Bu tədqiqat; alkali, proton mübadilə membranlı, anyon mübadilə membranlı, bərk oksidli ve proton keçirən keramika elektrolizatorların yanı sıra su və karbon dioksidi birlikte dönüştüren elektroliz sistemlerinin teknolojik olgunluğunu, maliyetlerini, istehsal infrastrukturunı, regional yayılmaını ve 2050’ye kadar olası kullanım alanlarını müqayisə edir. Tədqiqatçılar bilimsel yayınları, uluslararası teknoloji yol haritalarını, sanayi raporlarını, üretici bilgilerini ve örnek endüstriyel projeleri bir araya getiren karşılaştırmalı bir değerlendirme kullanmıştır. Tədqiqatnın temel sonucu, yakın dönemde alkali ve proton mübadilə membranlı elektrolizatorların kapasite artışına öncülük edeceği; yüksək sıcaklıklı elektroliz ile birgə elektrolizin ise sənaye klasterləri, tullantı istilik kullanımı, sentez yakıtlar ve Power-to-X uygulamaları geliştikçe daha belirgin bir rol üstlenebileceğidir. Ancak bu sonuçlar standartlaştırılmış deneylerden veya tek bir nicel tahmin modelinden değil, fərqli kaynaklardan derlenen gösterge aralıkları ve yazarların karşılaştırmalı değerlendirmelerinden oluşmaktadır.

Tədqiqatda küresel elektrolizator kapasitesinin 2020’lerin sonlarında təxminən 20–50 GW, 2030’ların sonlarında 200–500 GW ve 2050’de 1 TW’ın üzerinde olabileceği öngörülmektedir. Birgə elektroliz kapasitesi için eyni dönemlerde sırasıyla 1 GW’ın altında, 10–30 GW ve 50–100 GW aralıkları verilmektedir. Bunlar gerçekleşmiş kapasite değerleri değil; politika desteği, ucuz bərpa olunan elektrik, sanayi talebi, üretim ölçeği, altyapı ve maliyet düşüşlerinin birlikte ilerleyeceği varsayımına dayanan ileriye dönük öngörülerdir.

İncelemenin yaklaşımına göre tek bir elektrolizator türünün bütün uygulamalarda üstün olması beklenmemektedir. Alkali elektrolizatorlar aşağı kapital xərci ve üretim olgunluğuyla büyük merkezi tesislerde; proton mübadilə membranlı sistemler hızlı tepki ve kompakt yapılarıyla değişken yenilenebilir enerji kaynaklarında; bərk oksidli sistemler yüksək sıcaklık ve tullantı istilik entegrasyonunda; birgə elektroliz ise karbon dioksid ile suyu doğrudan sintez qazına dönüştüren yakıt ve kimyasal üretim zincirlerinde öne çıkmaktadır.

Tədqiqat, Türkiyə için ayrı bir kapasite, maliyet, üretici veya politika analizi təqdim etmir. Bu nedenle küresel nəticələr Türkiyə’ye özgü yatırım sonucu şeklinde yorumlanmamalıdır. Türkiyə baxımından çıkarılabilecek genel ders, elektrolizator seçiminin yalnız hücre verimine değil; elektrik dəyərine, tədqiqat profilinin değişkenliğine, tullantı istilikya, suya, karbon dioksid kaynağına, sanayi talebine ve ortak altyapıya göre yapılması gerektiğidir.

Tədqiqatın əsas sualı nədir?

Tədqiqat, elektrolizator ve birgə elektroliz teknolojilerinin laboratuvar ile pilot aşamalardan geniş ölçekli sanayi kullanımına hangi yollarla geçebileceğini araştırmaktadır. Temel soru yalnız “Hangi elektrolizator daha verimlidir?” değildir. Tədqiqatçılar texnoloji yetkinlik, kapital xərci, davamlılıq, üretilebilirlik, dinamik tədqiqat yeteneği, ham madde bağımlılığı, altyapı gereksinimi ve endüstriyel entegrasyon gibi çok sayıda değişkeni birlikte değerlendirmektedir.

Bu yaklaşımın arkasındaki temel gerekçe, elektrolizatorün tek başına çalışan bir cihaz olmamasıdır. Büyük ölçekli bir sistem; elektrik beslemesi, su hazırlama, gaz ayırma, sıkıştırma, güc elektroniği, ısı yönetimi, güvenlik, depolama ve ürünün kullanılacağı sanayi tesisiyle birlikte çalışır. Bu nedenle hücre veya yığın düzeyindeki yüksək verim, bütün tesisin ekonomik ve güvenilir olacağı anlamına gelmez.

Tədqiqatda hangi metod kullanılmıştır?

Tədqiqatçılar metodi “karşılaştırmalı teknoloji değerlendirmesi” olarak tanımlamaktadır. Değerlendirme şu kaynak türlerini bir araya getirmektedir:

• Hakemli bilimsel yayınlar,
• Uluslararası enerji ve hidrogen yol haritaları,
• Kamuya açık sanayi ve piyasa raporları,
• Elektrolizator üreticilerinin ticari bilgileri,
• Pilot ve erken ticari uygulama örnekleri,
• Bölgesel politika ve yatırım programları.

Teknolojiler; elektrokimyasal performans, tədqiqat sıcaklığı, dinamik tepki, sistem kapital xərci, texnologiya hazırlıq səviyyəsi, üretim ölçeği, ticarileşme potansiyeli ve sanayiye entegrasyon bcərəyanından karşılaştırılmıştır.

Tədqiqat, fərqli yayınlarda bildirilen sonuçların tədqiqat sıcaklığı, basınç, cərəyan yoğunluğu, yığın tasarımı, sistem bileşenleri ve deney metodleri bcərəyanından eyni olmadığını kabul etmektedir. Bu nedenle veriləri ortak bir deney koşuluna matematiksel olarak normalleştirmemiş; temsilî aralıklar ve genel eğilimler kullanmıştır. Sonuçlar mutlak bir performans sıralaması değil, göreli teknoloji konumlandırması olarak okunmalıdır.

Metodin yeniden üretilebilirlik sınırı

İnceleme kapsamlı görünmekle birlikte sistematik derleme protokolü təqdim etmir. Hangi veri tabanlarının hangi tarihler arasında tarandığı, kullanılan arama terimleri, yayınların dahil edilme veya dışlanma ölçütleri, kaynak kalitesinin nasıl puanlandığı ve çelişen değerlerin nasıl uzlaştırıldığı açıklanmamıştır. Bu nedenle eyni kaynak havuzunu kullanan başka bir araştırma grubunun eyni maliyet, TRL veya kapasite sonuçlarına ulaşıp ulaşmayacağı belirsizdir.

Şekil 1’deki radar grafiği de sayısal bir ölçmə değildir. Grafik; verimlilik, kapital xərci, davamlılıq, ölçeklenebilirlik ve entegrasyon kapasitesini görsel olarak müqayisə edir lakin eksenlerde puanlar, ağırlıklar veya hesaplama formülleri bulunmamaktadır. Yazarlar grafiğin literatüre dayalı kavramsal bir uzman değerlendirmesi olduğunu özellikle belirtmektedir.

Elektrolizator nedir?

Elektrolizator, elektrik enerjisi kullanarak bir kimyasal bileşiği elektrokimyasal olarak dönüştüren sistemdir. İncelenen teknolojilerin çoğunda temel amaç sudan hidrogen üretmektir. “Yaşıl hidrogen” nitelemesi ise yalnız elektroliz işleminin varlığına değil, kullanılan elektriğin aşağı karbonlu veya yenilenebilir kaynaktan gelmesine bağlıdır.

Tədqiqatda beş temel elektrolizator ailesi ile birgə elektroliz yaklaşımı değerlendirilmiştir:

• Alkali elektrolizator (AEL): Olgun, görece aşağı maliyetli ve büyük merkezi üretime uygun teknoloji.
• Proton değişim membranlı elektrolizator (PEMEL): Yüksek cərəyan yoğunluğu, kompakt yapı ve hızlı yük takibi sunan sistem.
• Anyon değişim membranlı elektrolizator (AEMEL): Alkali malzemelerin maliyet avantajını membranlı sistemlerin esnekliğiyle birleştirmeyi hedefleyen gelişmekte olan teknoloji.
• Katı oksitli elektrolizator (SOEL): Yüksek sıcaklıkta çalışan ve sanayi tullantı istiliksından yararlanabilen keramika tabanlı sistem.
• Proton ileten keramika elektrolizator (PCCEL): SOEL’den daha aşağı fakat aşağı sıcaklıklı sistemlerden daha yüksək sıcaklıkta çalışan, gelişimin erken aşamasındaki teknoloji.
• Birgə elektroliz: Su buharı ile karbon dioksidi eyni sistemde dönüştürerek hidrogen ve karbonmonoksidten oluşan sintez qazı üreten yaklaşım.

Alkali elektrolizatorların rolü

Alkali elektrolizatorlar, tədqiqatda en olgun ve geniş ölçekte üretilebilen teknoloji olarak konumlandırılmaktadır. Düşük maliyetli malzemeler, uzun işletme geçmişi ve gelişmiş tedarik zinciri, büyük merkezi hidrogen tesisleri için önemli avantajlardır. Basınçlı ve sıfır boşluklu yeni tasarımlar, klasik alkali sistemlerin elektriksel kayıplarını ve yardımcı tesis gereksinimlerini azaltmayı hedeflemektedir.

Tədqiqatya göre alkali sistemlerin başlıca kullanım alanları sürekli çalışan ammonyak tesisleri, neft emalı zavoduler, büyük hidrogen mərkəzləri ve ihracata yönelik üretim tesisleridir. Buna karşılık proton mübadilə membranlı sistemlere göre daha aşağı cərəyan yoğunluğuyla tədqiqatları daha büyük fiziksel alan gerektirebilir. Tepkilerinin görece yavaş olması, hızla değişen rüzgâr veya güneş üretimini doğrudan takip etmelerini de sınırlayabilir.

Proton değişim membranlı elektrolizatorların rolü

PEMEL sistemleri değişken elektrik girişine hızlı tepki verebildikleri için rüzgâr ve güneş enerjisiyle doğrudan eşleştirilen uygulamalarda öne çıkmaktadır. Yüksek cərəyan yoğunluğu, daha kompakt bir tesis ve modüler büyütme olanağı təmin edə bilər. Tədqiqat, bu teknolojiyi dağıtık hidrogen üretimi, hidrogen mərkəzləri, ulaşım altyapısı ve şebeke esnekliği bcərəyanından önemli görmektedir.

PEMEL’in temel sınırlılığı yüksək maliyet ve kritik hammaddelere bağımlılıktır. Özellikle iridyum gibi değerli metallerin katalizörlerde kullanılması, çok büyük üretim hacimlerine ulaşılması durumunda tedarik riski oluşturabilir. Araştırma eğilimleri değerli metal miktarını azaltmaya, alternatif katalizörler geliştirmeye ve membran ömrünü uzatmaya yönelmektedir.

Anyon değişim membranlı elektrolizatorların potansiyeli

AEMEL, aşağı sıcaklıkta çalışırken değerli olmayan metal katalizörlerin kullanılabilmesini hedeflemektedir. Bu özellik, alkali elektrolizatorlerin malzeme maliyeti avantajıyla PEMEL’in modüler yapısı ve esnek işletmesi arasında bir ara yol oluşturabilir.

Ancak membran ömrü, karbon dioksid alımına bağlı karbonat oluşumu ve sanayi koşullarındaki uzun dönem kararlılık henüz çözülmüş değildir. Tədqiqat bu teknolojiyi TRL 6–7 düzeyinde, kilovattan megavata ilerleyen lakin henüz geniş ölçekli ticari güvenilirliği kanıtlanmamış bir seçenek olarak değerlendirmektedir.

Katı oksitli elektrolizatorlar neden yüksək verim potansiyeli taşımaktadır?

SOEL sistemleri təxminən 700–1000 °C sıcaklıkta tədqiqatktadır. Suyun dönüştürülmesi için gereken enerjinin bir bölümü elektrik yerine ısı olarak sağlanabildiğinden, özellikle kullanılabilir tullantı istiliknın bulunduğu çelik, kimya, ammonyak ve neft emalı zavodu tesislerinde elektrik tüketimi açısından avantaj təmin edə bilər.

Yüksek sıcaklık eyni zamanda önemli mühendislik sorunları yaradır. Seramik malzemeler sıcaklık değişimlerinden, redoks çevrimlerinden, sızdırmazlıq problemlerinden ve uzun süreli malzeme bozunmasından etkilenebilir. Bu nedenle SOEL, hücre düzeyinde yüksək verim potansiyeline rağmen bütünleşik sistem düzeyinde tədqiqatda TRL 6–7 arasında değerlendirilmiştir.

Tədqiqatya göre SOEL sistemleri günümüzde pilot ve erken ticari projelerde kullanılmakta; 2030 sonrasında megavat ölçeğinden gigavat ölçeğine ilerleyebilecek teknolojiler arasında gösterilmektedir. Bu geçişin gerçekleşmesi, uzun dönem davamlılıq ve endüstriyel tədqiqat çevrimlerinin başarıyla doğrulanmasına bağlıdır.

Proton ileten keramika elektrolizatorların konumu

PCCEL sistemleri təxminən 400–600 °C sıcaklıkta tədqiqatktadır. Bu ara sıcaklık, yüksək sıcaklıklı bərk oksid sistemlerine göre termal gərginliki azaltırken yüksək elektrokimyasal verim potansiyelini korumayı məqsəd daşıyır.

Tədqiqatda PCCEL, TRL 4–6 düzeyinde ve prototipten erken kilovat ölçeğine ilerleyen bir teknoloji olarak sunulmaktadır. Malzeme kararlılığı, yığın üretimi ve bütünleşik sistem doğrulaması yeterli olgunluğa ulaşmadığından yakın dönemde qlobal güc üzerinde belirleyici olması beklenmemektedir. Yazarlar teknolojinin öneminin 2035 sonrasında artabileceğini öngörmektedir.

Birgə elektroliz nasıl fərqlilaşmaktadır?

Birgə elektroliz yalnız hidrogen üretmez. Genellikle bərk oksidli hücreler kullanılarak su buharı ve karbon dioksid eyni anda dönüştürülür; ürün olarak hidrogen ile karbonmonoksidten oluşan sintez qazı elde edilir. Sentez gazının hidrogen/karbonmonoksid oranı sonraki kimyasal sürece göre ayarlanabilir.

Sentez gazı; metanol, metan, Fischer–Tropsch yakıtları, sürdürülebilir aviasiya yakıtları ve daha yüksək hidrokarbonların üretiminde ara girdi olabilir. Böylece birgə elektroliz bərpa olunan elektrik, yakalanmış karbon dioksid ve kimyasal yakıt üretimi arasında doğrudan bağlantı kurmaktadır.

Bu yaklaşımın sistem düzeyindeki olası avantajı, hidrogenin ayrı üretilmesi ve daha sonra karbonmonoksidle karıştırılması gibi bazı ara işlemleri azaltabilmesidir. Ancak karbon diokside dayanıklı elektrotlar, karma gaz yönetimi, daha sıkı sıcaklık kontrolü, ürün oranının yönetimi ve uzun süreli yığın dayanıklılığı ek maliyet ve karmaşıklık getirmektedir.

Tədqiqat, birgə elektrolizi 700–1000 °C aralığında çalışan, TRL 6–7 düzeyinde ve pilot ölçekten erken megavat uygulamalarına ilerleyen bir teknoloji olarak değerlendirmektedir. Yaygın kullanımın 2030 sonrasında başlaması, 2040’larda ise daha geniş sanayi kullanımı kazanması öngörülmektedir.

Power-to-X ne anlama gelmektedir?

Power-to-X, elektrik enerjisinin hidrogen, ammonyak, metanol, metan veya sıvı sintetik yanacaqlar gibi başka bir enerji taşıyıcısına veya kimyasal ürüne dönüştürülmesini ifade eder. Buradaki “X”, ortaya çıkan ürün veya kullanım alanını temsil etmektedir.

Tədqiqatnın yaklaşımında hidrogen elektrolizi, elektriği hidrogen molekülüne taşıyan ilk aşamadır. Birgə elektroliz ise karbon dioksidi de sürece dahil ederek karbon içeren yakıt ve kimyasallara daha doğrudan bir yol yaradır. Bu nedenle birgə elektrolizin toplam kapasitesi hidrogen elektrolizinden daha küçük öngörülse de aviasiya, dəniz daşımacılığı ve petrokimya gibi karbon içeren moleküllere ihtiyaç duyan sektörlerde stratejik önemi daha yüksək olabilir.

Yığın mimarisi neden önemlidir?

Elektrolizator yığını, çok sayıda elektrokimyasal hücrenin elektriksel ve akışkan bağlantılarla bir araya getirildiği ana üretim birimidir. Aynı elektroliz kimyası fərqli yığın mimarileriyle uygulanabilir ve mimari seçimi güc yoğunluğunu, sızdırmazlığı, mekanik dayanımı, ısıl çevrimlere direnci, üretim maliyetini ve bcərəyan ihtiyacını etkiler.

Düzlemsel ve sıfır boşluklu yapılar

AEL, PEMEL ve AEMEL sistemlerinde düzlemsel sıfır boşluklu tasarımlar yaygındır. Elektrotlarla ayırıcı veya membran arasındaki mesafenin azaltılması elektriksel direnci düşürür. Düzlemsel parçaların seri üretime ve otomasyona uygun olması, kilovat başına maliyetin üretim hacmi arttıkça azalmasına yardımcı olabilir.

Anot veya elektrolit destekli keramika yapılar

SOEL sistemlerinde hücrenin mekanik taşıyıcısı anot ya da daha kalın bir elektrolit tabakası olabilir. Bu yapılar yüksək güc yoğunluğu ve ısı entegrasyonu təmin edə bilər; lakin keramika bileşenler sıcaklık gradyanlarına, termal dövrlere ve sızdırmazlıq kusurlarına duyarlıdır.

Tübüler yapılar

Tüp biçimli bərk oksid hücreleri sızdırmazlıq ve termal gərginlik bcərəyanından daha dayanıklı olabilir. Buna karşılık birim hacimdeki güc yoğunlukları daha aşağı, üretim süreçleri daha karmaşık ve maliyetleri daha yüksək olabilir. Tədqiqat bu nedenle tübüler SOEL mimarisinin maliyet düşürme potansiyelini sınırlı değerlendirmektedir.

Metal destekli yapılar

Metal destekli düzlemsel hücreler, keramika hücrelerin elektrokimyasal özelliklerini metal taşıyıcının mekanik dayanımıyla birleştirmeyi məqsəd daşıyır. Tədqiqat, bu yaklaşımın hızlı sıcaklık değişimlerine dayanımı artırabileceğini ve kullanılan keramika miktarını azaltabileceğini belirtmektedir. Ancak üretim henüz erken aşamada olduğu için maliyet avantajı bir gerçekleşmiş sonuç değil, uzun dönemli bir beklentidir.

Tədqiqatda verilen maliyet aralıkları nasıl okunmalıdır?

CAPEX, bir sistemin kurulumu için gereken başlangıç sermaye harcamasını ifade eder. Elektrolizator sisteminde yalnız yığın değil; güc elektroniği, su hazırlama, gaz ayırma, soğutma, sıkıştırma ve diğer yardımcı tesisler de maliyete dahildir. Bu yardımcı bileşenler “tesis balansı” veya balance-of-plant (BoP) olarak adlandırılır.

Tədqiqatnın açıklama metni Tablo 1’deki değerleri yığın ve tesis balansıni kapsayan sistem CAPEX aralıkları olarak tanımlarken tablonun ilgili sütununda “yığın maliyeti” ifadesini kullanmaktadır. Bu terminolojik uyumsuzluk önemlidir: Yalnızca yığın maliyeti ile bütün sistem maliyeti eyni değildir. Bu nedenle aşağıdaki değerler kesin satın alma bedelleri değil, tədqiqatnın teknoloji karşılaştırmasında kullandığı təxminən maliyet göstergeleri olarak qiymətləndirilməlidir.

• Alkali elektrolizator: təxminən 300–600 €/kW
• PEM elektrolizator: təxminən 700–1.200 €/kW
• AEM elektrolizator: təxminən 500–1.000 €/kW
• Düzlemsel SOEL: təxminən 1.000–2.000 €/kW
• Metal destekli SOEL veya PCCEL: öngörülen təxminən 800–1.500 €/kW
• Tübüler SOEL: 2.000 €/kW’ın üzerinde
• SOEL tabanlı birgə elektroliz: təxminən 1.200–2.500 €/kW

Maliyet aralıkları tesis büyüklüğü, ülke, üretim hacmi, elektrik altyapısı, sistem basıncı, ısı entegrasyonu, ömür ve yenileme aralığına göre değişebilir. Tədqiqat bu değerlerin proje teklifi veya standartlaştırılmış piyasa fiyatı olarak kullanılmaması gerektiğini açıkça belirtmektedir.

Şekil 1 ne göstərir?

Şekil 1’deki radar grafiği AEL, AEMEL, PEMEL, SOEL ve PCCEL teknolojilerini verimlilik, CAPEX, davamlılıq, ölçeklenebilirlik ve sistem entegrasyonu bcərəyanından görsel olarak müqayisə edir. Grafik, AEL’in maliyet ve ölçeklenebilirlik; SOEL’in verimlilik ve entegrasyon; PEMEL’in ise esneklik ve uygulama entegrasyonu bcərəyanından güclü konumlandığını anlatmaktadır.

Ancak grafikte sayısal eksen ölçeği, puanlama tablosu veya değişken ağırlıkları bulunmamaktadır. Renkli alanların büyüklüğü ölçülmüş bir performans farkını temsil etmez. Grafik, yazarların literatür sentezine dayanan kavramsal bir teknoloji haritasıdır.

Küresel üretim ve bölgesel roller

Tədqiqatya göre dünya, tek tip bir hidrogen yayılım modeli izlememektedir. Şekil 2’deki küresel harita fərqli bölgeleri politika, üretim, doğal kaynak, sanayi altyapısı ve ihracat hedefleri bcərəyanından konumlandırmaktadır.

• Çin: Alkali elektrolizator üretim hacmi ve aşağı maliyetli seri üretim bcərəyanından öne çıkarılmaktadır.
• Avropa: Politika desteği, hidrogen vadiləri, sənaye klasterləri, SOEL ve birgə elektroliz entegrasyonu bcərəyanından öncü olarak gösterilmektedir.
• Şimali Amerika: Üretim, depolama, sanayi tüketimi ve karbon yönetimini bir araya getiren hidrogen mərkəzləriyle tanımlanmaktadır.
• Avustralya ve Yaxın Şərq: Büyük güneş ve rüzgâr kaynaklarıyla ihracata yönelik hidrogen ve ammonyak üretimine uygun bölgeler olarak ele alınmaktadır.
• Afrika ve Latın Amerikası: Yenilenebilir kaynaklara dayalı üretim, liman bağlantıları ve ihracat koridorlarıyla gelişmekte olan pazarlar olarak qiymətləndirilir.
• Yaponiya ve Doğu Asya: Yüksek verimli teknolojiler, karbon geri dönüşümü, sintetik yanacaq ve uluslararası hidrogen tedarik zincirlerinde teknoloji odaklı bir rol üstlenmektedir.

Şekil 2 de nicel bir kapasite haritası değildir. Haritada tesis sayısı, kurulu güc, maliyet veya zaman serisi ölçeği bulunmaz. Bölgesel roller genel politika ve sanayi eğilimlerinin kavramsal özetidir.

Üretici haritası ne anlatmaktadır?

Tədqiqat, olgun teknolojilerle gelişmekte olan teknolojilerin üretici yapısı arasında belirgin fark bulunduğunu savunmaktadır. Alkali ve PEM elektrolizatorlarde çok sayıda kommersiya istehsalçısı ve yüzlerce megavattan gigavatlara ilerleyen üretim hatları bulunmaktadır. SOEL ve birgə elektrolizde üretim daha az sayıdaki uzman şirket çevresinde toplanmaktadır. PCCEL ise ağırlıklı olarak ulusal laboratuvarlar, üniversiteler ve araştırma konsorsiyumları düzeyindedir.

Tədqiqatda örnek olarak şu üreticiler listelenmiştir:

• AEL: LONGi Hydrogen, PERIC, Tianjin Mainland, Sungrow Hydrogen, Thyssenkrupp Uhde ve McPhy
• PEMEL: Siemens Energy, ITM Power, Plug Power, Cummins ve Nel Hydrogen
• AEMEL: Enapter, Versogen ve erken aşamadaki geliştiriciler
• SOEL: Sunfire, Topsoe ve Bloom Energy
• Birgə elektroliz: Sunfire, Topsoe ve Bloom Energy
• PCCEL: Belirli büyük kommersiya istehsalçısıler yerine araştırma kuruluşları ve konsorsiyumlar

Bu liste küresel üreticilerin eksiksiz envanteri değildir. Şirketlerin listelenmesi, belirtilen kapasite veya ticari başarının bağımsız olarak doğrulandığı anlamına gelmez; tədqiqat kamuya açık üretici bilgilerini kullanmıştır.

Sanayi neden elektrolizator yayılımının ana motorudur?

Yazarların temel görüşü, büyük elektrolizator yatırımlarının yalnız hidrogen üretmek amacıyla değil, sürekli ve öngörülebilir talebi bulunan sanayi tesisleriyle bütünleştiğinde ekonomik olarak daha uygulanabilir hâle geldiğidir. Sürekli ürün alıcısı, tesisin daha yüksək kapasite faktörüyle tədqiqatsını ve uzun dönemli satış sözleşmeleri kurulmasını təmin edə bilər.

Amonyak ve gübrə

Amonyak üretimi hâlihazırda hidrogen kullanan büyük bir sanayi sürecidir. Alkali ve PEM elektrolizatorlarden elde edilen hidrogen, Haber–Bosch sentezine beslenebilir. Tədqiqat, ihracata yönelik yeşil ammonyak merkezlerini yakın dönemdeki en büyük elektrolizator pazarlarından biri olarak değerlendirmektedir.

Metinde ammonyak sektörünün yılda 180 milyon tonun üzerinde hidrogen tükettiği belirtilmektedir. Ancak bu değerin hesaplama metodi veya kaynak verisi tədqiqat içinde açıklanmamıştır. Bu nedenle sayı bağımsız bir ölçmə sonucu gibi kullanılmamalıdır.

Çelik üretimi

Hidrogenle birbaşa dəmir reduksiyası, kömür veya fosil kökenli indirgeme ajanlarının bir bölümünün yerine hidrogen kullanmayı məqsəd daşıyır. Bu süreç sürekli ve yüksək hacimli hidrogen gerektirebilir. Tədqiqatda PEMEL ve SOEL, çelik tesisleriyle bütünleştirilebilecek teknolojiler arasında gösterilmektedir.

SOEL’in yüksək sıcaklıklı hidrogen üretimi ve tullantı istilik kullanımı, metalürji tesislerinde sistem verimini artırabilir. Birgə elektrolizden elde edilen sintez qazı da bazı bütünleşik ısı ve kimyasal süreçlerde kullanılabilir. Bununla birlikte tədqiqat, belirli bir çelik tesisinin tam enerji ve kütle dengesini hesaplamamıştır.

Rafineriler ve petrokimya

Rafineriler hidrokraking ve kükürt giderme gibi işlemlerde zaten hidrogen kullandığından, elektrolitik hidrogen için mevcut bir tüketim altyapısı sunmaktadır. Tədqiqat, 10–100 MW arasındaki erken projeleri fosil kaynaklı hidrogenin kademeli olarak ikame edilebileceği aşağı riskli giriş alanları arasında değerlendirmektedir.

Birgə elektroliz ve yakalanmış karbon dioksid kullanımı, neft emalı zavodulerin ileride sintetik yanacaq veya kimyasal ara ürün merkezlerine dönüşmesine katkı təmin edə bilər. Ancak tədqiqat, bu dönüşümün ekonomik olarak bütün neft emalı zavodulerde uygulanabilir olduğunu sübut etmir.

Sentetik yakıtlar

Havacılık ve dəniz daşımacılığı gibi sektörlerde yalnız hidrogen değil, yüksək enerji yoğunluğuna sahip karbon içeren sıvı yakıtlar gerekebilir. Birgə elektroliz, sintez qazı üzerinden e-metanol, Fischer–Tropsch yakıtları ve sürdürülebilir aviasiya yakıtları üretiminin ilk aşamasını oluşturabilir.

Tədqiqatya göre sintetik yanacaqlar, birgə elektrolizin uzun dönemli en önemli pazarıdır. Buna karşılık 2020’lerdeki uygulamalar pilot ve erken ticari ölçektedir. Yakalanmış karbon dioksidin kaynağı, saflığı, taşınması ve həyat dövrü emissiya hesabı çözülmeden sistemin aşağı karbonlu olduğu yalnız elektrolizatorün varlığıyla söylenemez.

Hidrogen merkezleri ve sənaye klasterləri

Tədqiqat, elektrolizatorların üretim tesisinden ayrı ve tek başına kurulması yerine üretim, depolama, boru hattı, karbon dioksid kaynağı ve birden fazla sanayi tüketicisinin eyni bölgede toplandığı merkezleri öne çıkarmaktadır. Rotterdam, Texas Gulf Coast, H₂H Saltend ve Shanghai Green Hydrogen Valley bu yaklaşımın örnekleri olarak anılmaktadır.

Ortak altyapı, her projenin ayrı depolama veya taşıma sistemi kurma ihtiyacını azaltabilir. Bir üreticinin geçici olarak daha az hidrogen tükettiği durumda başka bir tüketiciye yönlendirme yapılması da tesis kullanım oranını artırabilir. Ancak bu yararlar, boru hattı, izin, güvenlik ve uzun dönemli ürün alım sözleşmeleri tələb edir.

2020’lerden 2050’ye öngörülen gelişim

Şekil 3, teknolojik gelişimi üç döneme ayırmaktadır:

• 2020’ler – erken ticarileşme: AEL ve PEMEL kapasite artışına öncülük eder. SOEL ve birgə elektroliz pilot veya erken gösterim aşamasında kalır. PCCEL araştırma ve prototip düzeyindedir.
• 2030’lar – sanayi ölçeğinde yayılım: Hidrogen merkezleri büyür; SOEL, birgə elektroliz ve Power-to-X erken ticari kullanıma geçer.
• 2040’lar ve sonrası – kitlesel benimseme: Elektrolizatorler sanayi enerji sistemlerine daha derin biçimde bağlanır; PCCEL’in belirli uygulamalarda yer edinmesi ve birgə elektrolizin sintetik yanacaq üretiminde büyümesi öngörülür.

Bu zaman çizelgesi gerçekleşmiş proje takvimi değil, yazarların teknoloji olgunlaşmasına ilişkin senaryosudur. Her teknolojinin belirtilen tarihte eyni anda ve bütün bölgelerde ticari hâle geleceği anlamına gelmez.

Küresel güc proqnozları

Tədqiqatda verilen temel güc proqnozları şöyledir:

• 2020’lerin sonu: Toplam elektrolizator kapasitesi təxminən 20–50 GW; birgə elektroliz 1 GW’ın altında
• 2030’ların sonu: Toplam elektrolizator kapasitesi təxminən 200–500 GW; birgə elektroliz 10–30 GW
• 2050: Toplam elektrolizator kapasitesi 1 TW’ın üzerinde; birgə elektroliz təxminən 50–100 GW

Bu değerler olasılık dağılımı, güven aralığı veya ekonomik optimizasyon modelinin sonucu olarak sunulmamıştır. Tədqiqat fərqli piyasa görünüm ve yol haritalarını bir araya getiren bir sentez kullanmaktadır. Yenilenebilir enerji yatırımlarının gecikmesi, elektrik fiyatları, izin süreçleri, su erişimi, ürün talebi veya finansman koşulları kapasiteyi önemli ölçüde değiştirebilir.

2050 için bölgesel öngörüler

Tədqiqatnın sentezine göre Avropa’nın 2050’de 300 GW’ın üzerine, Çin’in təxminən 400 GW’a ve ABD’nin təxminən 250 GW’a ulaşabileceği öngörülmektedir. Avustralya ile Yaxın Şərq için toplam təxminən 250 GW düzeyinde ihracata yönelik kapasite ifade edilmektedir.

Bu bölgesel sayılar gerçekleşmiş ulusal taahhütler veya bağlayıcı kapasite programları değildir. Ayrıca fərqli kaynaklardan gelen tahminlerin kapsamları eyni olmayabilir. Bazı değerler yalnız su elektrolizini, bazıları proje boru hattını veya açıklanmış hedefleri kapsayabilir. Tədqiqat bu fərqlilıkları ortak bir istatistiksel modelle normalleştirmemiştir.

Stratejik olanaklar hangi dört düzeyde ele alınmaktadır?

Şekil 4, elektrolizator yayılımını dört katmanlı bir piramitle açıklamaktadır:

1. İş birliği: Üreticiler, mühendislik şirketleri, sanayi tüketicileri ve şebeke işletmecileri arasında ortak proje geliştirme.
2. Altyapı: Elektrik bağlantısı, hidrogen depolama ve taşıma, su, karbon dioksid ve ürün dağıtım sistemleri.
3. Teknoloji ve pazar: Standartlaştırılmış yığınlar, üretim ölçeği, güvenilir performans verisi, garanti ve uzun dönemli ürün talebi.
4. Politika: Sertifikasyon, karbon uçotu, talep oluşturma, mali destek ve izin süreçleri.

Piramidin temel mesajı, yalnız teşvik verilmesinin veya daha verimli bir hücre geliştirilmesinin tek başına yeterli olmadığıdır. Ticarileşme; teknoloji, üretim, altyapı, talep ve düzenlemenin eyni anda ilerlemesine bağlıdır.

Tədqiqatnın güclü tərəfləri

• Beş fərqli elektrolizator teknolojisini ve birgə elektrolizi eyni çerçevede ele almaktadır.
• Hücre performansıyla sınırlı kalmayıp stek arxitekturası, maliyet, üretim, bölgesel politika ve sanayi entegrasyonunu birlikte değerlendirmektedir.
• Tek bir teknolojiyi bütün uygulamaların kazananı olarak sunmamakta, kullanım koşullarına bağlı teknoloji tamamlayıcılığını vurgulamaktadır.
• TRL değerlerinin tek hücreye değil, bütünleşik sanayi sistemine ait olduğunu açıkça belirtmektedir.
• Birgə elektrolizi yalnız hidrogen üretiminin uzantısı değil, karbon içeren yakıt ve kimyasallar için ayrı bir değer zinciri olarak araşdırır.
• Maliyet ve kapasite değerlerinin təxminən ve koşula bağlı olduğunu birçok bölümde hatırlatmaktadır.

Tədqiqatnın temel məhdudiyyətlərı

• Bu tədqiqat rəyçi qiymətləndirməsindən keçməmiştir.
• Yeni deney, saha testi veya özgün elektrokimyasal veri üretmemektedir.
• Sistematik literatür tarama protokolü, arama terimleri ve kaynak seçim akışı açıklanmamıştır.
• Radar grafiği sayısal puanlama yerine yazarların kavramsal değerlendirmesine dayanmaktadır.
• TRL ve ölçek hazırlığı değerlerinin hangi kaynaklara ne ağırlıkla dayandırıldığı ayrıntılı biçimde gösterilmemiştir.
• Maliyet tablosunda “yığın maliyeti” ile “bütün sistem CAPEX’i” ifadeleri arasında terminolojik belirsizlik bulunmaktadır.
• Kapasite projeksiyonları için olasılık, duyarlılık veya belirsizlik analizi sunulmamıştır.
• Tablo 5’te sintetik yanacaqlar için 2030–2050 aralığı 10–100 GW olarak verilirken Tablo 6’da 2050 değeri təxminən 150 GW olarak gösterilmektedir.
• Bazı sektörel kapasite kategorileri birbiriyle örtüşebilir; örneğin sintetik yanacaq tesisi eyni zamanda bir hidrogen merkezinin parçası olabilir.
• Türkiyə’ye özgü elektrik dəyəri, yenilenebilir kaynak, su, sanayi talebi, liman altyapısı veya politika analizi bulunmamaktadır.
• Tədqiqatda verilen bazı büyük sektörel sayılar için hesaplama metodi veya doğrudan veri tablosu sunulmamıştır.

Tədqiqatın dəstəklədiyi nəticələr

• Elektrolizator seçimi uygulamaya bağlıdır; tek bir teknoloji bütün maliyet, esneklik ve verim gereksinimlerini eyni anda karşılamamaktadır.
• AEL ve PEMEL, mevcut ticari olgunlukları nedeniyle yakın dönem kapasite artışının ana adaylarıdır.
• SOEL, kullanılabilir yüksək sıcaklıklı ısı bulunan sanayi tesislerinde önemli entegrasyon potansiyeli taşımaktadır.
• Birgə elektroliz, su ve karbon dioksidten sintez qazı üretimi yoluyla Power-to-X zincirlerine bağlanabilir.
• Üretim ölçeği kadar sanayi talebi, altyapı, izin, ham madde ve finansman koşulları da ticarileşme hızını belirlemektedir.
• Teknolojinin laboratuvar performansı ile bütünleşik ticari sistem olgunluğu eyni şey değildir.

Tədqiqat nəyi sübut etmir?

• Küresel elektrolizator kapasitesinin 2050’de kesin olarak 1 TW’ı aşacağını sübut etmir.
• Birgə elektrolizin sintetik yanacaq üretiminde ekonomik olarak kesin biçimde üstün olduğunu göstermemektedir.
• Belirtilen CAPEX değerlerinin güncel bir proje için teklif fiyatı olduğunu göstermemektedir.
• Belirli bir üreticinin sistemi için bağımsız performans veya davamlılıq doğrulaması təqdim etmir.
• Yaşıl hidrogenin her koşulda aşağı emisyonlu veya ekonomik olduğunu sübut etmir; elektrik kaynağı ve bütün sistem sınırı önemlidir.
• Bütün bölgelerin eyni hızla hidrogen ekonomisine geçeceğini göstermemektedir.
• Türkiyədə hangi elektrolizator teknolojisinin en uygun yatırım olduğunu belirlememektedir.
• Politika hedeflerinin, açıklanan projelerin veya üretim kapasitesi planlarının tamamının gerçekleşeceğini göstermemektedir.

Türkiyə baxımından nasıl okunmalıdır?

Tədqiqat Türkiyə’yi ayrı bir pazar olarak incelemese de karar verme çerçevesi genel olarak kullanılabilir. Büyük ve sürekli çalışan bir gübrə, neft emalı zavodu veya kimya tesisi ile değişken yenilenebilir üretime bağlı daha küçük bir hidrogen projesinin eyni elektrolizator teknolojisini seçmesi gerekmeyebilir. Uygun teknoloji; elektrik fiyatı ve üretim profili, tesisin yıllık tədqiqat süresi, mevcut buhar veya tullantı istilik, ürün basıncı, su kalitesi, bcərəyan kapasitesi ve hidrogenin nerede tüketileceği birlikte değerlendirilerek seçilmelidir.

Türkiyə için somut maliyet veya kapasite sonucu üretilebilmesi için ülkeye özgü bərpa olunan elektrik maliyetleri, şebeke bağlantı koşulları, su kaynakları, sanayi tüketim merkezleri, hidrogen taşıma mesafeleri, ekipman ithalatı, yerli üretim kapasitesi ve düzenleyici çerçeve ayrıca incelenmelidir. Yüklenen tədqiqat bu veriləri sunmadığından Türkiyə’ye ilişkin kesin yatırım önerisi çıkarılamaz.

Tədqiqatın Metodu və Nəticələri

Elektrolizator teknolojilerinin karşılaştırılması

Aşağıdaki tablo, tədqiqatda bütünleşik sistem düzeyinde verilen temsilî teknoloji özelliklerini özetlemektedir. “Verimlilik” ve “maliyet” nitelemeleri sayısal standart test sonuçları değil, göreli sınıflandırmalardır.

Tablonun ana mesajı teknoloji tamamlayıcılığıdır. AEL maliyet ve ölçek, PEMEL esneklik, SOEL yüksək sıcaklıklı entegrasyon, birgə elektroliz ise karbon içeren ürün zincirleri bcərəyanından fərqli roller üstlenmektedir.

Tədqiqatda bildirilen təxminən maliyet göstergeleri

Tədqiqatda sütun adı ile açıklama metni arasında yığın maliyeti ve bütün sistem CAPEX’i bcərəyanından belirsizlik bulunduğundan değerler yalnız büyüklük karşılaştırması için kullanılmalıdır.

Teknoloji hazırlığı ve ölçeklenme yolu

Bölgesel yayılım eğilimleri

Türkiyə tədqiqatnın bölgesel tablosunda ayrı olarak değerlendirilmemiştir.

Sanayi sektörlerine göre güc proqnozları

Sektörel kategoriler tamamen birbirinden bağımsız değildir ve değerler toplanarak kesin qlobal güc hesaplanmamalıdır. Ayrıca tədqiqatnın önceki tablosunda sintetik yanacaqlar için 2050 üst değeri 100 GW olarak verilirken bu tabloda 150 GW kullanılmıştır.

Politika ve araştırma öncelikleri

• Hidrogen ve e-yakıtlar için uzun dönemli, ölçülebilir sanayi talebi oluşturulması
• Yaşam döngüsü emisyonlarının ve hidrogen sertifikalarının uyumlaştırılması
• İlk ticari projelerde gelir belirsizliğini azaltan fark sözleşmeleri ve üretim destekleri
• İzin, şebeke bağlantısı, su kullanımı ve çevresel değerlendirme süreçlerinin sadeleştirilmesi
• Yığın formatları, yardımcı tesis bağlantıları ve test protokollerinin standartlaştırılması
• PEMEL için kritik katalizör miktarının azaltılması ve geri dönüşümün geliştirilmesi
• SOEL ve birgə elektrolizin gerçek sanayi görev çevrimlerinde uzun süreli test edilmesi
• Hidrogen merkezlerinde üretim, depolama, taşıma ve tüketim altyapısının ortak planlanması
• Power-to-X projeleri için karbon dioksid kaynağı, saflığı ve muhasebe kurallarının açıklığa kavuşturulması
• 100 kW düzeyinden çok megavatlı bütünleşik gösterimlere geçilmesi

Tədqiqatnın önerileri teknoloji nötr bir sistem yaklaşımına dayanmaktadır. Yazarlar yalnız hücre verimini artırmanın yeterli olmayacağını; üretim, garanti, altyapı, insan kaynağı ve ürün talebinin eyni anda geliştirilmesi gerektiğini savunmaktadır.

Mənbə və Metod Qeydi

Tədqiqatnın tam özgün adı: Global Roll-Out of Electrolyzers and Co-Electrolyzers: Technology, Markets, and Industry

Yazarlar ve doğru sıraları: Mariya E. Ivanova, Asrar Sheikh, Kwati Leonard, Blagoy Burdin ve Daria Vladikova.

Eş birinci yazar: Eş katkı veya eş birinci yazarlık bilgisi belirtilmemiştir.

Sorumlu yazar: Mariya E. Ivanova.

Kurumsal bağlantılar:

• Center of Excellence for Hydrogen Technologies H2Start, Stara Zagora, Bulgaria
• Trakia University, Students Campus, 6000 Stara Zagora, Bulgaria
• Bulgarian Association for Hydrogen, Fuel Cells and Energy Storage, Sofia, Bulgaria
• Center for Energy System Design, International Institute for Carbon-Neutral Energy Research (I2CNER), Kyushu University, Fukuoka, Japan
• Institute of Electrochemistry and Energy Systems – Bulgarian Academy of Sciences, Sofia, Bulgaria

Mariya E. Ivanova birinci, ikinci ve üçüncü kurumla; Asrar Sheikh birinci ve ikinci kurumla; Kwati Leonard dördüncü kurumla; Blagoy Burdin birinci ve beşinci kurumla; Daria Vladikova birinci, ikinci ve üçüncü kurumla bağlantılı olarak gösterilmiştir.

DOI: Makaleye ait DOI bu sürümde yer almamaktadır ve resmî yayın kaydı üzerinden doğrulanamamıştır. H2START projesine ait 10.3030/101136692 DOI’si araştırma makalesinin DOI’si değildir.

Dergi: Hakemli bir dergi adı belirtilmemiş ve hakemli yayın sürümü doğrulanmamıştır.

Yayınevi: Hakemli dergi yayınevi bulunmamaktadır.

Yayın platformu: SSRN.

SSRN özet numarası: 7196695.

Yayın yılı: 2026.

Kaynak türü: Karşılaştırmalı teknoloji değerlendirmesi ve anlatısal derleme niteliğinde preprint.

Hakemlik durumu: Bu tədqiqat rəyçi qiymətləndirməsindən keçməmiş bir preprinttir; teknoloji sıralamaları, maliyetler ve güc proqnozları bu məhdudiyyət dikkate alınarak okunmalıdır.

Resmî bağlantı:https://ssrn.com/abstract=7196695

Finansman: Mariya E. Ivanova, Asrar Sheikh, Blagoy Burdin ve Daria Vladikova; Avropa Birliğinin Horizon Europe programındaki 101136692 numaralı H2Start projesinin ve Bolqarıstan Ulusal Toparlanma ve Dayanıklılık Planı kapsamındaki BG-RRP-2.004-0006-C02 numaralı projenin desteğini bildirmiştir. Kwati Leonard, Yaponiya’daki I2CNER ve MEXT World Premier International Research Center Initiative desteğini belirtmiştir.

Çıkar çatışması: Yazarlar rekabet eden çıkar bulunmadığını ve finansman kuruluşlarının tədqiqat tasarımı, kaynakların analizi, metnin yazımı veya yayımlama kararında rol oynamadığını beyan etmiştir.

Bu Türkçe makale, yüklenen tədqiqatnın 51 sayfalık tam metni, altı tablosu, teknoloji radar grafiği, küresel bölge haritası, ticarileşme zaman çizelgesi ve stratejik olanaklar piramidi incelenerek hazırlanmıştır. Dış kaynaklar yalnız tədqiqat kaydının, yayın tarihinin ve belirtilen Avropa Birliği proje kimliğinin bibliyografik doğrulaması için kullanılmış; bilimsel ve teknolojik içeriğe dışarıdan bulgu eklenmemiştir.

Tədqiqat yeni deneysel veri üretmeyen bir derlemedir. Maliyet, TRL, üretici, kapasite ve regional yayılma bilgileri fərqli yayın ve sanayi kaynaklarının sentezine dayanmaktadır. Sistematik tarama protokolünün verilmemesi, bazı maliyet terimlerindeki belirsizlik, sektörel kapasite tablolarındaki fərqlilıklar ve 2050 öngörülerinde nicel belirsizlik analizinin bulunmaması temel metodsel məhdudiyyətlərdır.