HİDROJEN TEKNOLOJİLERİ

Embed Size (px)

DESCRIPTION

HİDROJEN TEKNOLOJİLERİ. Ebru AHÇI 2009010605028 Cafer PİŞGİN 2009010605022 Kontrol : Yrd. Doç. Dr. Adnan TOPUZ. *Enerji Taşıyıcısı Olarak Hidrojen *Hidrojenin Üretilmesi *Hidrojenin Kullanımı *Hidrojenin Depolanması. Enerji Taşıyıcısı Olarak Hidrojen. - PowerPoint PPT Presentation

Text of HİDROJEN TEKNOLOJİLERİ

HDROJEN TEKNOLOJLER

HDROJEN TEKNOLOJLER

Ebru AHI 2009010605028Cafer PGN 2009010605022Kontrol : Yrd. Do. Dr. Adnan TOPUZ*Enerji Taycs Olarak Hidrojen

*Hidrojenin retilmesi

*Hidrojenin Kullanm

*Hidrojenin Depolanmas

Enerji Taycs Olarak Hidrojennmzdeki yzyl boyunca global enerji gereksiniminin dramatik bir ekilde artaca beklenmektedir. Dnya Enerji Konseyinin tahminlerine gre 2050 ylna kadar global enerji tketiminde yllk %1.3'luk bir art ngrlmektedir. Bu zaman dilimindeki hzla artan enerji talebinin, yenilenebilir enerjinin byyen payna ramen ancak fosil ve nkleer enerji kaynaklar ile karlanaca tahmin edilmektedir, Sekil 1.1.

Hidrojen, evrendeki en yaln ve en ok bulunan element olup gne ve dier yldzlarn enerji kayna olan nkleer fzyonun da yaktdr. Bununla birlikte yeryzndeki hidrojen, bata oksijen ve karbon olmak zere eitli elementlerle ba yapm formlarda bulunmakta olup serbest element formunda yok denecek kadar azdr. Hidrojenin yakt olarak kullanlabilmesi iin su, hidrokarbonlar yada bioktle gibi dier bileiklerden elde edilmesi gerekmektedir. Bu yzden hidrojen; kmr, doal gaz yada petroln aksine birincil bir enerji kayna deil, elektrik gibi bir enerji taycsdr. Hidrojenin, konvansiyonel yada yenilebilir enerji teknolojilerine dayanan enerji sistemleriyle retimi mmkndr. nmzdeki 20 yl iinde hidrojenin, sera gaz emisyonlarn ve tkenmekte olan fosil enerji kaynaklarnn kullanmn azaltmaya ynelik katks olaca dnlmektedir. Ancak kullanmnn yaygnlamas durumunda byk llerde hidrojen yada hidrojence zengin gaz retimi ekonomik adan anlam kazanacaktr.

Bugn en ok ticari hidrojen retimi doal gazdan yaplmaktadr. Oksijenle yakld zaman suya dnen hidrojen, mevcut en temiz yakt olarak bilinmektedir. Bileiklerinde daha fazla hidrojen barndran fosil yaktlarn dierlerine oranla daha temiz bir yanma salad bilinmektedir. Bu doal gazn petrolden, petroln kmrden daha temiz bir yakt olmasnn sebeplerinden biridir. Kmrn svlatrlmasnda, gazlatrlmasnda ve hatta kmrn daha temiz yanmas iin kullanlan hidrojen, gnmzde roket yakt olarak da kullanlmaktadr. Hidrojen btn yaktlar arasnda en yksek enerji/ktle oranna sahip yakttr. eitli yaktlarn ktlesel enerji younluklar Sekil 1.2de, hacimsel enerji younluklar ise Sekil 1.3de grlmektedir.

Grld gibi hidrojen ktlesel enerji younluu olarak en avantajl yakt iken hacimsel enerji younluu olarak ayn avantaja sahip deildir.Hidrojen enerjisine gereksinimin nedenleri aadaki gibi zetlenebilir:

Enerji retimini srekli olarak gerekletiremeyen rzgar ve gne gibi eitli yenilenebilir enerji kaynaklarnn kullanmna retim srasnda depolama imkan yaratarak yardmc olmak,

Fosil yakt tketimini azaltmak,

Enerji retimi ve tketiminde ortaya kan sera gaz ve evre kirletici dieremisyonlar azaltmak,

Elektrik retimindeki gvenilirlii ve verimi artrmak,

Yakt pilleri gibi hidrojen tabanl teknolojilerin geliimine katkda bulunmak.Hidrojenin retilmesi*Genel bilgiler Kokusuz, renksiz, tatsz ve saydam bir yapya sahip olan hidrojen, doadaki en hafif kimyasal elementtir. Sv hidrojenin birim ktlesinin sl deeri 141.9 MJ/kg olup, petrolden 3.2 kat daha fazladr. Sv hidrojenin birim hacminin sl deeri ise 10.2 MJ/m tr ve petroln % 28'i kadardr. Gaz hidrojenin birim ktlesinin sl deeri sv hidrojenle ayn olup, doal gazn 2.8 kat kadarken, birim hacminin sl deeri 0.013 MJ/m ile doal gazn % 32.5'i olmaktadr. Metal hidrrlerin ktlesel enerji ierii 2-10 MJ/kg ile sv hidrojene gre ok kkken, hidrrlerin hacimsel enerji ierii 12.6-14.3 MJ/m ile gaz ve sv hidrojenden byktr.

ElektrolizBuhar Elektrolizi YntemiTermokimyasal retimFotokimyasal YntemTermokimyasal Ayrtrma YntemiKmrn GazlatrlmasBuhar-Metan Reformasyonu le retimHidrojen retim yntemleri ;Elektroliz

Su molekllerine elektrik arj uygulanarak hidrojen ve oksijen atomlarnn balarnn kopmas salanr. Oluan ykl paracklardan hidrojen iyonu, pozitif elektrik ykne sahiptir ve negatif elektrotta toplanr. Oksijen ise negatif yke sahip olduundan, pozitif elektrota doru hareket eder. Suyun iine eklenen tuz gibi elektrolitler, iletkenlii ve dolaysyla prosesin verimliliini arttrrlar. 25C scaklk ve 1 atm basnta saf su iersindeki hidrojen ve oksijeni ayrmak iin gerekli gerilim 1,24 Volttur. Bir mol suyun elektrolizi iin gerekli en dk enerji miktar 65,3 W-saat ve bir m hidrojen retmek iin gerekli en dk enerji miktar 4,8 kW-saattir. Bu konuda deiik almalarla ilgili dnyada yaplan aratrmalar mevcuttur

Buhar Elektrolizi Yntemi

Geleneksel elektroliz ynteminin bir eitlemesidir. Bu yntemde, suyun ayrtrlmas iin gerekli enerjinin bir ksm, sisteme s enerjisi olarak verilerek verim ykseltilir. 2500C scaklkta suyun iersindeki hidrojen ve oksijen serbest hale geer. Buradaki problem, sistemin alt yksek scaklkta hidrojen ve oksijenin yeniden birlemesinin nlenmesidir.Termokimyasal retim

Gne sl enerjisi kullanlarak suyun yksek scaklkta tek aamada veya birden fazla aamada ayrtrlmas ile hidrojen elde edilebilir. Bu srelerde alma scakl 1000-2500 K dolaylarnda olup, gne nlarnn optik sistemlerle younlatrlp odaklanmasngerektirmektedir. Toplam verim farkl tasarmlar iin farkl deerler alabilmekle birlikte ticari elektroliz veriminden daha dk dzeydedir.

Fotokimyasal yntem

Gne foton enerjisi kullanlarak sudan hidrojen retimi amacyla fotovoltaik pillerle elektrik retimi ve elektroliz, yar iletken elektrotlu foto elektrokimyasal piller, foto biyolojik sistemler ve foto bozunum sistemleri gibi sreler gelitirilmektedir. Bu sistemler iin de verim dzeyi (imdilik % 16) ticari elektrolize nazaran daha azdr.

Termokimyasal Ayrtrma Yntemi

yot ya da brom gibi baz kimyasallar kullanlarak s yardmyla su molekllerinin paralanmas salanr.Kmrn Gazlatrlmas

Kmr gazlatrma, iki basamakl bir prosestir : piroliz ve kmr gazlatrma. lk basamak piroliz, 300 ve 500 C arasndaki scaklklarda dk molekl arlkl bileiklerin oluumunu kapsar. Bu komponentler temel olarak katran ve younlamayan gazlardr. Normal olarak, piroliz kalnts yada kmr, orijinal kmrn %55 den % 70ine kadarn ifade eder. Yanma ve gazlama proseslerinin bilinen scaklklarnda, kmr(kok) gazlatrma reaksiyonlar, pirolizinkinden daha yavatr. Kmr gazlatrma esnasnda, aadaki ana reaksiyonlar dnlebilir.

Buhar-Metan Reformasyonu

Gnmzde hidrojen retimi iin en yaygn olarak kullanlan yntemdir. Bu retim biimi iki admdan olumaktadr. Birinci admda doal gaz yksek scaklkta (392C) buhara tabi tutularak hidrojen, karbon monoksit ve karbondioksit elde edilir. kinci admda ise, karbon monoksit buhara tabi tutularak ilve hidrojen ve karbondioksit elde edilir. Hidrojenretmek iin en verimli yntem, bu yntemdir ve hidrojen rn miktar %70-%90 arasnda olur. Uygulanan prosesin kimyasal forml aada verilmitir:

Birinci adm: CnHm + nH2O nCO + (n+m/2)H2kinci adm: CO + H2O CO2 + H2

Hidrojenin Depolanmas

Sktrlm GazSv Halde DepolamaMetal Hidrr eklinde depolama

Sktrlm GazBu yntem en ekonomik zm ekli olmakla birlikte hidrojenin enerji younluunun olduka dk oluu ve tat boyutlarna bal olarak basnl kaplarn belirli boyutlarda yaplma zorunluluu nedeni ile depolanan hidrojen miktar arlk olarak yetersiz kalmaktadr. stelik kullanlan basnl kaplarn emniyetli olmalar gerei nedeniyle kap iindeki hidrojenin az olmasna karn kabn bo arl da fazla olmaktadr. Bu durum kk boyutlardaki tatlar iin nemli sorunlar yaratmakta ve tatn bir depo yaktla kat edebilecei mesafe ksalmaktadr . Depolama ve tama evre scaklnda yaplabilir.Yksek basntan dolay depo ierisinde sv hale geen ksmn enerji kayb sz konusu deildir.Sekil 3.1de Kanada firmas olan Dynetech tarafndan yaplm 200-350 bar basncadayankl gaz hidrojen tank grlmektedir. Bunlar glendirilmi kompozitmalzemelerden yaplm olup metal olanlardan arlka %20-50 daha hafiftir.

Sv Halde DepolamaSv hidrojen bilinen yaktlar ierisinde kaynama noktasndaki younluu en kk ve zgl itme kuvvetinin en yksek olmas sebebiyle roketler, spersonik ve hipersonik uzay aralarnda yakt olarak kullanlr.Hidrojen yaklak 20 0K ve 2 barda svlar. Sv hidrojen s transferini ve kaynama olayn minimize eden sper izoleli dizayn edilmi ift cidarl kriojenik kaplarda depolanr. . Tatlar iin gerekli yakt hem sv hem de gaz fazdan ekilerek motora sevk edilir.

Dnyadaki en byk 3800 m3luk sv hidrojen depolama nitesi NASAdabulunmaktadr.

Metal Hidrr eklinde DepolanmasNaBH4 zeltileri

Sodyum bor hidrr (NaBH4) zeltileri hidrojenin depolanabilecei ortamlar olarakkullanlabilir. Katalitik hidroliz reaksiyon denklemi (3.7)de gsterilmektedir.

Bu reaksiyon iin teorik maksimum ktlesel enerji younluu olarak %10.9larakadar ulalmtr. Bu yntemin en nemli avantajlarndan biri hidrojenin tketildii yerde gvenli ve kontroll bir ekilde retiminin yaplmasdr. Dezavantaj ise reaksiyon urunu olan NaBO2un ayn sistem iinde NaBH4e dntrlememesidir. Aratrmalar sonucunda bu sistemin yakt pilleriyle birlikte sabit sistemlerde ve yksek enerji deerli tanr uygulamalarda kullanlabileceini gstermektedirHidrojenin Kullanlmasten Yanmal Motorlarda KullanlmasYakt Pilleri

Hidrojenin yakt olarak kullanlmasnda yarar salayacak en nemli zelliklerinden biri farkl hava hidrokarbon karm oranlar iin hava fazlalk katsaysnn 0.3-1.7 deerleri arasnda tutuma salanabilmekte iken hidrojen iin bu snr 0.15-4.35 deerlerine ulamaktadr. Hidrojen-hava karmlarn atelemek iin gerekli enerji miktar da dier yaktlara oranla ok dktr. Bu durum tutuma garantisi salamas asndan Otto ilkesi ile alan motorlarda avantaj salamakla birlikte erken tutuma ve geri yanma gibi sorunlar da beraberinde getirmektedir. Hidrojenin kendi kendine tutuma scaklnn olduka yksek olmas (1 Atm. Basnta 847-867 K) ve oktan saysnn yksek olmas, hidrojenin dizel motorlardan ok Otto ilkesi ile alan motorlar iin daha uygun bir yakt olacan gstermektedir. Dizel motorlarda hidrojen tek bana veya mazotla birlikte kullanmnn gerekletirildii rneklerde bulunmaktadr. Hidrojenin yanmas sonucu elde edilen alev hz da olduka yksektir.