REKLAM




+ Konuyu Cevapla

Hidrojenin Kullanım Alanları

  1. Yazan: ZELAL
    ZELAL - ait Kullanıcı Resmi (Avatar)

    REKLAM


    Hidrojenin Kullanımı - Hidrojen Nerelerde Kullanılır - Hidrojen Elementinin Kullanımı


    Ulaşımda, endüstride ve evlerde hidrojen kullanımı aslında sanıldığı kadar yeni değildir. Dünyanın pek çok yerinde hala evlerde kullanılmakta olan havagazı aslında hidrojen ve karbonmonoksidin bir karışımıdır. Zeplin ve bazı balonlar gibi hava taşıtlarında hidrojen kullanılmıştır. Sanayide petrolün rafine edilmesinde, amonyak ve metanol üretiminde, metalürji ve gıda sektörlerinde kullanılmaktadır. Uzay mekiğinin roketlerinin yakıtı da hidrojendir.

    Evlerde, sanayide ve ulaşımda elektrik üretimi ve yakıt olarak hidrojen kullanımı için araştırmalar devam etmektedir.

    Uygun şekilde depolanabildiği takdirde, hidrojen, ister gaz ister sıvı halde bulunsun yakıt olarak kullanılabilir. Motorlu araçlar ve fırınlar hidrojen yakacak şekilde modifiye edilebilirler. 1950'lerden beri bazı hava taşıtlarında yakıt olarak hidrojen kullanılmıştır. Otomobil üreticileri hidrojenle çalışan otomobiller geliştirmişlerdir. Hidrojen benzinden %50 daha verimli yanar ve daha az kirliliğe yol açar. Kirliliğin azaltılması için benzin, etanol, metanol ve doğal gazla karıştırılabilir. Benzin/hava karışımına sadece %5 oranında hidrojen eklenmesiyle azot oksit salınımı %30-%40 arasında azaltılabilir. Tamamıyla hidrojen yakan bir motor sadece su ve az miktarda azot oksit üretecektir. Hidrojen daha yüksek ateşleme hızına , daha geniş ateşleme sınırlarına, daha yüksek patlama sıcaklığına sahiptir, daha yüksek sıcaklıkta yanar ve benzinden daha düşük ateşleme enerjisine ihtiyaç duyar. Bu hidrojenin daha hızlı yandığı ama erken ateşleme tehlikesi taşıdığını gösterir. Hidrojenin taşıtlarda yakıt olarak kullanılması için önemli avantajları olsa da benzinin yerini alabilmesi için daha pek çok araştırma yapılmalıdır. Hidrojenle çalışan taşıtların yaygınlaşması için en azından 20 yıllık bir sürenin geçmesi gerektiği öngörülmektedir.

    Hidrojenin birim ağırlık başına enerji kapasitesi çok yüksek olduğu için hidrojenle çalışan hava taşıtları daha fazla yük taşıyabilirler yada menzilleri önemli ölçüde artabilir.

    Yakıt pilleri hidrojenden enerji elde edilmesi için geliştirilen bir teknolojidir. Yakıt pillerinde elektroliz prosesi tersine çevrilerek hidrojenle oksijen elektro kimyasal bir prosesle birleştirilir. Bunun sonucunda elektrik, su ve ısı açığa çıkar. ABD'nin uzay programında uzay araçlarına enerji sağlamak için onlarca yıldır yakıt pilleri kullanılmaktadır. Otomobil ve otobüsleri çalıştıracak güçte yakıt pilleri geliştirilmiştir ve geliştirilmeye devam edilmektedir. Çeşitli şirketler yerleşik enerji üretimi için yakıt pilleri geliştirmek üzere çalışmalar yapmaktadır.

    Hidrojen, sürekli üretim yapamayan (güneş, rüzgar) yada enerji tüketim merkezlerinin çok uzağında inşa edilen (hidroelektrik, jeotermal) enerji üretim tesislerinde üretilen enerjinin tamamının yada o an için kullanılmayan kısmının depolanması için kullanılabilir. Örneğin; Humbold State Üniversitesinin Schatz Enerji Araştırma Merkezinde tasarlanan ve inşa edilen bir güneş enerjisi - hidrojen sistemi güneş enerjisi ile bir akvaryumun havalandırılmasını sağlayan kompresörleri çalıştırılmakta artan enerji ile de bir elektroliz cihazı ile hidrojen üretilmektedir. Güneş enerjisinin yetersiz olduğu zamanlarda üretilen hidrojen bir yakıt pilinde yakılarak enerji ihtiyacı karşılanmaktadır.

    Hidrojenin büyük elektrik santrallerinde yakılıp enerji üretilmesine yönelik çalışmalar bulunmakla beraber maliyetlerin çok yüksek olması sebebiyle yakın zamanda bu mümkün görülmemektedir. Ancak, doğal gaza hidrojen eklenerek doğal gaz santrallerinin yarattığı kirlilik azaltılabilir. ABD 2030 yılından sonra toplam enerji ihtiyacının %10'unu hidrojenden karşılamayı düşünmektedir.

    Hidrojenin Motorlarda Kullanımı



    Uzunca bir süreden beri hidrojenin motorlarda yakıt olarak kullanılma imkanları araştırılmaktadır. Günümüzde yakıt seçiminde ölçüt olarak alınan ulaştırma yakıtı olma özelliği, çok yönlü kullanıma uygunluk, kullanım verimi, çevresel uygunluk, emniyet ve maliyet açısından yapılan değerlendirmeler hidrojen lehine sonuç vermektedir. 1970’lerde hidrojenin alternatif motor yakıtı olarak kullanılması yeniden gündeme gelmiştir. Egzoz emisyon değerlerinin düşük olması, petrole olan bağımlılığı azaltması hidrojenin uzun yıllar önceden tespit edilmiş olan avantajlarıydı.

    Hidrojenin kendi kendine tutuşma sıcaklığı yüksek olmasına rağmen, hidrojen-hava karışımlarının tutuşturulabilmesi için gerekli enerji miktarı düşüktür. Tutuşma aralığının geniş olması, hidrojenin daha geniş karışım aralığında düzgün yanmasını sağlar ve yanma sonucunda daha az kirletici oluşur. Benzin motorları ise stokiyometrik orana daha yakın oranlarda yada zengin karışım oranlarında çalıştırılmak zorunda olduklarından egzoz gazlarında önemli miktarda azot oksit (NOx,), karbonmonoksit (CO) ve yanmamış hidrokarbon (HC)’lar oluşur. Hidrojen motorları, maksimum yanma sıcaklığını azaltacak biçimde fakir karışım ile çalıştırılabilirler. Böylece daha az NOx oluşurken, HC ve CO emisyonları oluşmaz. Alev hızının yüksek olması ise Otto motorlarında ideale yakın bir yanmanın oluşmasını sağlayarak, ısıl verimi arttırır. Geniş tutuşma aralığı sayesinde, gaz kelebeğine gerek kalmadığından, karışımın silindirlere kısılmadan gönderilmesi sonucu pompalama kayıpları azaltılmış olur.

    Hidrojenin yüksek sıkıştırma oranlarında, fakir karışım ile yanabilmesi yakıt tüketimini azalttığı gibi, yanma sonucu oluşan maksimum sıcaklığı da azaltır. Yanma sonucu partikül madde oluşmadığından bujiler kirlenmez. Alev parlaklığının düşük olması, diğer karbon esaslı yakıtlara göre radyasyon yolu ile olan ısı kaybını azaltacağından daha yüksek verim sağlar.

    Hidrojenin alev hızının yüksek olması, buji kıvılcımından sonra karışımın başka noktalardan tutuşma (detenasyon) ihtimalini azaltır. Bu durum sıkıştırma oranının arttırılmasını sağlayacağından motorun gücü de artar

    Buji ile ateşlemeli motorun hidrojen motoruna dönüştürülmesi

    Yakıt besleme sistemleri açısından hidrojen motorları 4 kategoriye ayrılmaktadır. Karbürasyon, emme manifolduna püskürtme, emme supabının arkasına püskürtme ve doğrudan silindir içine püskürtmedir.

    Hidrojen ile hava karışımı, sırasıyla dahili ve harici olarak adlandırabileceğimiz yöntemlerle motorun yanma odası içerisinde veya motorun emme manifolduna hazırlanmaktadır. Harici karışım hazırlama yönteminde, basit bir gaz karıştırıcı içerisinde düşük basınçlarda hava ile karıştırılması veya hidrojenin yine düşük basınçlarda motorun emme manifolduna sürekli veya kesikli olarak gönderilmesi mümkündür. Kesikli olarak yakıt gönderme durumunda, dizel ilkesi ile çalışan motorlardaki gibi yüke göre karışım ayarı yapılabilir. Bu durumda karbüratördeki gaz kelebeği ortadan kalkacağı için motorun kısılma kayıpları da kaldırılacak ve hacimsel verim dolayısıyla motorun maksimum gücü artacaktır .

    İçten yanmalı motorlarda hidrojen kullanımı

    Hidrojenin içten yanmalı motorlarda yakıt olarak kullanılması konusunda bir çok çalışma yapılmaktadır. Fakat bu çalışmalarda benzine göre tasarlanmış olan motorlar kullanılmaktadır ve bu motorlar hidrojen kullanıma imkan sağlayacak şekilde modifiye edilmişlerdir. Hidrojenin içten yanmalı motorlarda kullanılmasına ilişkin yapılan incelemelerde aşağıdaki sonuçlar elde edilmiştir.

    · Bazı küçük değişikliklerle benzin motorları hidrojen ile çalışır duruma getirilebilirler. Isıl verimleri benzin motorununkine yakındır.

    · Stokiyometrik çalışma şartlarında hidrojen motorunda yüksek miktarda NOx oluşur. Fakat silindirlere gönderilen karışım fakirleştirilerek NOx oluşumu azaltılabilir.

    · Benzin motorundan hidrojen motoruna çevrilmiş motorda, stokiyometrik hidrojen-hava karışımında %20 güç kaybı meydana gelir.

    · Karbüratörlü motorlarda emme manifoldundaki alev tepmesi önemli bir problemdir.

    Hidrojen motorunun bu dezavantajları, onun benzin motoru ile rekabet etme sansını azaltmaktadır. Fakat günümüze kadar yapılan çalışmalar ile bu problemler çözülerek, hidrojenin motor verimine ve hava kirliliğinin azaltılmasına olan katkıları görülmüştür. Hidrojenin sıkıştırma oranı yüksek olan motorlarda kullanılması ile de sebep olduğu güç kaybı azaltılabilir. Ayrıca aşırı doldurma uygulanarak ilave güç sağlanabilir. Sıkıştırma oranının arttırılması ve fakir karışım ile hidrojen motorunun ısıl veriminde, benzinli motora göre %25’lik bir artış sağlanabilir. Fakir karışım ile alev tepmesi önemli miktarda azaltılır.

    Akaryakıt motorlarında görülen buhar tıkacı, soğuk yüzeylerde yoğuşma, yeterince buharlaşmama gibi sorunlar hidrojen motorlarında yoktur. Hidrojen motorları 20,13 °K’ de (-253°C) ilk harekete geçerken bile sorun çıkarmaz .

    Hidrojenin motorlarda yakılması ve işletim problemleri

    Hidrojen yakıtlı motorlarda yanma açısından ortaya çıkan en önemli iki sorun, geri tutuşma ve erken ateşleme olaylarıdır. Yanma odasına gönderilen yakıt hava karışımının silindire girmeden önce tutuşması sonucunda motorun emme manifoldun içinde geriye doğru alevin ilerlemesi geri tutuşma olarak tanımlanmaktadır. Bu olay emme sistemi elamanlarını tahrip etmekte ve emniyet açısından sorun oluşturmaktadır. Yanma odasına gönderilen karışımın bujide kıvılcım çakmadan önce sıcak odaklar tarafından tutuşturularak yanmayı istenilenden önce başlatması da erken tutuşma olarak tanımlanmaktadır. Hidrojenin tutuşma enerjisinin düşük olması bu iki sorunu ortaya çıkarmaktadır. Geri tutuşma hava fazlalık kat sayısının 2 ila 3 arasında olduğu durumlarda oluşmaktadır. Hidrojenin yakıt olarak kullanılabilmesi için bu sorunların ortadan kaldırılması gerekir.

    Geri tutuşmanın sebeplerinden biri benzin ile kıyaslandığında hidrojenin tutuşturulabilmesi için daha düşük iyonlaşma enerjisine ihtiyaç duymasıdır. Dolayısıyla hidrojen yakıtlı motorlarda buji kıvılcımından sonra ateşleme sisteminde kalan artık enerji miktarı daha fazla olur. Egzoz zamanı genişleme periyodundan sonra silindir içi basıncının atmosfer basıncına yakın olduğu durumlarda, sistemdeki artık enerji bujide kıvılcım oluşmasına sebep olur. Kıvılcımın oluştuğu nokta çevrimden çevrime farklılık gösterir. Eğer buji kıvılcımı emme zamanında oluşursa, diğer bazı etkenlerle birlikte geri tutuşmaya sebep olur. Artık enerji oluşumunu önlemek için ateşleme sistemi modifiye edilmelidir.

    Yüksek yük altında, yanma odasındaki sıcak noktalar karışımın erken ateşlenmesine sebep olur. Hidrojenin tutuşma enerjisinin düşük olması nedeniyle; yanma odasındaki sıcak noktalar, supap bindirmesinde sıcak egzoz gazları, çok fakir karışımlarda yanma hızlarının düşük olması nedeni ile yanma süresinin artması sonucu yanan gazlarla yeni karışımın teması, motor yağından gelen sıcak partiküller, yanmayı istenilenden önce başlatabilmektedir. Bu amaçla yanma odası sıcaklığının düşürülmesi gerekmektedir. Bunun için; karışımın bir miktar fakirleştirilmesi, egzoz gazları resirkülasyonu (EGR), yanma odasına su püskürtülmesi, sübap bindirmesi süresinin azaltılması, giriş havasının sıvı hidrojen kullanımı sonucu soğutulması gibi çeşitli yöntemler uygulanabilir. Ancak karışıma EGR uygulanması veya gönderilen hidrojenin azaltılması sonucu fakirleştirilmesi çevrimden çevrime olan farklılıkları artıracak ve motorun düzenli çalışmasını önleyecektir. Ayrıca EGR sonucu ortalama efektif basınçta düşecektir.

    Hidrojen yakıtlı motorlarda hava-yakıt oranı 0,8 olduğunda egzoz gazları içindeki NOx miktarı maksimum olur. NOx oluşumunu azaltmak için hidrojene saf oksijen ilave edilmelidir. Bu durum ise sisteme daha karmaşık hale getirir ve taşıt ağırlığını arttırır. Bu sorunun çözümü için kullanılan yöntemlerden biri; taşıt üzerinde suyu elektroliz ederek, açığa çıkan hidrojen ve oksijenin basınç altında depo edilmesidir. Şekil 6.1’de böyle bir sistem görülmektedir.

    Benzin motoruna hidrojen takviyesi ile yanmamış hidrokarbon emisyonları azaltılarak ısıl verim iyileştirilir. Hidrojen takviyesi yapılan Otto motorlarında küçük bir ön yanma odası mevcuttur. Yanma odası bujinin yerine yerleştirilmiştir. Bu ön yanma odası içinde hidrojen enjektörü ile buji vardır. Esas yakıt ise (benzin, metanol, propan vs.) emme portlarındaki enjektörlerden püskürtülerek silindirlere gönderilir. Hidrojen takviyesi ile esas yanma odası içinde yakılan hidrokarbon esaslı yakıtların çok fakir karışım oranlarında düzgün bir şekilde yakılması sağlanır. Böylece ısıl verim arttırılarak, azot oksit emisyonları önemli derecede azaltılır.

    Hidrojenin hava ile yanmasının sonucu da, yakıtta karbon bulunmaması nedeni ile yanma ürünleri arasında CO, CO2, HC’ler mevcut olmayacak, sadece motorun yağlama yağının yanması nedeni ile oluşan HC’ler egzoz gazları arasında bulunacaktır. Ayrıca yüksek yanma sıcaklıkları nedeniyle havanın kimyasal reaksiyonu sonucu azot oksitler oluşacaktır.

    Hidrojenin yanma ürünü su buharıdır ve sınırlı maksimum sıcaklıklardaki NOx emisyonları ihmal edilebilir. Nitekim hidrojenle çalışan bir içten yanmalı motor, günümüz taşıt motorlarından çok daha az NOx emisyonuna neden olmaktadır.

    Yakıt Pilleri

    Yakıt pili sisteme dışarıdan sağlanan yakıt ve elektrokimyasal reaksiyonun gerçekleşmesi için gerekli olan oksitleyicinin kimyasal enerjisini doğrudan elektrik ve ısı formunda kullanılabilir enerjiye çeviren güç üretim elemanıdır.

    . İlk yakıt pili çalışmaları 1838 yılında Sir William Grove tarafından H2-O2 pili üzerinde yapılmıştır. Yaptığı çalışmalar sırasında suyun elektrolizinin ters reaksiyonu sonucunda sabit akım ve gücün üretildiğini fark eden Grove, böylece tesadüfen çok büyük bir buluş gerçekleştirmiştir. Yakıt pili tarihi çok eski tarihlere dayanmasına rağmen ilk kullanımı 120 yıl sonra, 1958 yılında NASA’ nın uzay programında Apollo, Gemini, ve Space Shuttle uzay gemilerinde yakıt olarak kullanılmasına dayanmaktadır

    Bir yakıt pili, anot (negatif, hidrojen elektrot), katot (pozitif, oksijen elektrot) ve elektrolit çözeltisinden oluşur. Hava katot yüzeyi üzerinden geçerken, hidrojen veya hidrojence zengin gaz da anot yüzeyinden geçer. Elektronlar katoda doğru bir dış devre yoluyla taşınırlarken, hidrojen iyonları da elektrolit yoluyla oksijen elektroda göç ederler. Katotta oksijen ve hidrojen iyonları ile elektronların reaksiyona girmesiyle su elde edilir. Elektronların dış devre yoluyla akışı elektrik üretir.

    Yakıt kullanımındaki yüksek verim nedeniyle, bu elektrokimyasal işlemden çıkan yan ürün sadece su ve ısıdır. Yakıt pili sistemi bir yanma reaksiyonu vermediği için çok daha fazla elektrik üretmektedir. Tek bir hücre gerilimi 1 volttan daha az olduğundan, gerekli elektrik enerjisini üretmek için birden fazla yakıt pili seri ve paralel bağlayarak kullanmak gereklidir.

    Bir yakıt pili "Yakıt İşleme Ünitesi", "Güç Üretim Sistemi" ve "Güç Dönüştürücü" olmak üzere 3 ana bölümden oluşmaktadır. Yakıt İşleme Ünitesi’nde yakıt beslemesi gerçekleştirilirken, dolaylı besleme yönteminde ön işlemlerin gerçekleştirildiği ünitedir. Güç Üretim Sistemi olarak isimlendirilen bölüm bir veya birden fazla yakıt pili yığınından meydana gelmektedir.

    Yakıt pilinde doğrudan birincil enerji kaynağı olarak, hidrojen kullanılabileceği gibi, dönüştürme yapıldığı takdirde, doğal gaz, LPG, metanol, nafta veya benzin gibi hidrojen içeren yakıtlar da kullanılabilir. Hidrojen içeren maddelerden saf hidrojen elde etmek için öncelikle bir yakıt işlemci (reformer) kullanmak gereklidir.

    Yakıt pilleri, yeni enerji üretim teknolojisi olarak bilinen ticari güç üretim sistemlerinin gelişiminde; termik, nükleer ve hidrolik sistemlerin ardından dördüncü kuşak teknoloji olarak değerlendirilmektedir. Yakıt pili ile enerji üretimine yönelik araştırmalar son yıllarda oldukça yoğunlaşmıştır. Bunun nedeni, enerji üretim veriminin mevcut sistemlerden daha yüksek olmasıdır. Yakıt pili tipine ve yapısına bağlı olarak, doğru akım elektrik enerjisi üretim verimi %40-60 arasındadır. Yakıt pili, ölçüsüne ve yük durumuna bakmaksızın, yüksek verimde çalışabilmektedir. Atık ısı değerlendirildiği takdirde, toplam enerji verimi %85’e yaklaşmaktadır.

    Yakıt pili teknolojisi ile elektrik enerjisi elde edilmesi tipik olarak alevli bir yanma işlemi içermediğinden yanma esaslı teknolojilerden daha fazla enerji üretmektedir. Bataryanın tersine yakıt pili şarj gerektirmemekte ve yakıt sağlandığı sürece kesintisiz güç üretimine devam etmektedir.

    Yakıt pili, okul sıralarında öğrenilen suyun elektrolizinin tersine bir reaksiyon gerçekleştirir. Elektroliz işleminde elektrik gücü uygulanarak su, gaz bileşenleri olan hidrojen ve oksijene ayrışır. Yakıt pili bu iki bileşeni alarak, tekrar suya dönüştürür. Teoride, elektroliz için kullanılan aynı miktardaki enerji bu dönüşüm ile serbest bırakılır. Pratikte ise, farklı kimyasal süreçler nedeniyle kayıplar meydana gelmektedir. Böylece elektrik gücü hidrojende depolanabilmektedir. Yakıt pili ile hidrojende depolanan elektrik gücü geri alınabilmektedir. Birçok yakıt pili hava ile çalışabildiğinden oksijeni depolamaya gerek yoktur.

    Yakıt pili geleneksel güç üretim sistemlerine göre aşağıdaki üstünlüklere sahiptir:

    • Çevresel kirlilik oranı çok düşüktür,

    • Enerji üretim verimi oldukça yüksektir,

    • Farklı yakıtlar ile çalışabilir (hidrojen, doğal gaz, metanol, LPG, nafta vb.),

    • Atık ısı geri kazanılabilir (kojenerasyon),

    • İşletim karakteristiği uygulamada kolaylık sağlar,

    • Geleceğe yönelik gelişme potansiyeli oldukça yüksektir,

    • Katı atık ve gürültü problemi yoktur,

    • Güç yoğunluğu yüksektir,

    • Düşük sıcaklık ve basınçta çalışabilir,

    • Modüler yapıdadır,

    • Şebeke ile birlikte veya ayrı çalışabilir.

    Avrupa’da elektrik güç piyasasının özelleşmesiyle birlikte, büyük çaplı güç üretim istasyonlarının kurulması ve geniş iletim ve dağıtım hatlarının tesisinin gelecekte geri ödemesinin olmayacağı endişesi ortaya çıkmıştır. Bu görüşe alternatif olarak, rüzgar türbinleri, mikro türbinler, ve blok ısı ve güç üreten istasyonlar gibi tek başına (stand alone) uygulamalar önerilmektedir. Bu tür dağıtılmış güç üretimi uygulamaları içinde yakıt pili teknolojisi önemli yer tutmaktadır. Çeşitli güç ölçülerinde birkaç yüz yakıt pili güç sistemini bir şebeke üzerinde birbirine bağlayarak kolaylıkla 100 MW çıkış gücüne erişilebilmektedir. Bu sistemde herhangi bir yakıt pilinin arıza durumu da tüm şebekenin güvenilirliğini etkilemez. Günümüzde bir çok ülkede büyük güç istasyonları yerine daha küçük, modüler ve ısı ve elektrik üreten kojenerasyon sistemleri tercih edilmektedir.

    ABD enerji bakanlığı tahminlerine göre 2015 yılında dünya enerji tüketimi 1995’dekinden %120 daha fazla olacaktır (bu oran gelişmekte olan Asya ülkelerinde %129). Dünyanın en büyük petrol şirketleri, otomobil üreticileri ve elektrik şirketleri hidrojenden elektriği en verimli biçimde üretecek yakıt pili geliştirmeye çalışmaktadırlar. Gelişmelere bakılırsa iki binli yıllara yakıt pilli taşıtları kullanarak gireceğiz. Evlerimizde iş yerlerimizde kullandığımız elektrik yine yakıt pilinden üretiliyor olacaktır [2,3,8].

    Temel Yakıt Pili Teknolojileri

    Yakıt pili teknolojisi askeri, taşınabilir, konutsal, uzay, sabit güç ve ulaşım araçlarında kullanılabilmektedir. Tüm yakıt pili tipleri yakıt olarak saf hidrojen gerektirmektedir. Hidrojen ise birçok farklı yoldan ve yakıt kaynağından üretilebilmektedir. Bunların başında suyun elektrolizi ve doğal gaz veya alkol gibi hidrokarbon yakıtlardan yakıt işleme (reforming) gelmektedir.

    Birtakım yakıt pilleri halen gelişmektedir. Bunlar genellikle kullanılan elektrolit tipine göre sınıflandırılmaktadır. Şu anda üzerinde çalışılan başlıca yakıt pili türleri şunlardır :

    1. Proton değişim zarlı (PEM) veya katı polimer elektrolitli yakıt pili (SPEFC)

    2. Alkalin yakıt pili (AFC)

    3. Fosforik asit yakıt pili (PAFC)

    4. Erimiş karbonat yakıt pili (MCFC)

    5. Katı oksit yakıt pili (SOFC)

    6. Direkt metanol yakıt pili (DMFC)

    PAFC, en gelişmiş ticari yakıt pili tipidir. PAFC, hastaneler, oteller, resmi daireler, okullar şebeke güç istasyonları ve hava alanı terminalleri gibi çok çeşitli uygulamalarda kullanılmaktadır. PAFC, içten yanmalı motorların %30 verimine karşılık eğer atık ısı kojenerasyon ile kullanılırsa yaklaşık %85, kullanılmazsa %40 ve daha fazla verimle elektrik üretir. İşletim sıcaklığı 200°C dır.

    Proton değişim zarlı (PEM) yakıt pilleri yapımı kolay, oldukça hafif ve verimli cihazlardır. PEM yakıt pili saf oksijen yerine atmosferik oksijeni kabul ederken, bir yakıt işlemci (reformer) ile elde edilen saf hidrojen gerektirmektedir. Ayrıca PEM yakıt pilleri karbon monoksite (CO) duyarlıdır. CO gazı anot katalizörünü tıkayarak yakıt pili performansının düşmesine neden olmaktadır. Yakıt pili temel bileşeni olan elektrolit, polimerden üretilen bir katı proton değişim zarından meydana gelmektedir.

    PEM, oldukça düşük sıcaklıkta çalışır (80°C), yüksek güç hacmine sahiptir ve güç talebindeki değişimi karşılamak için çıkış gücünü çabucak değiştirebildiği için çabuk çalışmayı gerektiren otomobil gibi uygulamalara uygundur. PEM yakıt pilleri uzun ömürlü ve hafiftir. Yüksek akım ve güç yoğunluğuna sahiptir. Üretim maliyetlerinin pahalı olması dezavantajıdır. Ayrıca su idaresi de performans için kritik bir noktadır. PEM yakıt pilleri tüm yakıt pilleri arasında en fazla ilgi çeken ve en fazla ümit vaat eden tipidir. Günümüzde geliştirilen yakıt pilleri arasında PEM yakıt pilleri bu özellikleri nedeniyle en başta gelmektedir. Bu önemli potansiyelin en önemli nedeni seri üretime imkan vermesidir. Bir PEM yakıt pili modülü için ticari üretim maliyeti 400 $/kW olarak hedeflenmektedir .

    Konutsal Yakıt Pili Kullanımı

    Konutsal yakıt pili enerji üretim cihazları içinde en yaygın pil tipi, yüksek güç yoğunluğu nedeni ile PEM yakıt pilidir. Konutsal yakıt pili enerji üretim cihazları deneme ürünlerinin 2003 yılında piyasaya sınırlı sayıda sunulması beklenmektedir. Yüksek miktarda seri üretimin 2004 yılından sonra başlaması öngörülmektedir.

    Konutsal yakıt pili sistemleri gelişiminde çözüm bekleyen sorunlar da bulunmaktadır. Bu sorunlar aşağıdaki gibi sıralanabilir:

    · Yakıt dönüştürücü sorunları

    · Maliyet

    · Isınma süresi

    · CO

    · Yöntem

    · Hidrojen depolaması ve taşıması

    · Ekonomik hidrojen üretimi

    · Kojenerasyon sistemi

    · CO2 Atığı

    Bu sorunların çözümüne yönelik olarak başta Amerika ve Avrupa olmak üzere tüm dünyada araştırma ve geliştirme faaliyetleri hızla sürmektedir.

    Konutsal yakıt pili üretimi yapan firmaların kojenerasyon enerjisinin kullanımı için, büyük çapta ısı enerjisi kullanımına yönelik çalışan büyük firmalar ile yakıt pili geliştirmeye yönelik olarak ortaklıklar içine girdiği görülmektedir. Yakıt pilleri birkaç yüz kilowatt güçlerde üretilebilmeleri yanında küçük ve mini ölçülerde de yapılabilmektedir. Özellikle 5-10 kW güçlerde elektrik üreten konutsal yakıt pili güç sistemlerinin önümüzdeki yıl piyasaya çıkması beklenmektedir. Böylece evlerimizde kullandığımız doğal gazdan ısınma ihtiyacımızı karşılayan kombi cihazları yerine, hem ısıtma ve sıcak su hem de elektrik üreten yakıt pili güç sistemlerini kısa sürede kullanmaya başlayacağız. Bu konuda yakıt pili üreticileri ve ısıtma konusundaki dünya çapındaki şirketler ortak çalışmalar yürütmektedir. Bu firmalar, 2010 yılına kadar 100.000 konutsal yakıt pili güç sistemi satmayı planlamaktadır.

    Ticari Yakıt Pili Üretimi

    Yakıt pilleri aynı zamanda, dağıtılmış elektrik enerjisi (distributed electric energy) kavramına katkıda bulunmaktadır. Bu cihazlarla uzak bölgelere elektrik enerjisi götürülebilmektedir. Dağıtılmış enerji düzeninde, elektriğin tüketicilerin bulunduğu kentlerden uzakta üretilmesine gerek kalmamaktadır. Ayrıca, santrallerden kullanıcılara kadar uzanan binlerce kilometrelik elektrik iletim hatlarına ve aradaki transformatör ve direklere de gerek duyulmamaktadır.

    Yakıt pilinin tüm bu avantajlarına karşılık kısa dönemde güç üretimi amacıyla kullanılabilmesi için çözülmesi gereken birkaç sorun bulunmaktadır. Bunlardan ilki yakıt pili güç üretim sistemlerinin maliyetleridir. Şu anda anahtar teslim bir yakıt pilli güç üretim sistemi maliyeti 1000-1200 $/kW olarak belirlenmektedir. Fakat yakın bir gelecekte seri üretim ve yeni teknolojiler ile bu maliyetlerin yakın dönemde 400$/kW, verimlerinin de %80 ve daha fazla olması hedeflenmektedir. Ayrıca bu yeni teknoloji birçok prototip uygulaması ile test ediliyor olmasına rağmen halen tam kanıtlanmamış bir teknolojidir.

    Son birkaç yıldır tüm otomobil üreticileri yakıt pilli otomobil geliştirmek üzere çalışmakta ve seri üretimin otomotiv uygulamaları için 2004 yılında başlaması beklenmektedir

    Dünyada tüm bu gelişmeler olurken Türkiye enerji sektörü bu yeni teknolojiye dikkat çekmelidir. Özellikle doğal gazın oldukça yaygın olduğu ülkemiz büyük kentlerinde doğal gazdan enerji üretimine yeni bir alternatif olarak yerinde enerji üretimi açısından yakıt pili teknolojisi oldukça kullanışlıdır. Böylece konutlar, iş merkezleri, orta ölçekli fabrikalar, otel ve hastaneler elektrik gereksinimleri yanında sıcak su ve ısınma ihtiyaçlarını da bu yeni teknoloji ile giderebilecektir.

    Yakıt pillerinin yaygın bir şekilde kullanımındaki en önemli engel şimdilik yüksek yatırım maliyetleri ve kısa işletim zamanı olarak gözükmektedir. Bu konular üzerinde de çok geniş araştırmalar yapılmaktadır. Anahtar teslim evsel yakıt pilli güç üretim sistemlerinin iki yıl içerisinde devreye girmesi beklenmektedir. Fakat bu yeni teknolojinin hızlı gelişimi dikkate alındığında daha kısa sürede önemli değişimlerin olacağı açıktır .

    Yakın bir gelecekte birçok bölgede evsel yakıt pili güç üretim uygulamaları, şebeke gücü kullanmak yerine çekici bir alternatif olacaktır. Yakıt pili, bir fırın, su ısıtıcısı veya merkezi klimaya benzer biçimde bir ev eşyası olarak yerini alacaktır. Yakıt pili evin içinde veya dışında tesis edilebileceği gibi şebekeye bağlı veya bağlı olmadan çalışarak evin elektrik ve ısıtma ihtiyaçlarını karşılayacaktır. Ayrıca yakın bir gelecekte elektrik dağıtım şirketlerinin özelleştirilmesiyle birlikte ürettiği elektriği yüksek talep sürelerinde şebekeye satarak enerji tasarrufu ve kullanıcıya gelir sağlayacaktır. Unutulmamalıdır ki, sürdürülebilir kalkınma ancak çevre ile uyumlu, kaliteli ve ucuz enerjinin zamanında temini ile mümkün olur.


    Facebook




    Üyelik



  1. Yazan:
    no avatar


    REKLAM



Benzer Konular

  1. Hidrojenin Kullanım Alanları Nelerdir
    Konuyu Açan: ZELAL, Forum: Kimya.
    Cevaplar: 0
    Son Mesaj : 27.02.2013, 23:51
  2. Transformatörlerin Kullanım Alanları
    Konuyu Açan: AYIŞIĞI, Forum: Fizik.
    Cevaplar: 1
    Son Mesaj : 23.05.2011, 12:52
  3. Aynaların Kullanım Alanları
    Konuyu Açan: ZELAL, Forum: Fizik.
    Cevaplar: 0
    Son Mesaj : 26.04.2011, 22:11
  4. berilyum kullanım alanları
    Konuyu Açan: Kayıtsız Üye, Forum: Soru - Cevap.
    Cevaplar: 1
    Son Mesaj : 02.03.2011, 16:59
  5. Hidrokarbon nedir
    Konuyu Açan: SU-PERISI, Forum: Kimya.
    Cevaplar: 0
    Son Mesaj : 17.02.2011, 18:28

copyright

Soru Cevap

izmit düğün salonları - grafimx