Dünya, fosil yakıtlardan arınmış bir gelecek için "Yeşil Hidrojen"e bel bağlamış durumda. Ancak hidrojen, evrendeki en bol element olmasına rağmen, dünyada saf halde bulunmaz ve onu kullanışlı bir yakıta dönüştürmek büyük mühendislik zorluklarını beraberinde getirir.
Hidrojen ekonomisinin önündeki en büyük engeller (maliyet, verimlilik, güvenlik) ekonomi politikalarıyla değil, Malzeme Bilimi ile aşılacaktır. İşte hidrojeni laboratuvardan çıkarıp günlük hayatımıza sokacak olan malzeme devrimleri.
Yeşil hidrojen, suyun elektrik kullanılarak oksijen ve hidrojene ayrıştırılmasıyla (elektroliz) elde edilir. Ancak bu süreçte kullanılan katalizörler, maliyetin belirleyicisidir.
Platin ve İridyum Sorunu: Mevcut PEM (Proton Değişim Membranı) elektrolizörleri, çok pahalı ve nadir bulunan platin ve iridyum gibi metallere ihtiyaç duyar.
Nano-Çözümler: Malzeme bilimciler, bu pahalı metallerin yerine geçebilecek veya kullanımını azaltacak Nikel, Kobalt ve Molibden bazlı nano-yapılı katalizörler geliştirmektedir. Yüksek yüzey alanına sahip bu nano-tozlar, reaksiyon verimliliğini artırırken maliyetleri düşürür.
Hidrojen, enerji yoğunluğu ağırlık bazında çok yüksek (benzinden 3 kat fazla), ancak hacim bazında çok düşüktür. Gazı sıkıştırmak için devasa basınçlar (700 bar) veya sıvılaştırmak için aşırı soğutma (-253°C) gerekir.
Malzeme bilimi burada üçüncü ve en güvenli yolu sunar: Katı Hal Depolama (Solid State Storage).
Metal Hidrürler: Bazı metal alaşımları (Magnezyum, Titanyum vb.), hidrojeni bir sünger gibi kristal yapılarının içine hapsedebilir. Bu yöntem, hidrojeni düşük basınçta ve güvenli bir şekilde depolamayı sağlar. Özellikle Nano-Magnezyum Hidrür (MgH2) tozları, geleceğin hidrojen bataryaları olarak görülmektedir.
Hidrojen atomları o kadar küçüktür ki, çelik boru hatlarının ve tankların metal örgüsü arasına sızabilir. Zamanla metalin yapısını bozarak çatlamalara neden olur; buna "Hidrojen Kırılganlığı" (Hydrogen Embrittlement) denir.
Bu riski yönetmek için yeni nesil malzemeler geliştirilmektedir:
İleri Kompozitler: Karbon fiber takviyeli polimer (CFRP) tanklar, hidrojene karşı geçirmezlik sağlar ve çelikten çok daha hafiftir.
Bariyer Kaplamalar: Mevcut doğalgaz boru hatlarını hidrojen taşımaya uygun hale getirmek için, boru iç yüzeylerine uygulanan özel polimer veya seramik nano-kaplamalar geliştirilmektedir.
Hidrojeni elektriğe çeviren yakıt hücrelerinde (Fuel Cells), membranların ve elektrotların dayanıklılığı kritiktir. Yüksek sıcaklığa ve asidik ortama dayanıklı Grafen katkılı membranlar ve korozyona dirençli bipolar plakalar, yakıt hücreli araçların ömrünü uzatmaktadır.
Hidrojen ekonomisine geçiş, sadece yeni enerji santralleri kurmakla ilgili değildir; bu, atomik düzeyde bir malzeme tasarımı yarışıdır. Nano boyuttaki metal tozlarından, devasa kompozit tanklara kadar her aşamada malzeme bilimi, bu temiz enerjinin kilidini açan anahtardır.
Yatırımcılar ve sanayiciler için mesaj nettir: Gelecek hidrojende, hidrojeni mümkün kılan ise doğru malzemedir.
