Literatürde, hidrojen kaynaklı birçok hasar türü tanımlanmıştır. Bunlardan biri de hidrojen gevrekleşmesi (hydrogen embrittlement) kaynaklı hasarlardır. Hidrojen gevrekleşmesi, metal bünyesine giren atomik hidrojenin malzeme içinde difüze olması sonucu, metalin tokluk ve süneklik özelliklerinin azalmasına yol açan bir hasar mekanizmasıdır. Bu süreç sonucunda malzeme, normalde dayanabileceği gerilme seviyelerinde dahi ani ve gevrek kırılmalar gösterebilir.
Hidrojen, birçok metalik malzemede gevrekleşmeye neden olabilir ve bu tür hasarlar çoğu zaman ani, uyarı vermeden gerçekleşen yıkıcı kırılmalarla sonuçlanır. Hidrojen gevrekleşmesi olgusu ilk kez 1874 yılında William H. Johnson tarafından rapor edilmiştir. Johnson, demir numunelerini birkaç dakika boyunca derişik hidroklorik asit veya seyreltik sülfürik asit içerisine daldırmış ve bu işlem sonrasında malzemenin sünekliğinde belirgin bir azalma gözlemlemiştir. Bu deney, metallerde hidrojen gevrekleşmesi üzerine yapılan çalışmaların başlangıcı olarak kabul edilmektedir.
Havacılık ve uzay teknolojilerinde kullanılan malzemeler açısından değerlendirildiğinde, hidrojen gevrekleşmesi özellikle yüksek dayanımlı çelik bileşenlerde önemli bir arıza nedeni olmaktadır. Örneğin:
10 Ekim 1992, CH-47 Chinook Helikopteri (No: 89-00173, ABD Ordusu): Alaska’daki bir uçuş tatbikatı sırasında kısmi kontrol kaybı yaşanmış ve ardından kaza meydana gelmiştir. İncelemelerde, aktüatör sisteminde hidrojen gevrekleşmesi kaynaklı bir arızanın kazaya neden olduğu tespit edilmiştir.
8 Eylül 2002, Piper PA-32R-301T: Uçak yaklaşık 3.500 feet irtifada seyir halindeyken krank mili dişlisi tutma cıvatasının kırılması sonucu arızalanmış; uçak ağaçlık alana zorunlu iniş yapmış, kazada iki kişi hayatını kaybetmiş, iki kişi ağır yaralanmıştır. Yapılan incelemelerde, çinko kaplamalı cıvatanın kırıldığı ve taneler arası ayrılma (intergranular fracture) gözlendiği belirlenmiştir.
Haziran 2002, başka bir Piper PA-32R-301: 448 saatlik kullanım sonrası benzer bir cıvata arızası meydana gelmiş ve FAA ile Lycoming firması tarafından yapılan incelemeler sonucunda arızanın hidrojen gevrekleşmesi kaynaklı olduğu tespit edilmiştir. Bu olayın ardından Ekim 2002’de FAA, ilgili cıvataların değiştirilmesini zorunlu kılan bir Acil Uçuşa Elverişlilik Talimatı (Emergency Airworthiness Directive) yayımlamıştır.
22 Eylül 2010, Bell 412 Helikopteri: Sorunsuz geçen bir uçuşun ardından iniş yaklaşması sırasında rotor devir kaybı yaşanmış, helikopter suya otorotasyonla iniş yapmış ve altı kişi hafif şekilde yaralanmıştır. Metalurjik incelemelerde, hidrojenin malzeme bünyesine nüfuz ettiği ve tahrik dişlisinde yorgunluk çatlağı oluşturduğu belirlenmiştir.
Benzer vakaların ardından havacılık otoriteleri önlemler almıştır. Örneğin, 12 Ekim 2011’de Avustralya Sivil Havacılık Güvenliği Otoritesi, MS21042 ve NAS 1291 serisi somunlarda meydana gelen arızalar konusunda tüm hava aracı sahiplerini, işletmecilerini ve bakım personelini uyaran bir Uçuşa Elverişlilik Bülteni yayımlamıştır. Bu arızalar; imalat sırasında uygunsuz ısıl işlem veya yeniden kaplama sonrası çelik bünyesinde hidrojen bulunmasına bağlı olarak ve sürekli çekme gerilimi altında ortaya çıkan hidrojen kaynaklı gecikmeli çatlama (hidrojen gevrekliği) karakterindedir.
Hidrojen ilerleyen zamanda daha da etkin bir şekilde havacılıkta kullanılacaktır. Şöyle ki; hidrojenle çalışan hava araçlarının, havacılık sektörünün 2050 yılına kadar net sıfır karbon emisyonu hedefine ulaşmasında rol oynaması beklenmektedir. Bu nedenle, havacılık otoriteleri hidrojenle çalışan hava araçlarının geliştirilmesine yönelik hazırlıklarını sürdürmektedir.
Aralık 2024, FAA: Hidrojen Yakıtlı Hava Araçları Güvenliği ve Sertifikasyon Yol Haritası yayımlanmıştır.
Aralık 2024, EASA: Hidrojenle çalışan hava araçlarının sertifikasyonu ile ilgili çalıştay düzenlenmiştir.
2025, IATA: Meydanlarda batarya ve hidrojenle çalışan hava araçları için Operasyon Konsepti yayımlanmıştır.
FAA yol haritasında, mevcut uçuşa elverişlilik standartlarının yakıt hücreleri veya hidrojenle çalışan motorları öngörmediği vurgulanmış ve yeni standartların oluşturulması gerektiği belirtilmiştir. Bu çerçevede FAA, 2028 yılına kadar kısa vadeli faaliyetler ve 2028–2032 yılları arasında orta vadeli faaliyetler için hedefler belirlemiştir.
Kısa vadeli hedefler arasında tehlikelerin analiz edilmesi ve risk azaltma stratejilerinin tanımlanması yer almaktadır. Bu tehlikelerden biri de hidrojen gevrekleşmesidir. Hidrojenin havacılıkta güvenli kullanımı, hem malzeme mühendisliği hem de uçuşa elverişlilik standartları açısından kritik bir konudur ve ilerleyen zamanda daha fazla hidrojen kullanımı öngörüldüğü için gerekli teknik ve hukuki alt yapının oluşturulacağı öngörülmektedir.
FAA yol haritasında hidrojen gevrekleşmesinin yanı sıra diğer hidrojen kaynaklı potansiyel tehlikeleri de ilerleyen yazılarımızda ele alacağız.
Herkese sevgi, saygı ve selamlarımla,
Nazlı Can
#hydrogenembrittlement #hidrojengevrekleşmesi #havahukuku #havacılıkhukuku #havacilikhukuku #airlaw #aviationlaw #kimyasalhukuku #kimyahukuku #chemicallegislation #chemicallaw #lawofchemicals
Kaynakça
Civil Aviation Safety Authority (CASA). (2021). Airworthiness Bulletin 14-002: Cracked MS21042 and NAS1291 Series Nuts – Hydrogen Embrittlement. (Erişim Tarihi : 01.12.2015) https://www.casa.gov.au/sites/default/files/2021-09/airworthiness-bulletin-14-002-cracked-ms-21042-nas-1291-series-nuts-hydrogen-embrittlement.pdf
Federal Aviation Administration (FAA). Hydrogen-Fueled Aircraft Safety and Certification Roadmap. (Erişim Tarihi : 05.12.2015) https://www.faa.gov/aircraft/air_cert/step/disciplines/propulsion_systems/hydrogen-fueled_aircraft_roadmap
International Air Transport Association (IATA). (2025). Concept of Operations of Battery and Hydrogen-Powered Aircraft at Aerodromes. (Erişim Tarihi : 05.12.2015) https://www.iata.org/globalassets/iata/publications/sustainability/concept-of-operations-of-battery-and-hydrogen-powered-aircraft-at-aerodromes.pdf
NASA Technical Report. (2016, Nisan). Hydrogen Embrittlement. (Erişim Tarihi : 01.12.2015) https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20160005654/downloads/20160005654.pdf
National Transportation Safety Board (NTSB). (2002). Aviation Investigation Final Report, Kaza No. IAD02FA091.(Erişim Tarihi : 07.12.2015) https://www.ntsb.gov
National Transportation Safety Board (NTSB). (2010). (Erişim Tarihi : 07.12.2015) Aviation Investigation Final Report, Kaza No. ERA10TA493. https://www.ntsb.gov
Skybrary. Hydrogen-Fueled Aircraft Certification. (Erişim Tarihi : 01.12.2015) https://skybrary.aero/articles/hydrogen-fueled-aircraft-certification
Techspray. How to Mitigate the Risk of Aircraft Damage from Chemical Agents. (Erişim Tarihi : 07.12.2015) https://www.techspray.com/how-to-mitigate-the-risk-of-aircraft-damage-from-chemical-agents?srsltid=AfmBOorw8_Lb2gr-VSCVmz-b_uNQJwR5zvYqbv8qCctC4tKmWvFYd9q3