GELECEN YAKITI HDROJEN

NEDEN HDROJEN ENERJS

HDROJEN HAKKINDA GENEL BLGLER

HDROJEN ENERJ SSTEM

HDROJEN YAKITLI ARABA

HDROJEN ENERJS VE TRKYE,HDROJEN ENERJSNE GEMENN TRKYEYE FAYDALARI VE TRKYENN YAPMASI GEREKENLER

HDROJENN GELECE

NEDEN HDROJEN NENERJS ?Hidrojen kullanmnn temel amac evre sorunlar ve enerji problemlerinin zmdr.Fosil kkenli yaktlarn giderek tkenmesi, 21. yy ortalarnda bitecek olmas ve yaklak 100 yldan beri kullanlan bu yakt trnn ekolojik dengeye zarar vermesi aratrmaclarn dikkatini yeni ve yenilenebilir enerji kaynaklarna ekmitir.Hidrojen bir ok ynyle ekolojik adan avantajldr. Hidrojenin yaklmas sonucu egzoz emisyonu olarak sadece su buhar kmaktadr.kincil bir enerji kayna olan hidrojen deiik ve yenilenebilir birincil kaynaklardan elde edilebilir olmas; bu yakt trn gelecein en nemli enerji taycs durumuna sokaca kabul edilmektedir.Gelecein yakt yenilenebilir ve evre kirliliinden bamsz olarak alandr.

HDROJENN GENEL ZELLKLER

Hidrojenin Kefi1493-1521 ylnda T.Von Hohenheim1761 ylnda Robert Boyle1766 ylnda Henry Covendish 1783 ylnda Antonie Lavosier tarafndan kefedilmi ve ilk kez hidrojen adn vermitir.

zellikleriSembol HRenksiz,kokusuz,tatsz bir elementAtom Arl :1.00797g/ molYounluu :0.0899g/LKaynama Noktas:-252.76 OCErime Noktas :-259.06 OC

Hidrojenin tane izotopu vardr.Ktle numaras 1 olan izotopa protiyum, 2 olan izotopa dteryum 3 olan izotopa trityum denir.

BileikleriHidrojenin herkes tarafndan bilinen ve tabiatta ok miktarda bulunan bileii sudur.Asal gazlar hari btn elementler ile bileik oluturur.Hidrojenin atomlar alkali metallerle iyonik bileikler oluturur.Bu bileiklere hidrr denir ve suda hidrojen vererek ayrr.Hidrojen F,Cl, Br ve I ile yapt bileiklerin sudaki zeltileri asittir.Hidrojen iyonlarnn bir zeltideki konsantrasyonu pH cinsinden ifade edilir.

Elde EdiliiHidrakarbon bileiklerinden C3H8(g) + 6H2O(s) 3CO2(g) + 10H2(g)

Kzgn kok zerinden scak su buhar geirilerek C(k) + H2O(g) CO(g) + H2(g)

Aktif metallere asit etki ettirmekle Fe(k) + 2HCl(suda) FeCl2(suda) + H2(g)

Suyun ya da suda iyi znen asit, baz ve tuz zeltilerinin elektrolizinden 2HCl(g) + H2O(s) H2(g) + CI2(g) + H2O(s)

.

Kullanm Alanlar

Amonyak elde edilmesindePetrol rafinasyonundaMetanol imalatndaYalarn hidrojene edilmesindePlastik madde yapmnda Kaynak ilerindeHava gemilerini iirmedeSilah sanayisinde fze yakt olarak kullanlr

Kuantum Teorisinin Geliimindeki Yeri

1proton ve 1 elektrondan oluan hidrojen atomu,basit atomik yaps,k emilim ve yayma spektrumu sayesinde atomik yapnn gelitirilmesinde nemli rol oynamtr.

Schrdinger denkleminin analitik olarak zlebildii tek ntral molekl olduu iin,hidrojen atomunun enerji basamaklar ve ba zellikleri kuantum mekaniinin geliiminde nemli rol oynamtr.

Evrende Hidrojen Hidrojen evrenin ktlece %75ini,atom sayca %90n oluturur.Evrende en ok bulunan elementtir.Yldzlarda,dev gaz gezegenlerinde bulunur.Evrende hidrojen atomik ya da plazma halinde bulunur.Uzayda hidrojen ntral atomik halde bulunur.Normal artlarda biatomik gaz(H2) halinde bulunur.Dnya atmosferinde hidrojen gaz oran olduka dktr.Hidrojen atomu ve H2 molekl uzayda bolca bulunur.

HDROJEN ENERJ SSTEMNN HAYATA GERLMES

Birincil enerji kaynaklar kullanlarak hidrojen retilip bunun gereksinim duyulan yerlere iletilerek eitli yntemlerle enerjiye evrilmesine hidrojen enerji sistemi denir.

Hidrojen enerji sistemi u ksmlardan oluur: 1.Hidrojen retimi 2.Depolama ve letim 3.Enerji evrimi

HDROJENN RETM 1.Foto biyolojik hidrojen retimi 2.Foto elektrokimyasal hidrojen retimi 3.Termokimyasal hidrojen retimi 4.Elektroliz 5.Buhar yaplandrmas ile retim

Fotobiyolojik Hidrojen retimiBakteriler ve yeil yosunlar,klorofil aracl ile gne n absorbe eder ve enzimler sayesinde hidrojenin ayrlmasn salar.

Foto elektrokimyasal Hidrojen retimiFoto elektrokimyasal ilem,optik enerjinin kimyasal enerjiye dntrlmesi iin bir foto elektrokimyasal pil ve yar iletken elektrotlar kullanlr.Foto elektrokimyasal sistemin iki tipi vardr:yar iletken kullanm ve erimi metal karmlarnn kullanmBirinci tipte;yar iletken hem enerji absorbe etmek hem de bir elektrot gibi davranacak ekilde kullanlr.kinci tipte;erimi metal karm katalizr olarak kullanlr.

Termokimyasal Yntemle retimeitli termokimyasal hidrojen retim teknolojisi vardr.Bu teknolojiler:Kmr,ehir kat atklar ve bio-ktlenin ssndan yararlanarak hidrojen ieren eitli gazlar retmekSuyun dorudan oksijen ve hidrojene ayrtrlmasn salayan kapal evrimli termokimyasal yntemlem iki aamada gerekleir:ilk aamada elde edilen bileikler ikinci aamada ayrtrlr. H2O + x XO + H2 XO + s X + O2

Elektrolizle Hidrojen retimiElektroliz;elektrik enerjisi(hidroliz,rzgar, jeotermal,gne ya da nkleer enerji ile retilen) ile sudan hidrojen retilmesinde kullanlr.Suyun elektrolizi,elektrotlar araclyla sudan doru akm elektriinin geirilmesiyle yaplr.Kullanlan elektrot malzemeleri ok az bakma ihtiya duyarlar yirmi be yldan fazla mrleri vardr.Bu nedenle hidrojen retmek iin gne enerjisi ve rzgar jeneratrleri ehirden uzak yerlere uyarlanmas mmkndr.

Buhar Yaplandrmas ile retim Hidrojen retim yntemlerinden biri olan yeniden yaplandrma iin deiik yntem uygulanabilir: 1.Katalitik buhar yaplandrma 2.Non-katalitik ksmi oksidasyon 3.Katalitik ksmi oksidasyonYaplandrma sistemlerinin verimi nemli oranda sistemin iletme scaklna ve basncna baldr.Yaplandrma sisteminin scakl da kullanlacak olan yaktn cinsine baldr.

Katalitik Buhar Yaplandrmas Hidrokarbon yaktlarn buhar yaplandrmas yolu ile hidrojen ve bileikleri retimi kullanlan en eski ve en ok uygulanm yntemdir.

Ksmi Oksidasyon ile YaplandrmaKatalizrsz bir ilemdir.Reaksiyon iin gerekli s yaktn bir ksmnn oksidasyonu ile salanr.Bu yaplandrma ilemi katalizr olmad iin avantajl olsa da;katalizrl yaplandrma ilemlerine nazaran yksek scaklklarda(1100-1500 C)altrlmaya ihtiya duyar.

Ototermal Yaplandrma

Ototermal yaplandrma teknolojisi,buhar yaplandrma teknolojisinin katalizr ksm ile ksmi oksidasyon teknolojisinin oksidasyon blmnn bir arada kullanlmas sonucu gelitirilmitir.

Ototermal yaplandrma ileminde scaklk ksmi oksidasyona gre dk,fakat katalitik yaplandrmaya gre ise yksek durumdadr.

Btn bu yaplandrma teknikleri hemen hemen ayn dzenek ve aamalara sahiptir.Bu yntemleri birbirinden ayran temel farkllk endotermik reaksiyonlar iin gerekli olan sy salama teknikleridir.

Yeniden yaplandrma sisteminin dezavantaj;retilen rnlerin birbirinden ayrlmasnn zorluundan dolay hidrojen saflnn dk olmas ve yksek scaklklara ihtiya duyulmasdr.

HDROJENN DEPOLANMASI VE LETM

Depolanabilirlii hidrojenin nemli zelliklerinden biridir.Bu gnn depolama yntemleri ok pahaldr ve eitli uygulamalarn gereksinimlerini karlamamaktadr.Depolama konusunda ama;arlk ve hacimsel olarak depolama younluu asndan benzinle karlatrlabilir teknolojilerin retilmesidir.

Ekonomik ve pratik hidrojen depolama sistemi:KapasiteyeDepo malzemelerinin yapsal bileenlerineToplam maliyeteHidrojenin emniyetli kullanm iin gerekli olan basn ve scaklk artlarna baldr.

Hidrojen depolama sistemleri:Sktrlm gazSv hidrojenHidrokarbonHidrrCam kreler Maaralar

Sktrlm GazHidrojen konusunda en bilinen depolama yntemi,gaz olarak basnl tanklarda depolamaktr.Hidrojen gnmzde genellikle 50 litrelik silindirik depolarda 200-250 barlk basn altnda depolanmaktadr. Ancak hidrojen ok hafif olduundandolay hacimsel enerji younluu ok dktr.Bunun dnda,yksek basn tanklarok ar olmaktadr.Bu da hidrojenden alnacak verimi drr.

Sv HidrojenHidrojen petrole gre 4 kat fazla hacim kapladndan dolay,bu hacmi kltmek iin hidrojeni sv halde depolamak gerekir.Sv halde depolamak iin;yksek basn ve soutma sistemine ihtiya vardr.Bu orta ve kk lekte depolamak iin en ok kullanlan yntemdir.Ancak byk miktarlar iin olduka pahaldr.Sv hidrojen byk tanklarda depolanmsa gnlk %0.06s kk tanklarda depolanmsa gnlk %3 buharlaarak kaybolmaktadr.

HidrokarbonlarMetanol veya etanol gibi hidrokarbonlu yaktlar,saf sv hidrojenden daha fazla hidrojen ierirler.Yksek scaklkta su buhar kullanlarak hidrokarbonlardan hidrojen ayrtrlabilir.Hidrokarbonlu yaktlar,hidrojenli aralar iin daha iyi bir alternatif sunarlar. rnein metanol kullanm ile ar hidrojen tanklarna gerek kalmayacaktr. Normal artlar altnda sv olarak bulunmas sebebiyle kullanlan arabalar zerinde fazla bir deiiklik yaplmayacaktr.

HidrrlerHidrojen kimyasal olarak metallerde, alamlarda ve ara metallerde hidrr olarak depolanabilmektedir.Metal hidrrlerin ok ar olmas,belli bir doldurma-boaltma kapasitelerinin olmas ve nadir bulunan elementlerden olumalar eksi yanlardr.zelti halindeki sodyum bor hidrr,aadaki reaksiyona gre hidrojeni vererek sodyum metaborata dnr : NaBH4 + 2H2O 4H2 + NaBO2

Sodyum bor hidrrde hidrojen depolamann en nemli stnl depolanan hidrojenin oda scaklnda geri alnabilmesi ve geri alm katalizr yardm ile kolaylkla kontrol edilebilmesidir. Sodyum bor hidrr n hidrojen amal kullanmnda en nemli sorun, oluan metaboratn tekrar NaBH4 e dntrlmesidir.

Hidrojen depolamada sodyum bor hidrr kullanmann dier bir avantaj, hidrojenenin patlayclk riskinin azaltlmasdr. Sodyum bor hidrr, belli koullarda yanmayan, ancak istendiinde hidrojeni aa kartan bir zellie sahiptir.

Enerji depolamada hidrojenin alternatif olabilmesi pek mmkn deildir. nk bor hidrr ierisinde arlka %20 hidrojen olduu hesap edilirse 1300 kg bor hidrr kullanarak bir saat boyunca 5000 watt g elde etmi olacaz ki bu da pratikte kaldrlmas mmkn olmayan ykleri getirecektir.

Karbon NanotplerHidrojen fiziksel olarak karbon nanotplerde de depolanabilmektedir.Karbon,yksek oranda gzenekli ok kk paralar haline getirilebilmesi ve karbon atomlar ve gaz moleklleri arasnda oluan ekim kuvveti nedeniyle gaz depolamaya en elverili maddelerden biridir.Karbon nanotpler, grafit tabakalarn tp ekline dnm halidir.Nanotplerin en byk dezavantaj maliyetlerinin olduka yksek olmasdr.Nanotplerdeki absorbe ilemi, fiziksel bir olaydr.

Cam KrelerCam krelere yksek basn ve scaklk altnda hidrojen depolanmaktadr. Yksek scaklk sonucunda hidrojen atomlar camlara girer. Camlar soutulunca da ieride hapsolur. Depolanan hidrojen camlarn stlmas veya krlmas yoluyla tekrar geri alnabilir.

Maaralarda Depolama Btn bu yntemlerin dnda hidrojen gazn depolamann en ucuz yntemi,doalgaza benzer ekilde,yeraltnda tkenmi petrol veya doal gaz rezervuarlarnda depolamaktr.Dier depolama ekli ise, hidrojeni maden ocaklarndaki maaralarda saklamaktr. Ancak bu ekilde saklanan hidrojenin ylda %1-3 aras , sznt nedeniyle kaybolmaktadr.

Enerji evrimi

Yakma: Hidrojen benzin ve doalgaz gibi yaklabilir. Bu yaktlara stnl emisyonlarnn azldr. Karbondioksit kmaz,ok az miktarda NOx kar.

Yakt Pili: Elektrolizin tersidir. Hidrojen ve havadaki oksijen birletirilerek elektrik akm elde edilir. zellikle otomobiller olmak zere btn uygulamalarda tercih edilen yntemdir. Hidrojeni yakmaya gre daha verimlidir. evreye zararl hi emisyonu yoktur.

Kullanm ve Karlalan ProblemlerKazanlar ; hidrojen kazanlar elektrik retiminde, endstri ve evlerin stlmas iin kullanlabilir.Ocaklar ve frnlar ; lpg ve doalgaz ocaklar modifikasyonlar ile hidrojenle alacak ekilde dntrlebilir.Ulam ; iten yanmal pistonlu ve gaz trbinli motorlar ulam aralarnda hakim olan g kaynaklardr. Alternatif yakt araynn temel sebebi olan , evre kirlilii ve petrol rezervlerinin azalmasnda en ok etkilenecek alanda ulam alandr. Bu sebeple ,hidrojenin zerinde en ok aratrma ve gelitirme almalarnn yapld alan ulamdr. Hidrojenin hava ulamnda kullanlmas konusunda yaplan aratrmalar sonucunda pek ok avantajlara sahip olduu tespit edilmitir. Kalk esnasnda bir uak kendi arl, ykn arl ve gidecei yer iin ihtiya duyaca yaktn arln kaldrmas gerekmektedir.hidrojen birim arlkta jet yaktna gre 2.5 kat daha fazla enerji iermektedir. Bu bir uak iin daha hafif yakt yk olarak aklanabilir.

HDROJEN YAKITLI ARABAGetiimiz 15-20 ylda hidrojen zerine artanalmalar standart otomobillerin dntrlmesi iindir. Bu konuda gerekletirilen projelerin tmnde iki ana unsur bulunmaktadr. Bunlar:ten yanmal motorlarn(YM) hidrojenle alacak ekilde dntrlmesi

Ara zerindehidrojenin depolanmas iinteknolojilerin gelitirilmesi.

YM de pistonlu motorlarla altrlan tatlarnbyk bir ksm benzin ve mazot gibi sv yaktlarkullanmaktadr. Bunlarn yannda ok kk bir oranda olsa da LPG, propan, doalgaz gibiyaktlarla da alan tatlar vardr. Btan, propan ve doal gaz iin kullanlan mhendislik prensipleri hidrojen kullanm iinde uygulanabilir. Ancak bugnn donanm, yakt-hava karm oranlarndaki farkllk sebebi ile deiiklik yaplmakszn dorudan hidrojen sistemine aktarlmaz. Bu yzden hidrojen iin zel tasarmlaryaplmas gerekmektedir. ten yanmal motorlardahidrojeni kullanmann dier yntemi de motorlarn ift yaktl olarak altrlmasdr.

ten yanmal motorlarda hidrojen kullanmnda karlalan problemler : 1. Geri yanma problemi 2. Erken tutuma problemiGeri yanma problemi : Geri yanma , yanma odasna gnderilen yakt-hava karmnn emme tamamlanmadan eitli etkenlerle tutumas sonucu motorun emme manifoldundan geriye doru evin ilerlemesidir.Erken tutuma problemi : yanma odas iinde karmn hidrojenin tutuma enerjisinin dk olmas sebebiyle bujide ateleme olmadan nce tutumasdr.

Geri yanma ve erken tutumann sebepleri unlardr :Yanma odasndaki scak noktalarScak egzoz gazlar ile karmn temas etmesiYanmakta olan gazlarla yeni karmn temasScak partikllerin erken tutumay balatmas

Geri yanma ve erken tutumann nlenebilmesi iin :1.Yanma odasnn scaklnn drlmesiKarmn fakirletirilmesi Egzoz gazlarnn resirklasyonu Emme manifolduna veya yanma odasna su pskrtlmesi Supap bindirme sresinin azaltlmasGiri havasnn sv hidrojen kullanm ile soutulmas 2.Dorudan enjeksiyon sistemlerinin kullanlmas

Hidrojenin iten yanmal motorlarda kullanlmasnda bir dier problemde yanma rn olan ve soutma iin pskrtlen suyun ya kirletmesidir. Yadaki bu kirlenme yalayclk zelliinin azalmasna sebep olur ve motorun almas asndan potansiyel bir tehlikedir. Genellikle ya ile suyu ayrmada kullanlan yntem yan suyun kaynama noktasna kadar stlmasdr.

HDROJEN ENERJS VE TRKYE20-22 Kasm 1996 tarihlerinde Viyana da yaplan 16. Birlemi Milletler Endstriyel Kalknma Kurulu toplantsnda , lkemizde Uluslararas Hidrojen Enerjisi Teknolojileri Merkezi(ICHET) kurulmas karar alnmtr. ICHET in tasarlanan amac, gelimi ve gelimekte olan lkeler arasnda hidrojen teknolojileri kprsn oluturmak, hidrojen teknolojilerinin gelitirilmesin salamak ve uygulamal Ar-Ge almalarn yrtmektir. ICHET in ilevi ; ksa ve uzun dnemli eitim vermek , bilimsel toplantlar dzenlemek danmanlk hizmetleri sunmak ve benzeri kurulularla ibirlii oluturmaktr.

Merkezin alma konular ;hidrojen enerjisi politikalar, hidrojen ekonomisi,enerji ve evre, hidrojen retim teknolojileri, hidrojen depolama teknikleri, hidrojen uygulamalardr.

TBTAK-TTGV Bilim Teknoloji Sanayi Tartmalar Platformu tarafndan yaplan alma ile 1998 ylna tamamlanan, Enerji Teknolojileri Politikas alma Grubu Raporun da , hidrojen enerjisinin nemi ve yaplmas gerekenler sralanmtr. Rapor ,Bilim ve Teknoloji Yksek Kurulu tarafndan uygun bulunarak, Babakanlk kanal ile Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanln a sunulmutur.

Trkiye de hidrojen yakt retiminde kullanlabilecek olas kaynaklar ; hidrolik enerji, gne enerjisi, rzgar enerjisi, deniz- dalga enerjisi, jeotermal enerji ve adm atlmas gereken nkleer enerjidir.Trkiyenin hidrojen retimi asndan bir ans , uzun bir ky eridi olan Karadeniz in tabannda kimyasal biimde depolanm hidrojen bulunmasdr.

Hidrojen enerjisine gemenin Trkiye ye faydalar:Petrol, doalgaz ve kmr iin sarf ettiimiz dviz miktarlar giderek decek, neticede btn yakt ihtiyacmz kendi birincil enerji kaynaklarmzla salam olacaz. Fosil yakt ithal etmek mecburiyetinden kurtulacaz.Hidrojen enerjisi teknolojileri Trkiye ye girecek ,bazlarn Trk mhendisleri yaratacak ve bu konuda bilgi birikimi olacaktr.Yeni i sahalar alacak he tarmda hem de sanayi de istihdam yaratlacaktr.Trkiye rettii fazla hidrojeni Avrupa ya satp dviz kazanacaktr .Kresel snmann , hava kirliliinin ve asit yamurlarnn getirdii zararlar ortadan kalkacak, Trkiye temiz evreye kavuacaktr. Trkiye KYOTO protokol kurallarna uymu olacaktr.

Trkiyenin yapmas gerekenler:lkemiz hidrojen enerjisinden hangi zamanlarda ne ekilde faydalanacan planlamaldr.Yakt pilleri ile ilgili olarak zellikle yenilenebilir enerji kaynaklarn deerlendirmek zere bu konulardaki teknolojik yenilikleri uygulamak ve gelitirmek iin Ar- Ge almalar yapmaldr. lkemizdeki enerji ile ilgili Ar- Ge kurumlarnn ve otomobil retici firmalarnn bu projeleri aktif olarak katlmlar salanmaldr.

Hidrojen iin gereken elektrik retiminde birincil enerji kaynaklar olarak zellikle lkemizde bulunan ve yenilenebilir kaynaklara rabet edilmelidir. Bunlarn dnda hidroelektrik enerjisi gelmektedir.Rzgar enerjisi de elektrik retiminde nemli bir potansiyele sahiptir. Ancak rzgardan elektrik retimi dzensiz olduu iin belli bir miktardan sonra ebeke kullanmna uygun deildir.Dier bir dzensiz elektrik enerjisi kaynaklarndan olan gne enerjisinden hidrojen elde edilmesi ise en nemli potansiyellerden birini oluturmaktadr.

HDROJENN GELECE

Gelecee ynelik yaplan programlar hidrojenin retimi, depolanmas, datm ve kullanm olmak zere drt grupta toplanmtr.retim alannda ama; uygun maliyet ve teknolojilerin bulunmas ve uygulanmasdr.Depolama alannda; karlatrlabilir maliyete sahip, gvenilir, tanabilir veya sabit olarak kullanlabilecek, yksek hacimsel ve ktlesel younlua sahip sistemlerin gelitirilmesidir.Datm alannda; ihtiya duyulan yerlere zamannda dk maliyette ve uygun teknolojiler kullanlarak ulatrlmas amalanmaktadr.Kullanm alannda; hidrojen dier yaktlarla birlikte veya tek bana .Y.M da kullanlarak kirliliin azaltlmas, petrol kaynaklarna olan ball azaltarak emisyonu sfra drecek yakt pilleri ile tatlarn altrlmas, endstriyel ilemler ve stma gibi kullanm alanlarnda uygun teknolojilerin gelitirilmesi ve uygulanmasdr.Tm bu sorunlar zldnde hidrojen fosil yaktlarn yerini alacaktr.

BEN DNLEDNZ N TEEKKRLER.

Hazrlayan:Esra BAAK Danman :Do. Dr. Hilmi NAMLI