Bu derste elektrik enerjisinin neden doğrudan depolanabilen bir enerji türü olmadığı ve depolama için neden başka enerji formlarına dönüştürülmesi gerektiği bilimsel temelleriyle ele alınmaktadır. Bataryalar, pompajlı hidroelektrik santraller, süperkapasitörler ve döner kütle sistemleri gibi güncel elektrik depolama yöntemleri teknik prensipleri ve kullanım sınırlarıyla birlikte incelenir. Elektrik iletim ve dağıtım sistemlerinde ortaya çıkan Joule kayıpları, yüksek gerilim kullanımının gerekçesi ve şebeke dengesi kavramı açıklanır.

Dersin devamında elektrik enerjisinin hidrojen aracılığıyla depolanması konusu ele alınır. Elektrik → hidrojen → elektrik dönüşüm zincirinde elektroliz, sıkıştırma/sıvılaştırma ve yakıt hücresi aşamalarında ortaya çıkan verim kayıpları analiz edilir ve bu çevrimin neden kısa süreli depolama için uygun olmadığı net biçimde ortaya konur. Hidrojenin elektrik enerjisinin yerine geçen bir çözüm değil, mevsimsel depolama ve doğrudan elektrifikasyonu zor olan sektörler için tamamlayıcı bir enerji taşıyıcısı olduğu vurgulanır.

Ayrıca yakıt hücrelerinin çalışma prensibi, temel elektrokimyasal reaksiyonları ve PEMFC ile SOFC başta olmak üzere yaygın yakıt hücresi türleri; verim, çalışma sıcaklığı ve uygulama alanları açısından karşılaştırılır. Ders sonunda katılımcı, elektrik depolama teknolojileri ile hidrojen ve yakıt hücrelerinin enerji sistemlerindeki gerçekçi rolünü bilimsel ve eleştirel bir bakış açısıyla değerlendirebilir.

Bu derste, hidrojen tabanlı enerji sistemlerinin başlangıçtan son kullanıma kadar olan çok aşamalı yapısı ayrıntılı olarak ele alınmaktadır. Elektrik enerjisinin güneş, rüzgâr, hidroelektrik, nükleer veya şebeke gibi kaynaklardan üretilmesiyle başlayan süreç; elektroliz yoluyla hidrojen üretimi, hidrojenin depolanması veya taşınması ve yakıt hücreleri aracılığıyla tekrar elektrik enerjisine dönüştürülmesi aşamalarıyla bütüncül biçimde incelenir.

Ders kapsamında elektroliz reaksiyonları ve güncel elektrolizör verimleri açıklanır; üretilen hidrojenin yüksek basınçlı gaz, sıvı hidrojen, metal hidritler ve kimyasal taşıyıcılar gibi farklı yöntemlerle depolanmasının teknik ve ekonomik zorlukları değerlendirilir. Hidrojenin enerji sistemlerinde neden en zor ve maliyetli aşamayı depolama ve taşımanın oluşturduğu net biçimde ortaya konur.

Ayrıca yakıt hücrelerinin çalışma prensibi, temel elektrokimyasal reaksiyonları ve elektrik üretim verimleri ele alınır. Elektrik → hidrojen → elektrik çevriminde her aşamadaki kayıplar birlikte değerlendirilerek toplam sistem veriminin neden genellikle %30–40 aralığında kaldığı açıklanır. Ders sonunda katılımcı, hidrojenin bataryaların alternatifi değil; uzun süreli ve mevsimsel enerji depolama için stratejik bir enerji köprüsü olduğunu bilimsel temelde analiz edebilir.

Bu derste, fosil yakıtlar, yenilenebilir enerji kaynakları ve hidrojen temelli sistemler ekonomik ve çevresel boyutlarıyla karşılaştırmalı olarak ele alınmaktadır. Kömür, petrol ve doğal gazın uzun yıllar boyunca küresel enerji sistemlerinin temelini oluşturmasının nedenleri açıklanırken, bu kaynakların piyasa fiyatlarının çevresel ve sağlıkla ilişkili toplumsal maliyetleri neden tam olarak yansıtmadığı ortaya konur. Karbon emisyonlarının iklim değişikliği üzerindeki etkileri ve hava kirliliğinin sağlık maliyetleri, enerji sistemlerinin gerçek maliyetinin ayrılmaz bir parçası olarak değerlendirilir.

Ders kapsamında fosil yakıtların enerji sistemlerindeki rolünün, fiziksel tükenmeden ziyade çevresel, ekonomik ve politik kısıtlar nedeniyle neden giderek azaldığı bilimsel verilerle açıklanır. Bu çerçevede yenilenebilir enerji kaynakları ve hidrojen temelli sistemlerin neden giderek daha fazla önem kazandığı ele alınır. Güneş enerjisinden üretilen elektrikle elde edilen hidrojenin enerji depolama ve taşınabilirlik açısından sunduğu avantajlar incelenirken, hidrojen sistemlerinin de üretim, altyapı ve verimlilik kaynaklı çevresel etkilere sahip olduğu vurgulanır.

Ders sonunda katılımcı, enerji sistemlerinin yalnızca kısa vadeli maliyetlerle değil; enerji güvenliği, iklim hedefleri ve uzun vadeli çevresel etkiler birlikte değerlendirilerek analiz edilmesi gerektiğini bilimsel bir bakış açısıyla kavrar.

Bu derste, farklı enerji teknolojilerinin ekonomik açıdan nasıl karşılaştırılması gerektiği LCOE (Levelized Cost of Electricity) ve LCOH (Levelized Cost of Hydrogen) kavramları üzerinden ayrıntılı olarak ele alınmaktadır. Enerji santrallerinin yalnızca ilk yatırım maliyetleriyle değil; yatırım, işletme, bakım, yakıt ve ömür boyu üretim dikkate alınarak neden değerlendirilmesi gerektiği açıklanır.

Ders kapsamında kömür, doğal gaz ve nükleer santrallerin güncel LCOE değerleri incelenirken, bu sistemlerin karbon fiyatlandırması ve yakıt fiyatlarındaki dalgalanmalara karşı neden giderek daha kırılgan hâle geldiği ortaya konur. Buna karşılık güneş ve rüzgâr enerjisinin neden günümüzde en düşük maliyetli elektrik üretim seçenekleri arasına girdiği somut verilerle gösterilir.

Ayrıca gri, mavi ve yeşil hidrojenin LCOH değerleri karşılaştırılarak hidrojen üretim maliyetlerinin; kullanılan elektrik fiyatına, elektrolizör teknolojisine ve karbon yakalama sistemlerine nasıl bağlı olduğu analiz edilir. Elektrik → hidrojen → elektrik (Power-to-Power) çevriminde ortaya çıkan verim kayıpları, bataryalar ve pompajlı hidroelektrik sistemlerle karşılaştırmalı olarak değerlendirilir.

Ders sonunda katılımcı, hidrojenin elektriğin rakibi değil; yenilenebilir elektriği tamamlayan, ancak yalnızca belirli uygulamalarda ekonomik olan stratejik bir enerji taşıyıcısı olduğunu LCOE/LCOH temelli bilimsel bir bakış açısıyla analiz edebilir.

Bu derste hidrojen enerjisi sistemlerinin gelişimi, 19. yüzyılın başlarından günümüze uzanan tarihsel ve bilimsel süreç içinde ele alınmaktadır. Hidrojenin enerji taşıyıcısı olarak ortaya çıkışı, elektrokimya ve termodinamik alanlarındaki temel çalışmalar üzerinden açıklanır. Sir William Robert Grove’un 1839–1842 yılları arasında geliştirdiği gaz voltaik pili, yakıt hücresi teknolojisinin başlangıç noktası olarak incelenir.

Ders kapsamında Wilhelm Ostwald’ın kimyasal enerjinin doğrudan elektrik enerjisine dönüştürülmesine ilişkin teorik katkıları ve yakıt hücrelerinin ısı makinelerine alternatif bir enerji dönüşüm yaklaşımı olarak değerlendirilmesi ele alınır. 20. yüzyılın başlarında J. B. S. Haldane’in rüzgâr enerjisiyle üretilen elektriğin elektroliz yoluyla hidrojene dönüştürülerek depolanabileceğine dair öngörüleri, günümüzde “power-to-hydrogen” kavramının erken örneği olarak değerlendirilir.

Ayrıca Francis Thomas Bacon tarafından geliştirilen alkalin yakıt hücrelerinin uzay uygulamalarındaki rolü ve 1970’li yıllarda enerji krizleriyle birlikte hidrojenin yeniden gündeme gelişi ele alınır. Ders sonunda katılımcı, hidrojenin tekil bir buluşun değil; çok disiplinli ve yüzyılı aşan bir bilimsel birikimin ürünü olduğunu ve modern enerji sistemlerinde neden tamamlayıcı bir rol üstlendiğini tarihsel bir bakış açısıyla kavrar.

Bu derste hidrojenin evrendeki ve Dünya’daki dağılımı, bilimsel ve jeokimyasal temelleriyle ele alınmaktadır. Hidrojenin evrende en bol bulunan element olmasına rağmen, Dünya atmosferinde neden serbest hâlde son derece düşük oranlarda bulunduğu; moleküler hafifliği ve jeolojik zaman ölçeklerinde uzaya kaçışı üzerinden açıklanır. Hidrojenin yeryüzünde esas olarak kimyasal bağlanmış formda (su, mineraller ve hidrokarbonlar içinde) bulunduğu vurgulanır.

Ders kapsamında Dünya’daki en büyük hidrojen rezervuarı olan su (H₂O) ve yer kabuğundaki hidrojen bolluğu ele alınırken, hidrojenin neden doğrudan bir “doğal yakıt” olarak kabul edilemeyeceği net biçimde ortaya konur. Son yıllarda keşfedilen doğal (jeolojik) hidrojen oluşumları, serpantinleşme gibi jeokimyasal süreçler üzerinden incelenir ve bu kaynakların neden henüz küresel ölçekte ekonomik bir enerji rezervi sayılmadığı açıklanır.

Ayrıca günümüzde hidrojenin rafineri, kimya sanayii, amonyak ve metanol üretimi gibi endüstriyel kullanım alanları ele alınır. Ders sonunda katılımcı, hidrojenin birincil enerji kaynağı değil; üretim gerektiren, endüstriyel önemi yüksek ve gelecekte düşük karbonlu enerji sistemlerinde potansiyel bir enerji taşıyıcısı olduğunu bilimsel bir bakış açısıyla değerlendirir.

Bu derste, hidrojen üretiminde kullanılan kısmi oksidasyon (Partial Oxidation – POX) yöntemi teknik ve kimyasal temelleriyle ele alınmaktadır. Hidrokarbon yakıtların stokiyometrik olmayan miktarda oksijen ile reaksiyona sokularak hidrojen ve karbon monoksit açısından zengin sentez gazı (syngas) elde edilmesi süreci ayrıntılı olarak açıklanır. POX yönteminin özellikle ağır hidrokarbonlar, nafta ve atık yakıtlar için neden buharla reformlamaya alternatif bir çözüm sunduğu ortaya konur.

Ders kapsamında POX reaksiyonlarının ekzotermik karakteri, yüksek çalışma sıcaklıkları (≈1150–1500 °C) ve katalizör gerektirmeyen proses yapısı incelenir. Üretilen sentez gazının hidrojen oranının artırılması için uygulanan su–gaz değişim (WGS) reaksiyonu ve bu adımın hidrojen verimine etkisi değerlendirilir. Ayrıca hava ve saf oksijen kullanımı arasındaki farklar, azot seyrelmesi, oksijen temini gereksinimi ve karbon yakalama ve depolama (CCS) entegrasyonunun neden saf oksijenle daha uygun olduğu açıklanır.

Gaz temizleme, kükürt giderme ve PSA ile hidrojen saflaştırma adımları mühendislik bakış açısıyla ele alınırken, POX yönteminin buharla reformlamaya kıyasla daha düşük verim–daha yüksek esneklik dengesi net biçimde ortaya konur. Ders sonunda katılımcı, POX prosesinin hangi yakıtlar ve ölçekler için uygun bir hidrojen üretim seçeneği olduğunu teknik olarak değerlendirebilir.

Bu derste, günümüzde endüstriyel ölçekte hidrojen üretiminde en yaygın kullanılan yöntem olan buharla iyileştirme (steam reforming) süreci ayrıntılı olarak ele alınmaktadır. Doğal gaz ve hafif hidrokarbonların yüksek sıcaklıkta su buharı ile reaksiyona sokulmasıyla hidrojen açısından zengin gaz karışımının nasıl elde edildiği kimyasal reaksiyonlar üzerinden açıklanır. Buharla reformlama reaksiyonunun endotermik yapısı, yüksek sıcaklık gereksinimi (≈700–1000 °C) ve tübüler reformer fırınlarının rolü mühendislik perspektifiyle incelenir.

Ders kapsamında reformlama sonrası oluşan karbon monoksitin azaltılması ve ilave hidrojen üretimi amacıyla uygulanan su–gaz değişim (WGS) reaksiyonları; yüksek ve düşük sıcaklık kademeleriyle birlikte ele alınır. Endüstriyel proses akışında kükürt giderme (desülfürizasyon), buhar–karbon oranının (S/C) optimizasyonu, katalizör zehirlenmesi ve karbon çökelmesi riskleri ayrıntılı biçimde değerlendirilir. Ayrıca ototermal reformlama (ATR) yaklaşımı ve karbon yakalama ve depolama (CCUS) entegrasyonunun mavi hidrojen üretimindeki rolü açıklanır.

Son aşamada PSA ile hidrojen saflaştırma, kullanım alanına bağlı saflık gereksinimleri ve özellikle yakıt hücreleri için ppm seviyesinde CO sınırları ele alınır. Ders sonunda katılımcı, steam reforming yönteminin neden yaygın olduğunu, çevresel sınırlarını ve hangi koşullarda teknik olarak uygun bir hidrojen üretim seçeneği sunduğunu bilimsel temelde değerlendirebilir.

Bu derste, doğal gazdan hidrojen üretiminde alternatif ve düşük karbon potansiyeline sahip bir yöntem olan termal kraking (metan pirolizi) süreci ayrıntılı olarak ele alınmaktadır. Hidrokarbonların oksijen içermeyen bir ortamda yüksek sıcaklıklara maruz bırakılarak hidrojen ve katı karbon ürünlerine ayrıştırılması, temel kimyasal reaksiyonlar ve termodinamik gereksinimler üzerinden açıklanır. Metanın termal kraking reaksiyonunun endotermik karakteri, yüksek sıcaklık gereksinimi (≈800–1200 °C) ve bu sürecin buharla reformlama ve kısmi oksidasyondan neden farklı olduğu net biçimde ortaya konur.

Ders kapsamında katalizörsüz termal krakingin radikal zincir mekanizması, karbon siyahı oluşumu ve karbonun fiziksel yapısının proses koşullarına bağlı değişimi incelenir. Endüstride karbon siyahı üretiminde kullanılan reaktör tasarımları, ısı yönetimi ve karbon birikimine bağlı fouling problemleri mühendislik bakış açısıyla değerlendirilir. Ayrıca katalitik metan ayrışması ve plazma destekli kraking gibi ileri yaklaşımlar; avantajları ve teknik sınırlamalarıyla birlikte ele alınır.

Dersin sonunda “turkuaz hidrojen” kavramı açıklanarak, termal krakingin gerçekten düşük karbonlu bir seçenek olabilmesinin ısı kaynağına bağlı olduğu vurgulanır. Katılımcı, termal kraking yönteminin avantajlarını, enerji yoğunluğunu ve ölçeklenebilirlik sorunlarını bilimsel temelde değerlendirerek bu yöntemin hangi koşullarda uygulanabilir olduğunu analiz edebilir.

Bu derste, katı fosil yakıtların hidrojen üretiminde değerlendirilmesini sağlayan kömür gazlaştırma yöntemi bilimsel ve mühendislik temelleriyle ele alınmaktadır. Kömürün doğrudan yakılması yerine, kontrollü koşullar altında oksijen ve/veya su buharı ile reaksiyona sokularak sentez gazına (CO + H₂) dönüştürülmesi süreci ayrıntılı olarak açıklanır. Gazlaştırma yönteminin hidrojen üretimindeki tarihsel önemi ve doğal gaz temelli süreçlerden neden farklı olduğu ortaya konur.

Ders kapsamında Koppers–Totzek (K–T) gibi entrained-flow gazlaştırıcılar örnek alınarak, yüksek sıcaklıkta (≈1400–1600 °C) gerçekleşen temel kimyasal reaksiyonlar incelenir. Gazlaştırma çıkışında elde edilen ham sentez gazının içerdiği CO, CO₂, H₂S, kül ve diğer kirleticilerin; soğutma, partikül tutma ve asit gaz giderimi adımlarıyla nasıl arıtıldığı açıklanır. Hidrojen verimini artıran su–gaz değişimi (WGS) reaksiyonu ve ardından uygulanan CO₂ giderimi ve PSA ile saflaştırma süreçleri mühendislik bakış açısıyla değerlendirilir.

Ayrıca kömür gazlaştırmanın yüksek yatırım maliyeti, karmaşık katı madde yönetimi ve yüksek CO₂ emisyon potansiyeli ele alınır. Bu bağlamda karbon yakalama, kullanma ve depolama (CCUS) entegrasyonunun neden kritik olduğu açıklanır. Ders sonunda katılımcı, kömür gazlaştırmanın düşük karbonlu enerji sistemlerinde neden daha çok geçiş teknolojisi olarak değerlendirildiğini teknik ve çevresel yönleriyle analiz edebilir.

Bu derste, yenilenebilir karbon içeriğine sahip organik hammaddelerden biyokütle tabanlı hidrojen üretimi bilimsel ve mühendislik temelleriyle ele alınmaktadır. Biyokütlenin doğrudan yakılması yerine, piroliz ve gazlaştırma gibi kontrollü termokimyasal süreçlerle gaz fazına dönüştürülmesi ve hidrojen açısından zengin sentez gazı (syngas) elde edilmesi ayrıntılı olarak açıklanır. Piroliz ile gazlaştırma arasındaki temel farklar; oksijen varlığı, sıcaklık aralıkları ve reaksiyon kimyası üzerinden net biçimde ortaya konur.

Ders kapsamında biyokütlenin kurutma ve boyut küçültme gibi ön işlemleri, reaktörlerde gerçekleşen dönüşümler ve oluşan ham sentez gazının (H₂, CO, CO₂, CH₄, N₂) bileşimi incelenir. Hidrojen verimini artıran temel adım olan su–gaz değişimi (WGS) reaksiyonu ve çok kademeli uygulamalar açıklanır. Ardından yüksek saflıkta hidrojen elde etmek için kullanılan PSA ve benzeri gaz ayırma teknolojileri ele alınır.

Ayrıca biyokütle gazlaştırmanın kömür gazlaştırmaya kıyasla çevresel avantajları, ancak düşük enerji yoğunluğu, yüksek nem içeriği, hammadde lojistiği ve yüksek özgül yatırım maliyetleri gibi teknik ve ekonomik sınırlamaları değerlendirilir. Ders sonunda katılımcı, biyokütle bazlı hidrojen üretiminin neden daha çok bölgesel ve orta ölçekli entegre enerji sistemleri için uygun bir seçenek olduğunu bilimsel temelde analiz edebilir.

Bu derste, suyun hidrojen üretimi açısından neden teorik olarak cazip bir hammadde olmasına rağmen pratikte ciddi enerji ve verimlilik sınırlamalarına sahip olduğu bilimsel temelleriyle ele alınmaktadır. Su molekülündeki güçlü O–H bağlarının kırılabilmesi için neden mutlaka dışarıdan enerji verilmesi gerektiği açıklanarak, sudan hidrojen üretiminin bir enerji üretimi değil, enerji dönüşüm ve depolama süreci olduğu net biçimde ortaya konur.

Ders kapsamında sudan hidrojen elde etmeye yönelik geliştirilen yöntemler; elektroliz, termoliz, termokimyasal su ayrıştırma ve fotoliz başlıkları altında incelenir. Elektrolizin günümüzde endüstriyel ölçekte uygulanabilen en olgun yöntem olduğu; ancak yüksek elektrik ihtiyacı ve maliyetle sınırlı kaldığı açıklanır. Termolizin çok yüksek sıcaklık gereksinimi nedeniyle neden ticari olarak uygulanamadığı, termokimyasal döngülerin ise karmaşık proses yapıları ve malzeme sorunları nedeniyle neden hâlen araştırma aşamasında olduğu değerlendirilir. Fotoliz yöntemi, doğrudan güneş enerjisi kullanma potansiyeline rağmen düşük verim ve kararlılık sorunları çerçevesinde ele alınır.

Ders sonunda katılımcı, sudan hidrojen üretiminin hangi koşullarda çevresel ve ekonomik olarak anlamlı olabileceğini, kullanılan enerji kaynağı, sistem verimi ve teknolojik olgunluk kriterlerini birlikte değerlendirerek bilimsel bir bakış açısıyla analiz edebilir.

Bu derste, modern enerji sistemlerinde hidrojenin neden depolanması gereken bir enerji taşıyıcısı olarak ortaya çıktığı bilimsel ve mühendislik temelleriyle ele alınmaktadır. Elektrik enerjisinin doğrudan depolanabilir bir enerji türü olmadığı; büyük ölçekli depolamanın ancak kimyasal, mekanik veya termal enerjiye dönüştürülerek mümkün olabildiği açıklanır. Pompajlı hidroelektrik depolama, bataryalar, CAES ve termal depolama gibi mevcut çözümlerin neden tek başına yeterli olmadığı teknik sınırlamalarıyla değerlendirilir.

Ders kapsamında hidrojenin, özellikle yenilenebilir enerji kaynaklarının kesintili yapısı nedeniyle uzun süreli ve mevsimsel enerji dengesizliklerini gidermede neden stratejik bir rol üstlendiği ele alınır. Elektrik enerjisinin elektroliz yoluyla hidrojene dönüştürülmesi, bu enerjinin kimyasal bağlar içinde depolanması ve gerektiğinde yeniden kullanılması süreci bütüncül olarak incelenir.

Bununla birlikte hidrojenin depolanmasının “kolay” olmadığı açıkça ortaya konur. Yüksek basınçlı (350–700 bar) veya sıvı hidrojen depolamanın neden yüksek enerji kayıpları, ileri malzeme gereksinimleri ve ciddi güvenlik önlemleri gerektirdiği teknik verilerle açıklanır. Elektrik–hidrojen–elektrik çevriminde toplam verimin genellikle %25–35 seviyelerinde kalmasının, hidrojenin kısa vadeli bir elektrik depolama çözümü olmadığını gösterdiği vurgulanır.

Ders sonunda katılımcı, hidrojenin enerji sistemlerinde yüksek verimli bir alternatif değil, yenilenebilir enerji fazlalarının uzun vadeli ve mevsimsel olarak değerlendirilebilmesini sağlayan stratejik ve tamamlayıcı bir enerji taşıyıcısı olduğunu bilimsel bir bakış açısıyla analiz edebilir.

Bu derste, hidrojenin büyük ölçekli ve uzun süreli depolanması için geliştirilen yer altı hidrojen depolama yöntemleri bilimsel ve mühendislik temelleriyle ele alınmaktadır. Yer altı depolamanın, kısa vadeli basınçlı veya sıvı hidrojen çözümlerinden farklı olarak neden özellikle mevsimsel enerji dengesizlikleri için stratejik bir seçenek sunduğu açıklanır. Ancak bu yöntemin her jeolojik yapı için uygun olmadığı, oldukça katı jeolojik ve jeomekanik kriterlere bağlı olduğu net biçimde ortaya konur.

Ders kapsamında hidrojen depolaması için en uygun formasyonlar olan tuz domları (salt caverns), tükenmiş doğal gaz sahaları ve sınırlı koşullarda derin, iyi kapanlanmış akiferler ayrıntılı olarak incelenir. Örtü kaya (cap rock) geçirgenliği, çatlak yapısı, basınç sınırları ve hidrojenin küçük molekül yapısının sızdırmazlık üzerindeki etkileri mühendislik bakış açısıyla değerlendirilir. Granit ve çoğu volkanik kayaç gibi yapıların neden genellikle uygun olmadığı bilimsel gerekçeleriyle açıklanır.

Ayrıca yer altı hidrojen depolamasının “hazır boşluk olduğu için ucuz” bir çözüm olmadığı vurgulanır. Kuyu açma, kaplama, sızdırmazlık testleri, yüzey tesisleri, izleme ve güvenlik sistemlerinin ciddi yatırım ve işletme maliyetleri oluşturduğu ele alınır. Ders sonunda katılımcı, yer altı hidrojen depolamasının kolay ve kayıpsız bir yöntem değil, yalnızca belirli koşullarda uygulanabilen, yüksek teknik bilgi ve detaylı jeolojik analiz gerektiren stratejik bir enerji depolama yaklaşımı olduğunu bilimsel temelde değerlendirebilir.

Bu derste hidrojenin basınç altında gaz fazında depolanması yöntemi bilimsel ve mühendislik temelleriyle ele alınmaktadır. Doğal gaz depolama teknolojilerinin neden hidrojene doğrudan uygulanamadığı; hidrojen molekülünün çok küçük olması, sızma (permeasyon) eğilimi ve malzeme gevrekleşmesi gibi kritik sorunlar üzerinden açıklanır. Düşük basınç seviyelerinin (12–16 bar) hidrojen için neden pratik olmadığı ve hacimsel enerji yoğunluğunun neden son derece düşük kaldığı net biçimde ortaya konur

Ders kapsamında güncel uygulamalarda kullanılan 200–700 bar aralığındaki yüksek basınçlı hidrojen depolama sistemleri incelenir. Özellikle taşıt uygulamalarında standart hâline gelen 350 bar ve 700 bar tankların neden çok katmanlı kompozit yapılar, özel alaşımlar ve iç kaplamalar gerektirdiği mühendislik bakış açısıyla değerlendirilir  Sıkıştırma sırasında ortaya çıkan enerji kayıpları nicel olarak ele alınır; 200 bar seviyesinde yaklaşık %10–15, 700 bar seviyesinde ise %20–30 enerji kaybı oluştuğu açıklanır

Ayrıca yüksek basınçlı hidrojen depolamanın patlama riski, görünmez alev oluşumu ve hızlı gaz kaçışı gibi güvenlik boyutları ele alınır. Ders sonunda katılımcı, basınçlı hidrojen depolamanın teknik olarak uygulanabilir ancak enerji kayıpları, maliyet ve güvenlik gereksinimleri nedeniyle sınırlı bir çözüm olduğunu; bu yöntemin daha çok kısa ve orta vadeli depolama ve taşıma uygulamaları için uygun olduğunu bilimsel temelde değerlendirebilir.

Bu derste, dünyada gerçekleştirilen yer altı hidrojen depolama uygulamaları tarihsel örnekler üzerinden bilimsel ve mühendislik bakış açısıyla ele alınmaktadır. Hidrojen ekonomisi kavramı ortaya çıkmadan önce, enerji arz güvenliği ve endüstriyel gaz yönetimi amacıyla geliştirilen erken dönem uygulamalar incelenerek, hidrojenin yer altı jeolojik ortamlarda depolanabilirliğinin hangi koşullarda mümkün olduğu ortaya konur. Almanya’nın Kiel kentinde 1970’li yıllardan itibaren yürütülen tuz mağarası depolama uygulamaları; derinlik, basınç aralığı ve hacim gibi teknik parametreler üzerinden değerlendirilir.

Ders kapsamında Fransa ve Birleşik Krallık’taki uygulamalar ele alınarak, tuz mağaraları, tükenmiş doğal gaz sahaları ve akiferlerin hidrojen depolama açısından neden aynı teknik güvenilirliğe sahip olmadığı açıklanır. Tuz kayaçlarının düşük geçirgenlik, kimyasal inertlik ve self-healing (kendini kapatma) özelliklerinin hidrojen için neden kritik avantaj sağladığı vurgulanır. Buna karşılık akifer ve gözenekli rezervuarlarda hidrojenin çözünmesi, mikrobiyolojik reaksiyonlar ve sızdırmazlık belirsizlikleri bilimsel gerekçeleriyle ele alınır.

Ayrıca tarihsel uygulamalarda depolanan kent gazı ile günümüzde hedeflenen yüksek saflıkta hidrojen arasındaki fark net biçimde ortaya konur. Ders sonunda katılımcı, erken dönem yer altı depolama örneklerinin modern hidrojen ekonomisi için doğrudan model değil, ancak teknik fizibiliteyi gösteren öncü ve sınırlı referanslar olduğunu bilimsel bir perspektifle değerlendirebilir.

Bu derste, hidrojenin kara taşıtlarında enerji taşıyıcısı olarak kullanılabilmesini mümkün kılan araç içi depolama sistemleri mühendislik temelleriyle ele alınmaktadır. Hidrojenin düşük hacimsel enerji yoğunluğu nedeniyle otomotiv uygulamalarında neden yüksek basınçlı depolama tercih edildiği bilimsel verilerle açıklanır. Erken dönem 200 bar seviyesindeki prototiplerden günümüzde binek otomobillerde 700 bar, otobüs ve ticari araçlarda ise 350 bar sistemlere geçişin arkasındaki teknik gerekçeler ayrıntılı olarak incelenir.

Ders kapsamında modern hidrojenli araçlarda kullanılan Type IV karbon fiber takviyeli kompozit tankların yapısı, iç polimer astar (liner) sistemleri ve sızdırmazlık gereksinimleri ele alınır. Hidrojen tanklarının gravimetrik depolama verimi, sistem kütlesi ve araç menzili arasındaki ilişki nicel örneklerle açıklanır. Ayrıca 700 bar ve 350 bar sistemler arasındaki farklar; hacim kısıtları, araç geometrisi, güvenlik standartları, dolum altyapısı ve enerji kayıpları açısından karşılaştırılır.

Çarpışma, yangın ve delinme senaryoları için uygulanan uluslararası test standartları ile sıkıştırma sırasında ortaya çıkan %10–30 aralığındaki enerji kayıplarının araç işletme maliyetlerine etkisi değerlendirilir. Ders sonunda katılımcı, binek araçlar ve otobüsler için farklı basınç seviyelerinin bir tercih değil, zorunlu bir mühendislik optimizasyonu olduğunu bilimsel temelde analiz edebilir.

Bu derste, hidrojenin sıvı hâlde depolanması yöntemi bilimsel ve mühendislik temelleriyle ele alınmaktadır. Hidrojenin kritik sıcaklığının altında soğutularak sıvılaştırılması için gereken kriyojenik süreçler ve bu süreçlerin neden son derece enerji yoğun olduğu açıklanır. Hidrojenin sıvılaştırılması sırasında harcanan enerjinin, hidrojenin içerdiği kimyasal enerjinin yaklaşık %25–35’i seviyesinde olması, sıvı hidrojen depolamanın toplam sistem verimi üzerindeki etkisiyle birlikte değerlendirilir.

Ders kapsamında sıvı hidrojenin sağladığı yüksek hacimsel enerji yoğunluğunun, roket motorları, uzay fırlatma sistemleri ve bazı havacılık uygulamaları için neden vazgeçilmez olduğu ele alınır. Bu uygulamalarda kullanılan vakum yalıtımlı, çok katmanlı kriyojenik tankların yapısı ve çalışma prensipleri incelenir. Sıvı hidrojen depolamanın en önemli işletme problemlerinden biri olan buharlaşma kaybı (boil-off); büyük sabit tanklarda %0,1’in altında, küçük ve taşınabilir tanklarda ise %2–3 seviyelerine çıkabilmesiyle teknik sınırlarıyla açıklanır.

Ayrıca manyetik soğutma ve manyetokalorik etkiye dayalı yeni sıvılaştırma yöntemlerinin neden hâlen deneysel aşamada olduğu değerlendirilir. Ders sonunda katılımcı, sıvı hidrojen depolamanın yüksek hacimsel enerji yoğunluğu avantajına rağmen; yüksek enerji tüketimi, karmaşık altyapı gereksinimleri ve buharlaşma kayıpları nedeniyle genel amaçlı bir depolama yöntemi olmadığını bilimsel bir bakış açısıyla analiz edebilir.

Bu derste, hidrojenin metal hidritler kullanılarak katı faz içinde depolanması yöntemi bilimsel ve mühendislik temelleriyle ele alınmaktadır. Hidrojen gazının uygun basınç ve sıcaklık koşullarında metal veya metal alaşımlarının kristal örgüsüne difüze olarak metal hidrit (M–Hₓ) fazını oluşturması süreci açıklanır. Hidrojenin emiliminin çoğunlukla ekzotermik, geri salımının ise endotermik karakterde olması nedeniyle metal hidrit depolamanın neden güçlü bir ısı yönetimi gerektirdiği vurgulanır.

Ders kapsamında metal hidrit sistemlerinin en kritik yönlerinden biri olan basınç–sıcaklık dengesi (van’t Hoff davranışı) ele alınır ve “düşük basınçta her koşulda hidrojen depolanabilir” genellemesinin neden bilimsel olarak hatalı olduğu açıklanır. LaNi₅ gibi bazı alaşımların oda sıcaklığına yakın çalışabildiği, MgH₂ gibi malzemelerin ise hidrojen salımı için daha yüksek sıcaklıklara ihtiyaç duyduğu karşılaştırmalı olarak değerlendirilir.

Ayrıca metal hidritlerin düşük basınçta güvenli ve kompakt depolama avantajlarına karşın, çoğu uygulamada düşük gravimetrik kapasite, yüksek sistem ağırlığı ve malzeme maliyetleri gibi sınırlamaları ele alınır. “Metal hidritler yangını imkânsız kılar” gibi yaygın yanlış kabuller teknik gerekçeleriyle düzeltilir. Ders sonunda katılımcı, metal hidrit depolamanın evrensel bir çözüm değil, özellikle sabit ve güvenlik öncelikli uygulamalar için uygun bir hidrojen depolama yaklaşımı olduğunu bilimsel olarak değerlendirebilir.

Bu derste, hidrojen enerji sistemlerinde karşılaşılan en kritik malzeme problemlerinden biri olan hidrojen kaynaklı kırılganlık (hydrogen embrittlement) olgusu bilimsel temelleriyle ele alınmaktadır. Hidrojenin metalik malzemelerin sünekliğini azaltarak çatlak oluşumunu ve ani kırılmayı nasıl hızlandırdığı; atomik hidrojenin metal kafesine difüzyonu, dislokasyonlar ve tane sınırlarıyla etkileşimi üzerinden açıklanır. Bu hasar mekanizmasının yalnızca yüzeysel bir etki olmadığı, malzemenin mikroyapısına yayılan hacimsel bir problem olduğu net biçimde ortaya konur.

Ders kapsamında hidrojen kırılganlığının şiddetini belirleyen hidrojen kısmi basıncı, çekme gerilmesi, yükleme hızı, sıcaklık ve mikroyapı gibi parametreler birlikte değerlendirilir. Östenitik paslanmaz çeliklerin neden görece daha dirençli olduğu; buna karşılık yüksek dayanımlı martensitik çeliklerin ve ısıl işlem görmüş bazı alaşımların neden daha hassas olduğu mühendislik bakış açısıyla incelenir. “Her krom-nikel çelik hidrojen için uygundur” gibi yaygın fakat hatalı genellemeler teknik gerekçeleriyle düzeltilir.

Ayrıca hidrojen kırılganlığının çözümsüz bir problem olmadığı vurgulanır. Malzeme seçimi, tasarım, üretim ve işletme aşamalarının birlikte ele alındığı bütüncül bir yaklaşımın; uygun alaşım seçimi, gerilme yığılmalarını azaltan tasarım, kaplama/liner çözümleri ve kaynak prosedürlerinin kontrolüyle riski nasıl azaltabileceği açıklanır. Ders sonunda katılımcı, hidrojenle çalışan sistemlerde güvenilirliğin yalnızca “pahalı malzeme” ile değil, doğru mühendislik yaklaşımıyla sağlanabileceğini bilimsel temelde değerlendirebilir.

Bu derste, hidrojenin üretim veya depolama tesislerinden tüketim noktalarına boru hatları aracılığıyla taşınması yöntemi bilimsel ve mühendislik temelleriyle ele alınmaktadır. Hidrojenin gaz fazında, orta–yüksek basınçlar altında sürekli akış rejiminde iletilmesinin neden özellikle yüksek ve sürekli talebin bulunduğu endüstriyel bölgelerde en ekonomik seçeneklerden biri olduğu açıklanır. ABD ve Avrupa’daki 50–300 km mertebesindeki aktif hidrojen boru şebekeleri örnek alınarak, bu sistemlerin rafineri, kimya ve petrokimya tesislerinde nasıl kullanıldığı ortaya konur.

Ders kapsamında boru hattı taşımacılığının tanker taşımacılığına kıyasla hangi debi ve kullanım koşullarında avantajlı olduğu net biçimde değerlendirilir. Düşük talep veya esnek dağıtım gerektiren durumlarda neden basınçlı gaz veya sıvı hidrojen tankerlerinin tercih edildiği açıklanır. Ayrıca mevcut doğal gaz boru altyapısının saf hidrojen taşımaya neden doğrudan uygun olmadığı; hidrojenin küçük molekül yapısı, sızdırmazlık sorunları ve hidrojen kaynaklı kırılganlık riski üzerinden mühendislik bakış açısıyla ele alınır.

Boru malzemesi seçimi, kaynak bağlantıları, kompresörler, vanalar ve ölçüm sistemlerinin hidrojenin özgün fiziksel ve kimyasal özelliklerine göre neden özel olarak tasarlanması gerektiği vurgulanır. Ders sonunda katılımcı, boru hatları ile hidrojen taşınmasının yüksek talep ve uzun süreli işletme koşullarında verimli ve ekonomik, ancak ciddi malzeme ve tasarım gereksinimleri olan bir çözüm olduğunu bilimsel olarak değerlendirebilir.

Bu derste hidrojenin gaz ve sıvı fazda taşınması yöntemleri, teknik, ekonomik ve lojistik boyutlarıyla ele alınmaktadır. Sıvılaştırılmış doğal gaz (LNG) taşımacılığıyla benzerlikler kurulmakla birlikte, hidrojenin −253 °C gibi son derece düşük kaynama sıcaklığına sahip olmasının sıvı hidrojen (LH₂) taşımacılığını neden çok daha zor ve enerji yoğun hâle getirdiği açıklanır. Sıvı hidrojenin ancak belirli bir ölçeğin üzerindeki ve sürekli tüketimi olan uygulamalarda anlamlı olduğu vurgulanır.

Ders kapsamında sıvı hidrojenin çift cidarlı, vakum yalıtımlı kriyojenik tanklarda depolanması ve taşınması, bu tanklarda oluşan %0,2–1 mertebesindeki günlük buharlaşma (boil-off) kayıpları ile birlikte değerlendirilir. Karayolu ve demiryolu taşımacılığında kullanılan 40–70 m³ hacmindeki LH₂ tankerleri teknik özellikleriyle ele alınır. Tüketim noktasında gerçekleştirilen regazifikasyon sürecinin, sıvılaştırmaya kıyasla neden daha düşük enerji kaybına sahip olduğu açıklanır.

Ayrıca hidrojenin gaz fazında 200–350 bar ve üzeri basınçlarda tüp treylerleriyle taşınmasının, düşük hacimsel enerji yoğunluğu nedeniyle neden uzun mesafelerde ekonomik olmadığı ortaya konur. Ders sonunda katılımcı, gaz ve sıvı hidrojen taşımacılığının hangi mesafe, ölçek ve tüketim profilleri için uygun olduğunu bilimsel temelde karşılaştırmalı olarak değerlendirebilir.

Bu derste, fosil yakıtlara dayalı enerji sistemlerinin geleceği ve hidrojenin bu sistemler içindeki gerçekçi rolü bilimsel bir bakış açısıyla ele alınmaktadır. Petrol, doğal gaz ve kömürün insan zaman ölçeğinde yenilenebilir olmadığı açıklanırken, “fosil yakıtlar hızla bitecek” gibi yaygın söylemlerin neden bilimsel olarak aşırı basitleştirici olduğu ortaya konur. Bu bağlamda enerji tartışmalarında belirleyici olanın yer kabuğundaki toplam hidrokarbon miktarı değil, ekonomik ve teknolojik olarak üretilebilir rezerv kavramı olduğu vurgulanır. Literatürde sık kullanılan R/P (rezerv/üretim) oranı tanıtılarak, bu göstergenin neyi ifade ettiği ve neyi ifade etmediği açıklanır.

Dersin devamında enerji dönüşümünü hızlandıran temel etkenlerin yalnızca “tükenme” değil; iklim değişikliği, hava kalitesi, enerji güvenliği ve fiyat oynaklığı olduğu bilimsel çerçevede değerlendirilir. Bu noktada hidrojenin, birincil enerji kaynağı değil; enerji taşıyıcısı ve depolama aracı olduğu net biçimde ortaya konur. Hidrojenin hangi sektörlerde (yüksek sıcaklık sanayisi, kimyasal hammadde, ağır taşımacılık, uzun süreli enerji depolama) anlamlı bir çözüm sunduğu; buna karşılık bazı alanlarda neden doğrudan elektrifikasyonun daha rasyonel olabildiği tartışılır.

Ders sonunda katılımcı, fosil yakıtlar ve hidrojenle ilgili popüler ama zayıf genellemeleri ayırt edebilen, enerji sistemlerini teknik, ekonomik ve çevresel boyutlarıyla birlikte değerlendirebilen bilim temelli bir bakış açısı kazanır.

Bu derste, hidrojenin konutlarda enerji taşıyıcısı olarak kullanılabilirliği bilimsel ve mühendislik temelleriyle ele alınmaktadır. Hidrojenin doğada serbest halde bulunmayan, mutlaka birincil enerji kaynakları kullanılarak üretilen ikincil bir enerji taşıyıcısı olduğu net biçimde ortaya konur. Bu nedenle hidrojenin evsel enerji sistemlerinde “doğrudan ve yaygın” bir çözüm olarak neden henüz uygulanabilir olmadığı teknik gerekçeleriyle açıklanır.

Ders kapsamında hidrojenin yüksek alt ısıl değerine rağmen, yanma karakteristiklerinin (çok yüksek alev hızı, geniş patlama aralığı, düşük tutuşma enerjisi ve görünmez alev) konut uygulamalarında ciddi güvenlik riskleri oluşturduğu ele alınır. Mevcut doğalgaz kazanları, brülörler, ocak ve fırınların neden hidrojen için uygun olmadığı; alev geri tepmesi, kaçak algılama gereksinimleri ve metal gevrekleşmesi gibi problemler üzerinden mühendislik bakış açısıyla değerlendirilir.

Ayrıca evsel yakıt hücreleri teorik olarak elektrik ve ısı üretme potansiyeline sahip olsa da, hidrojenin önceden üretilmesi, depolanması ve tüm dönüşüm zinciri dikkate alındığında sistem veriminin düşük ve maliyetlerin yüksek kaldığı açıklanır. Ders sonunda katılımcı, hidrojenin konutlarda bireysel kullanım için değil; ancak merkezi üretim ve bölgesel sistemler çerçevesinde, gelecekte sınırlı ve seçici bir rol üstlenebileceğini bilimsel temelde değerlendirebilir.

Bu derste, hidrojenin endüstriyel tesislerde enerji taşıyıcısı olarak kullanımının hangi koşullarda anlamlı, hangi koşullarda ise verimsiz veya riskli olduğu bilimsel ve mühendislik temelleriyle ele alınmaktadır. Hidrojenin doğada serbest halde bulunan bir enerji kaynağı değil; mutlaka elektrik, fosil yakıtlar veya nükleer enerji gibi birincil kaynaklardan üretilen bir enerji taşıyıcısı olduğu vurgulanarak, “fabrikanın tüm enerji ihtiyacı hidrojenle karşılanabilir” söyleminin neden aşırı genelleme olduğu açıklanır.

Ders kapsamında bir fabrikanın enerji ihtiyacının elektrik, ısıl enerji, proses ısısı ve kimyasal hammadde bileşenlerinden oluştuğu ele alınır. Elektrik tarafında motorlar, sürücüler, otomasyon ve aydınlatma için doğrudan elektriğin neden en rasyonel seçenek olduğu; hidrojenden elektrik üretmenin ise ek yatırım ve dönüşüm kayıpları getirdiği ortaya konur. Buna karşılık hidrojenin, yüksek sıcaklık proses ısısı, indirgeme kimyası (ör. amonyak, rafineri, demir–çelik) ve uzun süreli enerji depolama gibi alanlarda neden önemli bir karbonsuzlaşma aracı olabileceği teknik gerekçeleriyle açıklanır.

Ayrıca hidrojenin sanayide yanma yoluyla kullanımında ortaya çıkan alev geri tepmesi, yüksek alev hızı, sızdırmazlık ve metal gevrekleşmesi gibi güvenlik riskleri ele alınır. Ders sonunda katılımcı, hidrojenin sanayide her yerde değil, doğru yerde ve hedefli kullanım yaklaşımıyla değerlendirilmesi gereken stratejik bir enerji taşıyıcısı olduğunu bilimsel bir bakış açısıyla analiz edebilir.

Bu derste, hidrojen ile su arasındaki ilişkinin enerji sistemleri açısından neden kapalı, sonsuz ve kendi kendini sürdüren bir çevrim olmadığı bilimsel temelleriyle ele alınmaktadır. “Su → hidrojen → su” şeklinde sıklıkla idealize edilen yaklaşımın, gerçekte çok aşamalı ve her adımında geri döndürülemez enerji kayıpları içeren bir dönüşüm zinciri olduğu net biçimde ortaya konur. Hidrojenin doğada serbest halde bulunmayan, mutlaka elektrik, fosil yakıtlar veya nükleer enerji gibi birincil kaynaklar kullanılarak üretilen bir enerji taşıyıcısı olduğu vurgulanır.

Ders kapsamında fotovoltaik sistemlerden elde edilen elektriğin alkali, PEM ve SOEC elektroliz teknolojileriyle hidrojene dönüştürülmesi süreci incelenir ve güncel elektroliz verimlerinin neden genellikle %60–75 aralığında kaldığı açıklanır. Üretilen hidrojenin depolanması, taşınması ve yakıt hücrelerinde tekrar enerjiye dönüştürülmesi aşamalarının her birinde ek kayıplar oluştuğu; bu nedenle toplam çevrim veriminin pratikte çoğunlukla %20–30 seviyelerine kadar düştüğü termodinamiğin ikinci yasası çerçevesinde değerlendirilir.

Ayrıca kullanım sonunda oluşan suyun kontrollü biçimde geri toplanarak yeniden elektrolize yönlendirilmesinin neden teknik olarak mümkün olmadığı açıklanır. Ders sonunda katılımcı, hidrojenin sürdürülebilir enerji sistemlerinde mucizevi bir çözüm değil, enerji depolama ve elektrifikasyonu zor olan alanlar için tamamlayıcı ve hedefli bir enerji taşıyıcısı olduğunu bilimsel olarak analiz edebilir.

Bu derste, hidrojenin otomotiv sektöründe kullanımının teknik gerçekleri, verim sınırları ve mühendislik gereksinimleri bilimsel temelleriyle ele alınmaktadır. Hidrojenin birincil bir enerji kaynağı değil, mutlaka dışarıdan enerji harcanarak üretilen bir enerji taşıyıcısı olduğu net biçimde ortaya konur. Bu nedenle hidrojenli araçların çevresel ve ekonomik etkilerinin, hidrojenin kendisinden çok üretim ve dönüşüm zincirine bağlı olduğu açıklanır.

Ders kapsamında hidrojenin otomotivde iki temel kullanım yolu incelenir: hidrojenle çalışan içten yanmalı motorlar ve yakıt hücreli elektrikli araçlar. Hidrojenli içten yanmalı motorların teknik olarak mümkün olmasına rağmen; yüksek alev hızı, düşük tutuşma enerjisi ve yüksek yanma sıcaklıkları nedeniyle NOx emisyonu ürettiği ve bu nedenle “sıfır emisyonlu” kabul edilemeyeceği bilimsel gerekçeleriyle açıklanır. BMW, Mazda ve Toyota’nın geçmişteki prototip çalışmalarının neden ticari olarak yaygınlaşmadığı değerlendirilir.

Yakıt hücreli elektrikli araçların (Toyota Mirai, Hyundai NEXO, Honda Clarity) çalışma prensibi, daha yüksek sistem verimi ve daha düşük yerel emisyon avantajlarıyla birlikte ele alınır. Ayrıca sıvı hidrojenin −253 °C gereksinimi ve boil-off kayıpları nedeniyle otomotivde neden terk edildiği; güncel sistemlerin neden 350–700 bar basınçlı gaz hidrojen depolamaya dayandığı açıklanır. Hidrojenli araçlardan çıkan suyun “içilebilir” olduğu yönündeki iddiaların bilimsel olarak yanlış olduğu net biçimde ortaya konur.

Ders sonunda katılımcı, hidrojenin otomotivde her araç için değil, özellikle ağır taşıtlar ve uzun menzil uygulamaları için hedefli ve tamamlayıcı bir teknoloji olduğunu bilimsel bir bakış açısıyla değerlendirebilir.

Bu derste, yakıt hücrelerinin hidrojenin kimyasal enerjisini yanma sürecine girmeden doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren elektrokimyasal sistemler olduğu bilimsel temelleriyle ele alınmaktadır. Yakıt hücrelerinin klasik ısı makinelerinden neden farklı olduğu, Carnot çevrimiyle neden doğrudan sınırlı olmadığı ve elektroliz cihazlarının “birebir tersi” olarak kabul edilemeyeceği net biçimde açıklanır.

Ders kapsamında yakıt hücresinin anot–katot reaksiyonları, proton ve elektron taşınımı, membran veya elektrolit yapısı, katalizörler, gaz difüzyon tabakaları ile ısı ve su yönetimi ayrıntılı olarak incelenir. Yakıt hücrelerinin kararlı çalışabilmesi için hidrojen ve oksijen akışının, sıcaklık ve nemin neden hassas biçimde kontrol edilmesi gerektiği mühendislik bakış açısıyla ele alınır.

Ayrıca yakıt hücrelerinde verimin tek bir yüzdeyle ifade edilemeyeceği vurgulanır. Elektrik veriminin genellikle %40–60 aralığında olduğu, açığa çıkan ısının da değerlendirildiği kojenerasyon (CHP) uygulamalarında toplam sistem veriminin %65–80, iyi tasarlanmış sistemlerde ise %85–90 seviyelerine yaklaşabildiği açıklanır. Bu bağlamda %98 gibi verim iddialarının neden fiziksel olarak anlamlı olmadığı bilimsel gerekçeleriyle ortaya konur.

Yakıt hücrelerinin konut, ticari tesisler, hastaneler, veri merkezleri, otomotiv ve uzay uygulamalarındaki kullanım alanları değerlendirilirken; bu teknolojinin mutlak bir çözüm değil, doğru ölçeklendirme ve doğru hidrojen üretim yöntemiyle anlam kazanan bir enerji dönüşüm teknolojisi olduğu vurgulanır. Ders sonunda katılımcı, yakıt hücrelerini yerel emisyon avantajları ile yaşam döngüsü etkilerini birlikte değerlendirebilen bilimsel bir bakış açısı kazanır.

Bu derste, hidrojenin dünya genelinde otomotiv, enerji, bina ve havacılık sektörlerindeki gerçek uygulamaları tarihsel gelişimi ve teknik sınırlarıyla birlikte ele alınmaktadır. Hidrojenin birincil bir enerji kaynağı değil, mutlaka başka enerji kaynakları kullanılarak üretilen bir enerji taşıyıcısı olduğu vurgulanarak, hidrojen teknolojilerinin çevresel ve ekonomik performansının yalnızca kullanım noktasına değil, üretimden tüketime kadar olan tüm zincire bağlı olduğu açıklanır.

Ders kapsamında yakıt hücrelerinin çalışma prensibi, güncel teknolojilerde %40–60 elektrik verimi ve kojenerasyon uygulamalarında %85 - 90 toplam verim aralıklarıyla ele alınır; literatürde zaman zaman dile getirilen %98 verim iddialarının neden gerçekçi olmadığı bilimsel gerekçeleriyle açıklanır. Otomotiv alanında hidrojenli içten yanmalı motor denemeleri ile yakıt hücreli elektrikli araçlar (Toyota Mirai, Hyundai NEXO, Honda Clarity) karşılaştırmalı olarak incelenir.

Otobüs, hizmet araçları ve bina uygulamalarındaki pilot projeler değerlendirilerek hidrojenin genel bir çözüm değil, kontrollü ve sınırlı alanlarda kullanılabilen bir teknoloji olduğu ortaya konur. Havacılıkta Tupolev-155 gibi deneysel çalışmalar ele alınırken, sıvı hidrojenin depolama zorlukları nedeniyle ticari uygulamaların neden henüz mümkün olmadığı açıklanır.

Ders sonunda katılımcı, hidrojenin “mucize bir çözüm” değil; belirli sektörlerde, doğru ölçek ve doğru teknolojiyle fosil yakıtların yerini alabilecek tamamlayıcı bir enerji taşıyıcısı olduğunu bilimsel bir bakış açısıyla değerlendirebilir.

Bu derste, Türkiye’de yürütülmüş ve planlanmış hidrojen tabanlı ulaşım ve ada ölçekli enerji projeleri bilimsel ve mühendislik temelleriyle ele alınmaktadır. Hidrojenli otobüslerin şehir içi toplu taşımada neden potansiyel bir seçenek olduğu; ancak bu sistemlerin birincil enerji kaynağına değil, hidrojenin bir enerji taşıyıcısı olmasına dayandığı net biçimde açıklanır. Bu nedenle hidrojenli otobüslerin çevresel ve ekonomik performansının, kullanım noktasından çok hidrojenin üretim yöntemi ve tüm yaşam döngüsü üzerinden değerlendirilmesi gerektiği vurgulanır.

Dersin ikinci bölümünde Bozcaada Hidrojen Projesi incelenerek, rüzgâr enerjisinden elde edilen fazla elektriğin elektroliz yoluyla hidrojene dönüştürülmesi, depolanması ve yakıt hücreleriyle mikroşebeke desteklemesi konsepti ada ölçeğinde analiz edilir. Yatırım maliyetleri, kapasite sınırlamaları ve geri ödeme süreleri gerçekçi varsayımlarla değerlendirilir. Ders sonunda katılımcı, hidrojenin Türkiye özelinde mucize bir çözüm değil, doğru ölçek ve doğru mühendislik yaklaşımıyla yenilenebilir enerji sistemlerini tamamlayan stratejik bir enerji taşıyıcısı olduğunu bilimsel olarak analiz edebilir.

Bu derste, hidrojenin bir enerji taşıyıcısı olarak güvenlik açısından nasıl değerlendirilmesi gerektiği bilimsel ve mühendislik temelleriyle ele alınmaktadır. Hidrojenin çok küçük moleküler yapısı ve düşük yoğunluğu nedeniyle açık ortamlarda kaçak durumunda hızla yükselip dağılma eğilimi gösterdiği; ancak bu özelliğin hidrojenin her koşulda “daha güvenli” olduğu anlamına gelmediği net biçimde açıklanır. Özellikle kapalı ve yarı kapalı hacimlerde hidrojenin tavanda birikerek yanıcı ve patlayıcı karışımlar oluşturma riski teknik gerekçeleriyle değerlendirilir.

Ders kapsamında hidrojenin %4–75 gibi geniş bir yanabilirlik aralığına sahip olması, yüksek laminer alev hızı ve düşük tutuşma enerjisinin güvenlik tasarımını neden zorlaştırdığı ele alınır. Alevin renksiz ve zor fark edilir olması nedeniyle oluşabilecek termal yanık riskleri açıklanır. Sıvı hidrojen uygulamalarında ise kriyojenik sıcaklıkların yol açtığı soğuk yanıklar, hızlı buharlaşma ve basınç artışı gibi özgün riskler değerlendirilir.

Ayrıca Hindenburg kazası örneği üzerinden, hidrojenin tarihsel olarak neden “aşırı tehlikeli” algılandığı; ancak güncel araştırmaların kazanın esas nedeninin hidrojen değil, kullanılan kaplama malzemeleri ve statik elektrik olduğunu gösterdiği bilimsel verilerle açıklanır. Ders sonunda katılımcı, hidrojenin ne “olağanüstü güvenli” ne de “aşırı tehlikeli” olduğunu; doğru mühendislik tasarımı, algılama, havalandırma ve standartlara uygun kullanım ile güvenli biçimde yönetilebilen yüksek performanslı bir enerji taşıyıcısı olduğunu bilimsel olarak değerlendirebilir.