydrogen capacity of 270 million tons. In this research, a study has been carried out that the energy required for the production of hydrogen from hydrogen sulfide at the bottom of the Black Sea by direct electrolysis method can be obtained from renewable energy sources on the Black Sea coast. A plant design which can produce 50 tons of hydrogen per year with approximately 640 MWh obtained from solar and wind energy on the Black Sea coasts has been considered. It was concluded that a hybrid system that can benefit from both solar and wind energy could be established in Istanbul and Zonguldak Filyos as a result of the solar and wind energy potential analyzes and economic analyzes were carried out in order to investment evaluation in these locations. Net present value method and internal rate of return method have been preferred and two different scenarios where the investment is realized by receiving 100% loan or by receiving 25% equity capital and 75% loan are discussed. Investment feasibility assessment and profitability ratios for both Istanbul and Filyos seem to be quite good, and it has been observed that the payback period of solar power plants is shorter compared to wind power plants.

Keywords

• Hydrogen
• hydrogen sulfide
• wind energy
• solar energy
• Black Sea
• economic analysis

References

1. Referans1 S. A. Sherif, F. Barbir and T. N. Veziroglu, “Wind energy and the hydrogen economy review of the technology” Solar Energy, 78, 647-660, 2005.
2. Referans2 A. E. Sanlı and M. D. Mat, “Performance analysis of direct Black Sea hydrogen sulphide (in artificial sea water)/hydrogen peroxide fuel cells” International Journal of Hydrogen Energy, 40, 6440-6448, 2015.
3. Referans3 S. Z. Baykara, H. E. Figen, A. Kale and T. N. Veziroğlu, “Hydrogen from hydrogen sulphide in Black Sea” International Journal of Hydrogen Energy, 32, 1246-1250, 2008.
4. Referans4 A. Midilli, M. Ay, A. Kale, and T. N. Veziroğlu, “A parametric investigation of hydrogen energy potential based on H2S in Black Sea deepwaters” International Journal of Hydrogen Energy, 32, 117-124, 2007.
5. Referans5 K. Petrov, S. Z. Baykara, D. Ebrasu, M. Gulin, and T. N. Veziroğlu, “An assessment of electrolytic hydrogen production from H2S in Black Sea waters” International Journal of Hydrogen Energy, 36, 8936-8942, 2011.
6. Referans6 S. Seker and N. Aydin, “Hydrogen production facility location selection for Black Sea using entropy based TOPSIS under IVPF environment” International Journal of Hydrogen Energy, 45(32), 15855-15868, 2019.
7. Referans7 M. Türkaslan, “Karadeniz Suyundan Hidrojen Üretimi” Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 2013.
8. Referans8 A. Karapekmez and İ. Dinçer, “Modelling of hydrogen production from hydrogen sulfide in geothermal power plants” International Journal of Hydrogen Energy, 43, 10569-10579, 2018.

9. Referans9 A. Karapekmez and İ. Dinçer, “Development of a multigenerational energy system for clean hydrogen generation” Journal of Cleaner Production, 299, 2021.
10. Referans10 A. Midilli, M. Öztürk and İ. Dinçer, “Effective use of hydrogen sulfide and natural gas resources available in the Black Sea for hydrogen economy” International Journal of Hydrogen Energy, 46, 10697-10707, 2021.
11. Referans11 N.N. Greenwood and A. Earnshaw, Chemistry of Elements (Second Edition). Oxford: Butterworth-Heinemann, 1998.
12. Referans12 D. Stirling, The Sulfur Problem: Cleaning up Industrial Feedstocks, The Royal Society Of Chemistry, Cambridge. 2000.
13. Referans13 M. Kim, W. Ju, K. Kim and D. Park, “Selective oxidation of hydrogen sulfide to elemental sulfur and ammonium thiosulfate using VOx/TiO2 catalysts” Studies in Surface Science and Catalysis, 159, 225-228, 2006.
14. Referans14 J. Zaman and A. Chakma, “Production of hydrogen and sulfur from hydrogen sulfide” Fuel Processing Technology, 41, 159-198, 1995.
15. Referans15 O. Yılmaz, “Deniz Suyundaki Hidrojen Sülfürün (H2s), Farklı Metal Elektrotlar Kullanılarak Elektro-Oksidasyonunun İncelenmesi”, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 2012.
16. Referans16 M. Ö. Ültanır, “Hidrojen enerjisi ve Türkiye’de hidrojene geçiş sorunları”, Türkiye 6. Enerji Kongresi Teknik Oturum Bildirileri-1, Dünya Enerji Konseyi Türk Millî Komitesi, İzmir, 1995, 549-563.
17. Referans17 Y. Ustun, “Karadeniz Havzasi ve Turk Bogazlari Sistemi”, _http://www. dogailebaris.org.tr_ Nisan 2021’de alınmıştır.
18. Referans18 L.N. Neretin, I.I. Volkov, M.E. Bottcher and V.A. Grinenko, “A sulphur budget for the Black Sea anoxic zone” Deep-Sea Research Part I, 48, 2569–2593, 2001.
19. Referans19 ETKB, “Güneş Enerjisi Potansiyeli Atlası (GEPA)” Web: https://gepa.enerji.gov.tr/MyCalculator/Default.aspx22 Aralık 2021’de alınmıştır.
20. Referans20 ETKB, “Rüzgar Enerjisi Potansiyeli Atlası (REPA)” Web: https://repa.enerji.gov.tr/REPA/ Aralık 2021’de alınmıştır.
21. Referans21 Europea Commission, “Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS)” Web: https://ec.europa.eu/jrc/en/PVGIS/docs/starting Aralık 2021’de alınmıştır.
22. Referans22 M. Çalışkan, “Orta Karadeniz Bölgesi Rüzgar Enerjisi Potansiyeli” EMO Samsun Şubesi, Samsun, 2007.
23. Referans23 Danmarks Tekniske Universitet (DTU), “Global Atlas Wind (GWA)” Web: https://globalwindatlas.info/about/introduction Ocak 2022’de alınmıştır.
24. Referans24 The Wind Power. “Manufacturers and turbines, Enercon, E48/800” Web: https://www.thewindpower.net/turbine_en_3_enercon_e48-800.php Ocak 2022’de alınmıştır.
25. Referans25 E. Saray, “Yenilenebilir Enerji Üretim ve Yatırım Maliyetleri Karşılaştırması: Ege Bölgesi Örneği” Yüksek Lisans Tezi, Pamukkale Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü, Denizli, 2019.
26. Referans26 Z. T. Altuntaşoğlu, “Türkiye’de Rüzgâr Enerjisi, Mevcut Durum, Sorunlar”, Mühendis ve Makine Dergisi, cilt 52, sayı 617, s. 56- 63, 2012.
27. Referans27 EPDK, “Yenilenebilir Enerji Kaynakları Destekleme Mekanizması-YEKDEM” Web: https://www.epdk.gov.tr/Detay/Icerik/3-0-0-122/yenilenebilir-enerji-kaynaklari-destekleme-mekanizmasi-yekdem Ocak 2022’de alınmıştır.
28. Referans28 European Commision, “Review of the EU ETS market stability reserve final report/2021” Web: https://op.europa.eu/en/publication-detail/-/publication/5fac10fc-353a-11ec-bd8e-01aa75ed71a1 Ocak 2022’de alınmıştır.
29. Referans29 Eyüpsultan Belediyesi, “Arsa Rayiç Bilgileri” Web: https://ebelediye.eyupsultan.bel.tr/web/guest/5 Ocak 2022’de alınmıştır.
30. Referans30 Europe-solarstore, “Solar panels and solar inverters” Web: https://www.europe-solarstore.com/ Ocak 2022’de alınmıştır.
31. Referans31 Wind-turbine-models, “Enercon E-48” Web: https://en.wind-turbine-models.com/marketplace?manufacturer=22 Ocak 2022’de alınmıştır.
32. Referans32 Recharge/Global News And Intelligence for the Energy Transition, “Green hydrogen currently cheaper to produce in Europe than grey and blue H2 due to high natural gas and carbon prices” Web: https://www.rechargenews.com/energy-transition/green-hydrogen-currently-cheaper-to-produce-in-europe-than-grey-and-blue-h2-due-to-high-natural-gas-and-carbon-prices/2-1-1080887 Ocak 2022’de alınmıştır.
33. Referans33 Chemanalyst, “Sulphur Price Trend and Forecast” Web: https://www.chemanalyst.com/Pricing-data/sulphur-39 Ocak 2022’de alınmıştır.