NDEKLER
NDEKLER
Sayfa no
NSZ i
NDEKLER ii
ZET iv
1. GR 1
2. YAKIT PLLERNN ORTAYA IKMASINDA 3
ANA SEBEP OLAN YAKIT EMSYONLARININ
NSAN SALIINA ETKLER
2.1 Karbonmonoksit(CO) 7
2.2 Hidrokarbonlar (HC) 7
2.3 Azotoksitler (NOx) 8
2.4 Kkrtoksitler (SOx) 9
2.5 Kurun (Pb) 10
3. HDROJENN ELDE EDLMES 12
4. YAKIT PLLERNN TARHES 13
4.1 Gemiten Gnmze Yakt Pilleri zerindeki almalar 14
5. YAKIT PL SSTEM 21
5.1 Yakt Pili Nedir? 21
5.2 alma Prensibi 22
5.3 Basit Yakt Pilleri Hesaplamalar 25
5.4 Uygulamalar 27
5.5 Yakt Pilleri eitleri 30
5.5.1 Fosforik asitli yakt pilleri(PAFC) 30
5.5.2 Proton deimeli yakt pilleri (PEMFC) 31
5.5.3 Dkme karbonatl yakt pilleri (MCFC) 31
5.5.4 Kat oksitli yakt pilleri (SOFC) 31
5.5.5 Alkalik yakt pilleri (AFC) 31
6. YAKIT PLLERNN KULLANILMA NEDENLER veYARARLARI 32
6.1 evresel Yararlar 32
6.1.1 Yksek yakt imkan 32
6.1.2 Dk emisyonlar 32
6.1.3 Sanayilere bal olarak oluan evresel zararn azaltlmas
32
6.2 Yakt Pillerinin Mhendislik Alanndaki Yararlar 33
6.2.1 Yakt esneklii 33
6.2.2 Yksek g younluu 33
6.2.3 Dk ileme ss ve basks 33
6.2.4 Yer esneklii 33
6.2.5 Kojenarasyon yetenei 33
6.2.6 Ar yklemeye kar verdii abuk tepki 33
6.2.7 Mhendislik kolayl 34
6.2.8 Evdeki cihazlarn kullanmnda enerji gvenlii salamas 34
6.3 G Hatlarndan Bamsz Olma 34
6.4 Yakt Pilleri ve Geleneksel Piller 34
7. YAKIT PL KULLANIMIYLA OLUAN
SYAS VE EKONOMK GELMELER 35
7. 1 Genel Tarif 35
7.2 evresel Kayglar 35
7.3 Yerli Enerji Gvenlii 36
7.4 Elektrik Endstrisindeki Yeniden Dzenleme 37
7.5 Borsa 38
7.6 Ekonomik Geliim 38
7.7 Sonu
38
8 . SON YILLARDA RETLEN YAKIT HCREL TAITLAR 39
9. SONU 46
1.GR
Yakt pilleri, kimyasal enerjiyi dorudan elektrik enerjisine
dntren elemanlardr.Yakt pili, fosil yaktlarnn yaklmas yerine, yakt
ile oksijenin elektro-kimyasal reaksiyonu sonucunda enerji reten
bir tr bataryadr.(ekil 1.1)
ekil 1.1
Yakt olarak genellikle hidrojen kullanlmaktadr. Ancak metan"
doal gaz, etanol, metanol ve son dnemlerde benzin kullanabilen yakt
pilleri denemelerinden de olumlu sonu alnmtr. Oksijenle hidrojenin
reaksiyonu su rettiinden, bu reaksiyonlar kirletici deildir. Yakt
pili g sistemlerine kar ilginin giderek artmas, temiz evre,
kreselsnma,enerji kaynaklarnn tkenmeye yz tutmas ve var olan
kaynaklarn politikolarak kararsz blgelerde bulunmas gibi
olumsuzluklardan kaynaklanmaktadr.Batarya ile glendirilen
elektrikli tatlarn gelimeleri, bu tatlarn kullanmsnrlamalarnn
anlalmasn da kolaylatrmtr. Yakt pilleri, evresel zelliklerbakmndan
bataryalara e deerde veya daha iyi karakteristiklere sahiptir ve
bataryaltatlarla karlalan kullanma snrlamalarna sahip deildir [1],
Yakt pillerinin,zellikle temiz ulama zm aratrmalar kapsamnda,
otomotiv enerji kayna olarakkullanm konusundaki almalar giderek
younlamaktadr.
Enerji retimi ve otomotivle ilgili birok firma, 21. yzyln ulam
ihtiyacnkarlamak zere, evre basncnda alan, yakt trne kar esnek,
tasarm basit,imalat ve kullanm kolay yakt pili sistemlerinin
gelitirilmesi amacyla almalaryapmakta, bazlar retim yapabilecek
aamaya geldiklerini ifade etmektedirler [1], [2],[4]. Yakt
pillerinin ilevsel anlamda bilinen normal tersinir bataryalardan
fark,bataryalarda iki arj arasnda belirli bir elektrik enerjisi
geriye alnmasna kar, yakt pillerinde oksitleyici ve yaktn pilden
getikleri srece elektrik enerjisi retiminin devam etmesidir. Yksek
verimleri sayesinde enerji tasarrufu salayan bir g kayna olarak
yakt pilleri, gelecekteki otomotiv kullanm iin mit vermektedir.
Benzin motorlarnn iki... kat olan %60 'in zerindeki termik
verimlerine ek olarak [1,2], dk grlt dzeyi, dk egzozemisyonlar ve
dk s atma talebi bakmndan da avantajldrlar.
Benzin motorlarnn egzoz emisyonlar sonucunda oluan atk gazlar
havann kirlenmesineneden olurlar. Havann kirlenmesine neden olan bu
atk gazlar, doa ve insan salzerinde dier kirleticilere oranla ok
daha byk bir neme sahiptirler. Bunun nedeni isekirletici zellikleri
yannda, ani ve dorudan toksik zelliklerinin de bulunmasdr.Bir
insann gnde tketmesi gereken hava 15 m3'tr. Gerekli nlemler
alnmambir ara ise bu havay 15 dak. ierisinde zararl hale
getirmektedir.Hava kirlilii insanlar zerinde stres etkisi yaratr.
Genellikle yal ve kronik akcier kalphastal olan hastalar hava
kirliliinden olumsuz etkilenmektedir [11].Yakt pillerinin temiz tat
teknolojisinde devrim yapaca iddia edilmektedir [3]. Reformer ve
elektriki dntrclere bal olarak toplam sistem verimlerinin % 37
kadar olduubelirtilmektedir [5].
2. YAKIT PLLERNN ORTAYA IKMASINDA ANA SEBEP OLAN YAKIT
EMSYONLARININ NSAN SALIINA ETKLER
evre kirliliine neden olan etkenlerin en nemlilerinden biri hava
kirliliidir. Hava kirliliinin kontrol ve giderilmesi dier sanayi
lkelerinde olduu gibi lkemizde de sonyllarda byk nem kazanmtr. Hava
kirlilii, hem kirletici kaynaklarla hem de blgenin corafik
artlaryla yakndan ilgilidir. Hava kirliliine neden olan ana kaynak
ulam, snma ve endstridir. Bunlarn ierisinde en byk orana ulam
sahiptir.Benzinli ve dizel motorlarda ideal koullarn salanamamas
nedeniyle tam yanmagerekleememektedir. Bunun sonucunda da hava
kirliliine neden olan zararl gazlarolumaktadr. Motorlu tallarn
meydana getirdii egzoz emisyonlar (yaym) havakirliliinin olumasnda
byk orana sahiptir.
izelge 2.1.Motorlu tatlardaki emisyonlarn kaynaklara gre oranlar
(% ortalama)
EmisyonlarnKayna
EMSYONLAR
H C
CO
NOx
Pb
Benzin Buharlamas
20
0
0
0
Egzoz Gazlar
60
100
100
100
Motor Karteri
20
0
0
0
Motorlu tat aralarnda yaklan l litre yakt, kendi hacminin 1000
katndan fazlaegzoz gaz oluturmaktadr. Bu gazlarn kirletici
kaynaklara gre dalm oranlan izelge2.4de verilmitir .Motorlu
tatlarda ideal koullarn salanmasyla hava ile tam yanmann
gereklemesi sonucunda zararl olmayan su (H2O), karbondioksit (CO2),
azot (N22)gazlar olumaktadr. Ancak ok fakir ve zengin hava-yakt
karnmn kullanlmas veyaok dk yanma scaklnn olumas ve yaktta bulunan
baz bileenler nedeniyle havakirlenmesine neden olan partikller
(PM), kkrtoksitler (SOx ) azotoksitler (NOX),
karbonmonoksit (CO), yanmam hidrokarbonlar ve aldehitler (RCHO)
gibi rnlermeydana gelmektedir.Tipik bir benzin ve dizel motorlu
aracn egzoz gazanalizi izelge 2. 2' de gsterilmektedir.Bileen
(Hacimce % )BM: Benzinli motorDM: Dizel motor
RlantiLanti
Ksmi Yk
mi yk
Tam yk
Yk
M DDMM BDMM BDM
Hidrokarbon (HC)
0.0I-0.005
0.005-0.06
0.01-0.02
0,01-0.035
0.01-0.03
0.02-0.06
Karbonmoksit (CO)
2-4,5
0.01-0.045
0.2-1
0.01-0.06
2-5
0.035-0.2
Karbondioksit (C02)
10-13
3.5
13.5-14
6.5
11-13
12
Azotoksitler(NOx)
0.005-0.03
0.005-0.025
0.25-0.35
0.025-O.O8
0.15-0.45
0.06-0.15
Kkrtoksitler (SOx)
-
-
-
-
0.343
3,496
Aldehit (HCH0)
-
-
-
-
0.152
0.921
Hidrojen (H2)
1.5
-
0.5
-
0.1-0.5
-
Oksijen (02)
1.1.5
16
1.5-2.5
14
0.3-0.5
10
Azot (N)
Geri kalan
Geri kalan
Geri kalan
Geri kalan
Geri kalan
Geri kalan
Kurunlu Bileikleri (mg/m)
50
-
= 40
-
50
-
Partikl Madde (kg/ton)
-
-
-
-
1 .96
16.19
Egzoz Supab kndaGaz Scakl (C)
200-250
100-200
550-650
250-550
750-850
550-750
izelge 2.2. Tipik bir benzin ve dizel motorlu aracn egzoz gaz
analizi
Motorda yanma sonucu oluan emisyon gazndaki zararl maddelerin
oran, hava-yakt karmna ve ateleme sistemine baldr, 1 kg benzini
tamamen yakabilmek iin14.6 kilogram havaya ihtiya vardr. Hava-yakl
ilikisi yunan alfabesinden alnan ((lamda) ile gsterilmektedir. Hava
fazlalk katsays (HFK) ( yanma olaynndeerlendirilmesinde olduka
nemli bir deikendir. Egzoz emisyonlarnn ortayakmas yanmann tam
olmamas demektir.( = Motorlara giren gerek hava yakt karmndaki hava
miktar
Stokiyometrik yanma iin gerekli min. Hava miktar
Hava-yakt karm dorudan oranyla ilgilidir. =1 olmadka atk gaz
orananmaktadr. = 1 olduu zaman yanma tam olarak gereklemektedir.
< 1 ise yetersizhava ve yakta zengin karm, > l ise fazla hava
ve yakta fakir karm olumaktadr.Zengin karmlarda toksik maddeler
hzla artarken, yakt sarfiyat da artmaktadr. Fakirkarmlarda ise,
toksik madde younluu ve yakt sarfiyat hzla dmektedir.
Benzinlimotorlarn egzoz emisyonlar zellikle rlanti (yavalama) ve
tam yklerde maksimimdeerlerde olmaktadr .Hava-yakt orannn dk olduu
snma ve yavalama durumlarnda hemkarbonmonoksit (CO) hem de
hidrokarbon (HC) emisyonu yksektir. Azotoksitlerin(NOX) oluumu
yelerli oksijen varlnda, yksek basn ve scaklklarda kolaylat
iinzellikle hareket halinde ara atmosfere daha fazla azotoksit
vermekledir.Yakt-hava karmna gre egzoz gaz bileimi ekil 2. l'de
gsterilmekledir.
ekil 2.1. Yakt/hava deerine gre egzoz gaz bileimi.Egzoz
emisyonlarnn azaltlmas iin en az yakt sarfiyatn salayacak
teknolojilerinkullanlmas ve gelitirilmesi iin yakt ekonomisinin
standartlatrlmas, alternatif yaktolarak LPG (Svlatrlm Petrol Gaz),
CNG (Doal Gaz), etilalkol (etanol) veyahidrojen kullanlmas
gerekmektedir. Ayrca kurunsuz benzin kullanmyaygnlatrlmaldr. Bunun
nedeni ise hava kirliliine neden olan egzoz emisyonlarnazaltan
katalizrl aralarda kurunsuz benzin kullanlmasnn gerekli
olmasdr.
LPG ve CNG kullanlmas hava kirliliinin azalmasna yakt
ekonomisine olanaksalar. Ayrca yksek oktan saylar nedeniyle motorda
daha iyi bir performansn eldeedilmesine, ya sarfiyatnn ve motorun
bakm-onarm giderlerinin azalmasna olanaksalar. LPG ve CNG egzoz
emisyonlarn azaltt iin Avrupann pek ok lkesindeyaygn bir ekilde
kullanlmaktadr.
Alternatif yaktlardan biride etilalkol(etanol)dr. Etilalkol
eitli bitkilerdenfermantasyon ile elde edilmektedir. Bu nedenle gne
enerjisine bal olarak oluan biryakt olduu sylenebilir. Etilalkol,
motorlardaki verimi artrr. Yksek sktrmaoranlarnn seilebilmesine
olanak salar. Ayrca aralarda kullanlan bugnk yaktlaragre alev scakl
yar yarya daha dktr. Bu da daha iyi bir yanmanngereklemesini ve
bylelikle yanma sonucunda oluan kirletici gazlar
iindekiazotoksitlerin ve karbonmonoksit oranlarnn azalmasn
salamakladr. Yakt donanm veemme sistemi zerinde korozif etkisi de
vardr. Etilalkol kullanlmasnn olumsuzynlerinden biri dizel
motorlarda oktan saysnn yksek olmas nedeniyle belirli birkarm
oranndan sonra vuruntuya neden olmasdr.Bunun yanndaalev scaklnn dk
olmas nedeniyle bugnk yaktlara gre ayn oranda sonualnabilmesi iin
aralarda iki misli daha byk bir depoya ihtiya duyulmasdr .
Hidrojenin alternatif yakt olarak iten yanmal makinelerde
kullanlmas ile ise hidrokarbonlarn yaklmas sz konusu olmad iin
karbonmonoksit (CO) oluumu nlenir. Buda egzoz,emisyonlarnn azalmasn
salar. Ancak havadaki azotun yksek scaklklarda ykseltgenmesi
sonucunda Hidrojen Motorunda azotoksitleri (NOx) oluur. Hidrojen,
yksek alev hz ve tutuma yeteneine sahiptir. Yksek sl deer ve termik
verime olanak salar. Yksek oktan says nedeni ile vuruntuya kar
direnlidir. Bunlarn yannda kayna su olan hidrojen hava ile yanma
sonucunda tekrar suya dnerek kaynan yenileme gibi nemli birzellie
sahiptir.Hidrojen kullanlmasn olumsuz ynde etkileyen faktrlerde
vardr. Hidrojenkullanlan aralarda bugnk yaktlara gre ayn oranda
sonu alabilmek iin ok dahabyk ve ar bir depo gerekmektedir. Ayrca
hidrojenin elde edilmesinde byk miktardaenerjiye ihtiya vardr .Aada
motorlu tatlarn egzozlarndan atmosfere yaylan atk gazlarn insan sal
zerindeki etkileri ile inceleyelim. 2.1. Karbonmonoksit
(CO)Benzinli tat motorlar, karbonmonoksit emisyonunun ana kaynadr .
Yetersiz oksijenden dolay yaktn eksik yanmas sonucunda oluur.
Canllar iinok zehirli bir gaz olan CO renksiz, kokusuz ve
tatszdr.Zehirleyici etkisinden "dolay uzun sre bu gazla kar karya
kalnmas insan salasndan ok zararldr. Karbonmonoksit kandaki
hemoglobin ile birleerek karboksihemoglobini oluturur. Bu durum
hcrelere oksijen tanmasn engeller. Kandaki COartna bal olarak
oksijen azalmasndan dolay, uzun sre 100 ppm CO bulunanortamda
kalnrsa hafif ba arlar, 500 ppm'de iddetli ba arlar, ba dnmesi
vebaygnlk, 2000 ppm'nin zerinde ise uur kayb, nabz ve solunum
zayflamas ve lmolay grlmektedir. CO, ksmi fellere, grme ve duyma
bozukluklarna neden olmaktadr. zellikle sinir sistemi ve kalp
hastalan CO artna kar savunmaszdr. Bu gazdaha ok baz mesleklerde
alanlar iin rnein, kavaklarda alan nokta polisleri,
iyihavalandrlmayan garajlarda alan kiiler ve srcler iin tehlike
oluturur.
CO emisyonu, hava-yakt oranna baldr. Hava-yakt orannn kk
deerlerinde,yani yetersiz havann bulunduu zengin karmlarda CO
emisyonu en st seviyededir.Zengin karmlar ara yava giderken meydana
gelir. Ara bola alrken yani rlantideiken CO oran ok yksektir. Bu
nedenle CO, aracn hzl gidiine bal olarak azalr.Hava-yakt orannn
artmasna paralel olarak CO emisyonu indirgenmektedir.
Ayrcamotorlarda yanna ve egzoz kontrol ile CO emisyonu
azaltlmaktadr.
2.2. Hidrokarbonlar (HC)Deien sayda hidrojen ve karbondan
meydana gelmi gazlardr (metan, propan.btan ve benzen). Depodan veya
dolum srasnda benzin buharlamas veya yaktn eksikyanmasyla
oluur.Hidrokarbonlar, solunum sistemi ve gz bozukluklarna neden
olur. nsanlarzerinde kansorojen etkiye sahiptirler. Oluturduklar
polisiklik aromatik bileiklerlebirok kanser trlerine neden olurlar.
Bu aromatik hidrokarbonlar ierisinde entehlikelerinden biri de
lsemi-kan kanserine neden olan benzendi.Gne nn katalitik etkisiyle
hidrokarbonlar azotoksitlerle reaksiyona girerekkimyasal smog
(duman) olarak adlandrlan yapay sis olumasna neden olurlar.
Bureaksiyon sonucunda gzlere ve bitkilere zarar veren birok yeni
zararl bileikler oluur.Bunlardan biri de peroksiasetil nitrat
(PAN)'dr. Fotokimyasal smog srasnda ozon (03)aa kar.Hidrokarbon
emisyonlarnn %20-25'i karterde olutuundan karterin kontrol
altnaalnmasyla hidrokarbonlarn oluumu azaltlabilir.
2.3. Azotoksitler (NOX)Azotoksitler, motor iindeki yksek scaklk
ve basn nedeniyle oluurlar.Renksiz, kokusuz ve tatsz bir gazdr.
Azotoksitleri azotun deiik sayda oksijen ilemeydana getirdii
bileimlerdir.
Azotoksit emisyonunun artmasna neden olarak yksek yanma hz,
tutumann nealnmas, ar doldurma, fazla sktrma gibi max. scakl
ykselten btn teknikgiriimler gsterilmektedir. Genellikle 1800 K
zerindeki yksek scaklklarda oluurlar.Ayrca ortamdaki yksek oksijen
konsantrasyonu da azotoksit oluumunukolaylatrmaktadr .
NO'in hemoglobinle birleme meyli yksektir. Bu nedenle kandaki
oran ok abukartarak zehirlenmeye yol aar. nk kanda bulunan
hemoglobin hcrelere oksijentanmasn salamaktadr. Ancak NO,
azotdioksit kadar zararl deildir .Azotoksitler ve hidrokarbonlar,
gne nlarnn etkisiyle oksijenle reaksiyonagirerek zararl yeni
maddeler meydana getirirler. Kahverengi ve kokulu olan N02,solunum
yolu hastalklarna, akcier dokusunda hasara ve felce neden olur.
NO2atmosferde nitrikasite dnerek asit yamurlarn oluturur. Bu
durumun meydanagetirdii en zararl etkilerden biri, doal su
kaynaklarnn (gller) asidifikasyonu ve bununsonucunda akutatik
canllarn ve zellikle balklarn lmesidir .Fotokimyasal smog ve
aerosol ozon tabakasnn tahribine neden olur. Fotokimyasalsmog
srasnda aa kan ozon (O3), ok yksek derecede toksik bir gazdr. Son
dereceetkili bir oksitleyici olma zelliine sahip olduundan
boyalara, tekstillere zellikle ozonadayankll az olan ttn, pamuk, zm
gibi bitkilere zarar vermektedir.Azotoksit emisyonlar, alev
scaklnn, hznn ve sktrma orannn azaltlmasylafarkedilir derecede
azaltlabilir. 2.4. Kkrtoksitleri (SOX)Kkrtoksitler havann
kirlenmesine neden olan nemli atmosferik kirleticilerdenbiridir.
Motorlu tatlarda kullanlan benzin, motorin ve fuel-oil yaktlarnn
yanmassonucunda oluan bileiklerdir.
Kkrtdioksit 5 ppm'den sonra insanlar, canllar ve bitkiler iin
tehlike yaratr. 0,01ppm orannda artnca bitkilere, 0,1-0,2 ppm
artnca ise canllara ve insanlara zararvermeye balar . Keskin ve
naho bir koku verir, gzleri rahatsz eder. SO2havada slfirik asite
dnr. Slfirik asit malzemelerde korozyona (anmaya), solunumyollar ve
akcierde araz ve tahrilere neden olur. Asit yamurlarna neden olur.
Aralk1952'de Londra'da 4000 kii youn sis ve hava kirlilii nedeniyle
lmtr. Bu olaynnedeni is ve duman yannda bol miktarda bulunan S02'ye
balanmal. SO2 ve partiklseviyeleri ile lm oranlar arasnda ok yakn
bir korelasyon bulunduu ekil 2.2'degsterilmektedir .Motorlu
tatlarda kullanlan yaktta ki kkrt orannn ok az miktarda
olmasylakkrt bileiklerinden kaynaklanan kirlilik nlenebilir. Bu
durum, hem motorun mrnnuzamasn, hem de hava kirliliinin azalmasn
salayacaktr.
ekil 2.2 Londra olaynda hava kirliliinden meydana gelen
lmler
2.5. Kurun (Pb)Kurun, benzinli motorlarda vuruntuyu nlemek ve
dzenli bir yanmay salamakamacyla benzine katlmaktadr.
Kuruntetroetil ve Kuruntetrometil katk maddesi olarakkullanlr. Bu
katk maddelerine ek olarak silindirlerdeki kurun birikiminin
nlenmesiamacyla benzine dikrometan veya dibrometan ilave edilir.
Benzin iindeki kurunun %50-75' i yanma sonucu havaya ince toz
partiklleri olarak atlr. Bir litre benzine katlankurun miktar
ortalama 200-600 mg'dir .Ar bir metal olan kurun bileikleri, toprak
ve bitkiler zerinde birikmesiylesindirim yolu ve havada asl kald
srelerde solunum yolu olmak zere iki yolla insanve hayvan vcuduna
girmektedir. Kurun oksitleri, kas ve kemik dokular ile kandolam
zerine byk zararlar verir. Kandaki hemoglobin retimini azaltarak
kanszlaneden olur. tahszlk, sindirim sistemi ve bbrek hastalklarna
neden olur. Beyineverdii zarar , yeni doan bebeklerde zek
geriliklerine neden olur. Kurun bileikleri zellikle sokaklarda
alanlar rnein, polisler, postaclar, otobs ofrleri zerinde etkili
olur.Kursunun zararl etkilerini nlemek iin kurunsuz benzin retim ve
kullanm yaygnlatrlmaldr.[11]
Yukarda anlatlan hava kirliliinin sebebi olan bu zararl
maddelerden kurtulmak iin (ekil2.3) byk bir hzla aratrmalarn srdren
bilim adamlar; sfr emisyona yakn sonular veren yakt pillerini
ortaya karmlardr.Bu saya de hava kirliliinin ana sebeplerini
ortadan kaldrmak mmkn olmutur.Dnyann geleceini ve insan saln ipotek
altna alan etkenlerde ortadan kaldrlmtr.
Petrol rezervlerinin azalmasndan dolay ortaya kan sonular bu
sistemin retilmesinde ikinci
ekil 2.3 ten Yanmal Motor
planda yer almaktadr.Gnmzde bilinen rezervlerin dnya apnda
nmzdeki 20-50 yla yetecei ve henz bilinmeyen rezervlerinde mevcut
olduu bilim adamlarnca ortaya karlmtr.
3.HDROJENN ELDE EDLMES
Hidrojeni, doalgazdan elde etmenin dnda bugn iin bilinen 5 yntem
daha vardr.1- Sudaki hidrojenin elektrik enerjisiyle oksijenle
ayrtrlmas. (Elektroliz)2- Organik malzemelerden hidrojenin
retilmesi.3- Baz alglerin ve bakterilerin atk olarak rettikleri
hidrojenin toplanmas.4- Suyu 3100 C zerinde starak molekl balarm
koparp element olarakhidrojen ve oksijen elde edilmesi.5- Gne
nlarndan yararlanarak sudaki hidrojenin ayrtrlmas.Yakt pilleriyle
alan ve yakt olarak hidrojen kullanan tatlarn bir sorunu dahavardr.
Hidrojenin depolanmasdr. Bunun iin iki yntem zerinde duruluyor.
Birincisi yksek basn altnda sktrlm gaz olarak depolanmasdr. kincisi
de yine yksekbasn altnda ve dk scaklkta svlatrlm hidrojen
biimindedir.[14]
4. YAKIT PLLERNN TARHES
Yakt pilinin kkleri 1800lere dayanr. Galler doumlu, Oxfordda
avukatlk eitimi alan, patent yasas zerine alm ve ayrca kimya veya
eskiden bilinen adyla doal bilimler eitimini alan Sir William
Robert Grove, eer elektrik kullanlarak elektroliz yaplrsa suyun
hidrojen ve oksijene ayrlabileceini farketti. Hidrojenin ve
oksijeni doru metotlarla birletirirse elektrik retebilirdi. Grn
test ermek iin Sir William Robert Grove elektrik retmek iin
hidrojen ve oksijeni birletiren dnyann ilk gaz pili olan ve daha
sonra yakt pili olarak adlandrlan bir mekanizma ina etti. Buluu
baarlyd ve Grovenin yapt enerji koruma ve geri dnm fikri anlayn
gelitirdi. Grove gaz piline olan ilgisi fosil yakacaklara olan
ilgiyi azaltt ve sonra gnmz toplumunun cezbeden buhar makinesinin
icadna temel oldu. 1960lara doru hzl ilerleme ile yeni bir hkmet
vekillii yakt pili teknolojisini olgunlatrmak iin ilk adm atmak
zereydi. NASA uzaya ilk insanl uzun uu grevi iin kritik bir sistem
gelitiriyordu. Uzayda bir defa yrngede kalmak zere uzay arac bir
eit elektrik kaynana ihtiya duydu. Piller uzayda sekiz gnlk bir
grevi desteklemek iin gerekli olan genilik,arlk ve toksite gre
dzenlendi. Fotogalvenicler pratik deildi ve ayn zamanda gne
panelleri iin gerekli olan genilik ve arla gre uygun deillerdir.
Tannmam yakt pilleri NASA nn uzay grevleri iin g salama konusundaki
skntsna bir zm oldu. Maliyet ve yakt kaynaklar hakkndaki nceki
sorunlar,uzay aralarnn sv hidrojen ve oksijen kullanlmasyla yakt
pillerini konu d brakt. Yakt pillerinin dier teknolojilere olan ek
bir yarar da astronotlarn yakt pillerinin suyunu rn olarak
tketmesidir. Yakt pilleriyle yaplan ilk grevlerde sistemlerde
dikkat gerektiren sorunlar kyordu. Her bir sonraki grevde artarak
daha gvenli hale geldi ve bugn NASA nn uzay seferleri elektriki
yakt pillerine ve yrngedeki ime suyuna dayanr.
NASA ve uzay program,teknolojinin gerektirdii ilk aratrma ve
gelitirmeyi yakt pilleri salad. Onlarn uzay programna adapte
olmasndan beri yakt pili teknolojisi endstri ve hkmet tarafndan
gelecek iin temiz bir enerji kayna olarak geni bir kitle tarafndan
kabul grme baarsna ulat. Bu anlamda yakt piline olan ilgi miktar
baz hususlarda yakt pilleri ilgisi olan dnyann en byk on irketinden
sekizi ak bir ekilde geniledi. Bugn milyonlarca dolar yakt pili
rnlerinin aratrma ve ticariletirme srecinde olan rnler tketiciler
iin piyasada bulunabilir hale gelecektir.[12]
4.1 Gemiten Gnmze Yakt Pilleri zerindeki almalar
Donbury Connecticut USA,Enerji Aratrma irketi, fuelcell enerjisi
anonim irketi olarak 1969 ylnda kuruldu.Gelimi karbonatl yakt
hcreleri kullanlarak; bataryada kullanlan, retilen ve depolanan
elektrik kuvvetinde bir dnya lideridir. Drt personelle balanan bu
ie imdi yaklak 130 bilimadam, mhendis,teknisyen ve destek personeli
ile devam etmektedir.Fuelcell enerjisinin aratrma ve gelitirme
abalarnn merkezidir. Fuelcell enerjisi balca amacnn ticari kar
olmaktan ziyade, onun dorudan yakt hcrelerinin kullanlmas ile elde
edilen faydal byklkteki elektrik kuvvetinin olmasdr. Fuelcell
enerjisi, aratrma ve gelimi g teknolojilerinin gelimesi iin kk i
yenilik aratrma dlleri ve hkmet szlemelerinin alcs oldu. Fuelcell
enerjisi, Sanyo Elektrik irketi, Mitsubishi Elektrik irketi ve
Daimler Benzin katlmyla MTUnun ortak almalar sonucundan ortaya kan
sonucun, fuelcell teknolojisindeki en byk deiikliin evreye verdii
etkilerdir.Fuelcell enerjisinin, yakt hcre grubundaki Fluor Daniel
Anonim irketi ile bir takm personelin abas ile yakt hcre elektrik
santrallerinde ticari gelime salanarak, Elektrik Santralleri tasarm
ile iinde yer alan yakt hcreleri birletirilmitir.Fuelcell enerjisi
ayn zamanda farkl rn pazarlar iin, potansiyel yeni pazar olarak
tanmlanana bitki mhendislii,hzla deien enerji retimine ek bir
endstridir. Fuelcell enerjisinin yakt hcre grubu ayn zamanda yakt
hcrelerinin retiminden sorumludur.Dk maliyetle daha iyi ve yksek
retim alanlar iin otomatik olarak tasarlanan geni kapasiteli retimi
salanarak byk kazanlar elde edilmi ve Santa Clara gsterisi iin bu
imkanlar dahilinde fazlaca retilmitir.
(Torrington,Connecticut,USA)Fuellcell enerjisi ilk olarak doalgaz
santrallerinde yakt hcresi olarak kullanld.(Santa Clara projesi iin
petrol boru hattndan doalgaz yakt olarak alnd). Bununla birlikte bu
irket yakt hcrelerinin gelecein yakt olan kmrden elde edilen
Syn-Gaz pethanol ve landfill gaznn hcrelerde deiiklik yaplarak
kullanlmasna inanmt. Bunun sonucu fuelcell enerji yaktnn gemite
kmrden elde edilen eitli yaktlar dorudan yakt hcresinde kullanlmasn
elektrik kuvveti eklinde aratrma sponsorluu testini yrtmtr. Bu
testi ilk olarak Distec Energy Incs Louisiana Gasfication
Technology Inc in Plaquemine,Lousiana USA yapmtr.Fuelcell enerjisi
ayn zmanda National Rural Electric Cooperative Assocation szlemesi
altnda msrdan elde edilen etanol de test eden kk lekli aratrmay
yrtt. Dizel ve jet yaktlarn kullanan askeriye iin ilk rnek yakt
hcre elektrik santralini gelitirerek szleme imzalam ayn zamanda
milli havaclk ve uzay idare dln almtr.Fuelcell enerjisi, elektrik
santrallerinin verim orann gelitirmek iin aratrmaya devam etmitir.
Fuelcell enerjisi, srekli yakt hcresinin yenilenebilen,tretilmi
yaktlar tek almalarnn kullanm ve bedelin indirimi ve elektrik
santralinin boyutunu birletirmek iin yeni tasarmlar
incelemektedir.
Fuelcell enerji birlii her ne kadar 150 yldan daha ok zamandr
bilinen kavramsa da imdi sabit g nesline anlaml katklar yapmak iin
denge saland halde, hcreler yakt olmaktadr. Bu Fuelcell
Commercialization Group(FCC6) gerek szlemesi, yakt hcre gelimesinin
ksa tarihini salar. alan birlik ve temel elektro kimya kavram
aklar. Yakt hcrelerinin tamam yakt hcre elektrik santraline toplam
girenlerden tek dikkat edilen noktalar megawatt-saat g retimi ve
taslaklar tasarlamak iin yn ve modller iine nasl birletiini tarif
eder. Bu gerek szlemede, yakt hcre geliiminde, kullanlabilir
pazarlar arasnda yeniliki ortaklk seri tekil etmitir.
Dundury,Connecticout USA. Karbonat yakt hcresinin ticaretlemesini
yannda getirmitir.
Bay William korusu,yakt hcresinin babas olmak iin olduka gl bir
zelliktir. Korunu gr 1939 ylnda suyun elektrolizi deneyinden
kazanld. Koruda ilemi tersine evirmenin mmknl, elektrii retmede
oksijen ile tepki gsteren hidrojenin olmu olmas gerektii anlald.
Ludwing Mond ve Charles Longer 1989 ylndaki parasal olanaklaryla
hava ve endstriyel kmr gaz kullanlarak ilk pratik cihazn yaplmas
iin almalarda bulundu. Materyaller ve elektrot kinetik biliminin
anlaynn eksikliinden dolay baarsz olunmasna ramen ,elektrik devamna
dorudan kmr veya karbonu evirebilen yakt hcrelerini ina etmek iin
20.yy. balarndaki ilk abalard. Ayn yllarda processleri daha iyi
anlalan iten yanmal motorlar gelitirildi. Petroln testi ve hzla
smrgecilik ,enerji retiminde elektrik tat aralar ve dier elektro
kimyasal yaklamnn yerini ald. Mhendis Francis Buconun 1932 deki
bulular, ilk baarl yakt hcreleri almalar sonucudur. Mond ve Longer
ile daha az andrc alkalin elektrolit ve ucuz nikel elektrotlarn
kullanan hidrojen ve oksijen hcresi ile salanlan pahal platin
katalizrlerini gelitirdi. Ancak 1959!a kadar teknie meydan okumalar
yldryordu. Daha sonra yzyln eyreinde Bacon ve onun yardmcs iileri g
yapabilir kaynak makinesini pratik be-kilowatt sistemini ispat
edebildi. Ayn yl ierisindeki Ekim aynda onun nl 20 beygir gcndeki
fuel cell g traktr Harry Karl Ihrig of Allis-Chalemrs Manufactoring
Company irketi tarafndan retildi. 1950nin sonlarnda, o zamann
little-known federal temsilcisi, milli havaclk adlandrd ve uzay
idaresi (NASAya),glendirilmi uzay grevlerinin upcoming serileri iin
onboard gcn salayarak youn elektrik jeneratr iin ciddi aratrma
balatld.
Nkleer reaktr atklarnn tehlikeli olmasndan dolay Nasa batarya
olarak gne enerjisi ile alan ar ve ksa sreli besleme yapabilen yakt
hcreleri satn almtr. Nasa yakt hcre teknolojilerinin geliimine katk
olarak 200 aratrma ile szlemeye finans salamtr. Bugn ise gvenilir
halde Apollo ve uzay mekii paralarna elektrii saladktan sonra yakt
hcreleri uzayda rollerini ispatladlar.
1960 yllarnda yakt hcrelerinde alnan baarlar dnyann enerji
problemine deva olacak eklinde yol gstermitir.
Yakt hcrelerinin ideali ayn kaliteye sahip olmalar iin sabit g
retelerinde olduu gibi uzay aratrmada kk boyutu, yksek verim alan,
dk miktardaki atklar en az su kullanm veya net su retimi
salanmaldr. Ancak gelinen teknoloji ile dnya zerinde bu aratrma
rtlememitir.
Aratrmada yaklak olarak 20 yl boyunca yakt hcrelerinin kullanmn
gerekletirebilmek iin 1 milyar dolar harcanmtr. Uzay uygulamalar
iin kullanlan alkalik elektrolit gibi doal gaz veya kmr gibi yaygn
yaktlarla saf hidrojenin kullanm problemler yaratr. Yaygn kullanlan
yaktlar ayn zamanda Nasa tasarmnda kullanlan hcrelerin
benzerlerinde de elektro kimya paralarnn da mrlerini kstlarlar.
Ertesi 10 yl ierisinde reticiler elektrik kuvveti aratrma kuruluu
Amerikan Gaz birlii bir grup gaz aratrma kuruluu elektrik ve
gazlarn kullanlmasn gerekletirdiler ve eitli federal temsilciler
sabit uygulamalar iin tantmlar balatlm ve aratrma-gelimeleri
desteklemilerdir. Avrupa ve Japonyada bu abalara paralel olarak ayn
zamanda destei arttrmlar ve imdi devlete anlaml oluumlar
salamlardr. lk uygulanan teknolojilerde fosforik yakt hcresi retimi
merkezi idare kua iin sz verilmi ve u anda ticari olarak
kullanlmaktadr. Tokyo ve Japonyada 11 megawattlk niteler ispat
edildi ve 1200 kilowaattlk nitelerin ou dnya apnda kuruldular. Daha
ok karbonat yakt hcreleri ve kat oksit yakt hcreleri gibi tasarmlar
rabet grd ve byk elektrik kullanma abalarnn odanda pazarda
teknolojiyi salamak olmutur. Karbonat hcre tasarm iin tam boyut
hcreleri, dolu ve hafif ynlar baarl biimde ispat edilmitir.
Fuelcell enerjinin ticarileme abalarna destek karbonat yakt
hcrelerin tasarmnda olmu mteri anlam ilgilerini gstermitir. Yakt
hcrelerinin ticarilemesi gerek anlamda gerekli materyallerin
salamas ve temel bilim gereklemesi 150 yldan faza zaman almtr.
Sonunda yakt hcreleri geliimini tamamlamtr.
Farkl yakt hcrelerinin byk mkemmel karakteristii, elektrolit
kullanlandr. Sabit g nesli iin, byk yakt hcresi, fosforik asit,
karbonat ve kat oksitlerdir. Dier farklar, bu yakt hcreleri arsnda
var olur iken, isimlerini ona veren elektrolit kullanlan tipidir.
Fosforik asit yaklam, teknolojilerin ok olgunudur. Platin,
elektrotlar iin katalizr olarak istenilir. Hidrojene zengin gaz
sistemi iin yakt gibi doal gaz kullanmnn reformu iin dardaki yakt
hcre ynna ihtiya duyuldu.
Sistem karmaklndan dolay, sermaye bedelleri, daha yksekti ve
verim oranlar iki alternatif iin ne srlenden daha aadadrlar.
Fosforik asit tipi ile karlatrldnda, karbonat yakt hcresi, yksek
scaklklarda iletilebilir veya stteki evreleyen az basnc iletebilir
ve daha az pahal, nichel-based elektrotlarn kullanabilir. Reform
yakt hcre ynlar iinde gerekleebilir.
Fuelcell teknolojisi FCCG kullanmnn yannda i reform ve dorudan
yakt hcreleri olarak adlandrlanlar yoluyla desteklendi. DFCS, d
reform yakt hcre sistemlerine inherently daha ok karlatrlandr, ve
tek dnmnde %60 verim oranna %50 de g retilebilir. Bu uzak gaz
trbini, iten yanmal motorlar ve buhar trbinleri gibi nesil
teknolojilerinden stn kar. Kat oksit yakt hcre yaklam iin en az
olgudur. Elektrolit olarak toplanm zrconia mlei kullanlr.
Elektrokimyasal evrim ilemi, ok yksek scaklklar, destekleyici i
reformda gerekleir. Hcreler kendileri, herhangi biri dz tabaklar
veya boru eklinde olabilir. Toplu retilen hcrelerde henz all-
ceramic inaat ile zlemeyen temel retim meydan okumalar vardr. Kat
oksit yakt hcreleri, yksek rtbeli p s rn ile lml olarak yksek verim
oranlarnda iletmek iin gaz verirler.
Polimer elektrolit yakt hcresi, alt megawatt seviyeleri iin
sabit elektrik santrali uygulamalar iin nerildi. Bu yakt hcresi 175
oF, kullanm platin katalizrd iletir ve karbonmonoksit ve dier
kirlilikler yoluyla zehirlenme hassastr. Hcrenin bu tipi, zellikle
vehicular uygulamalar iin istekli olabilirken hidrojen, mevcut
olduunda sabit g ii yakt, almas uzun abalar gerektirir.
Karbonatl yakt hcresi iin iletim ilkeleri kavramda basittir.
Tepkimeye giren yakt ve hava (the oxidant) elektrot lleri olarak
beslenir. Elektrot birleimleri arasndaki elektrotlar, eit dtan bal
yklerle oluturulur. Temel reaksiyondurlar.
Btn Reaksiyonlar
Doal gaz + Hava Buhar + Karbondioksit + Elektrik + Is
Reform Reaksiyonu
Doal gaz + Buhar (Su + Is) Hidrojen + Karbonmonoksit
Anot Reaksiyonu
Hidrojen + Karbonmonoksit + Karbonat iyonu Buhar +
Karbonmonoksit +Is + Elektrik
Katot Reaksiyonu
Karbondioksit + Oksijen + Elektrik Karbonat iyonu
Doal gaz, uygun temizleme herhangi bir hidrojen zenginlii ile
balca yakt iken, landfills, sindirici, kmr madeni, veya sv yakt
olarak salanan yakt hcrelerini kapsamaktadr.
Elektrik, s, su buhar ve karbondioksit bu temel reaksiyonlarn
rnleri olduuna dikkat edilmektedir.
Kiisel yakt hcresinin inaat, sandivice benzer. DFCte yakt ve
hava, iki kutuplu ayrc tabann tarafndan anot ve hcreler, blnm katot
kompartmanlarna ayr monifold boyunca beslenirler. Anot, oxdant
(hava ve karbondioksit) ile yakt, katot ile suya girer. Bu elektrot
oluumu gzenekli nikel (anot) veya nikel oksit (katot) dur.
Katmanlar ve elektrotlar arasnda, bir gzenekli (ceramic) matrisi de
karbonat elektroliti kapsar.
Paralar tekrarlandnda ayrc tabaklar, elektrotlar ve elektrolit
katmanlar olarak bilinir. Ayrc tabaklarn boyutlar kk ve ucuz
olabilirler. Elektrotlar ve elektrolit katmanlar, uzunlua greceli
olarak ucuz materyaller ve srekli bant usul alan makinelerde
retilirler. Hcre retimi otomatikletirilmi fabrikalarda iyi bir
ekilde imal edilirler. Kiisel hcreler greceli olarak her bir (diren
kayplar karldktan sonra) hcrelerin voltaj 0,7-1 volt dzenine gre
retirler. Kiisel yakt hcresi yoluyla gncel retilen hcre yaklak
olarak yzey alannn dorusal fonksiyonudur.
Fuel cell enerjilerin ticari hcreleri gncel (amperaj) dzeyin
deimesinin kabul edilebilmesi iki kademeli ve drt kademeli
hcrelerin retimi ve ulamndaki kstlamalar ortaya karr.
100-Kilowatt Yn
Gelitirilen yksek voltaj, seri halde balanm hcre ynlar ekil
olarak belirtilmitir. Yn tasarmndaki dikkatli olunacak hususlar;
her bir hcreye manifolddan dzenli gaz datmn, hcrede sktrma ve
mekanik btnlkte ynn yksek iletim scakl korumaldr. Fuelcell
enerjisinin ticari megawatt snf g santrallerinde yaklak 340 hcre
ynlarn iinde bulunmaldr.
Her bir 10 hcre gruplamas arasnda i reformu gelitirmek iin zel
catalyst-containing hcresi olmaldr. Her bir yn yakt, hava ve
elektrik iin birbirine bal olmalar gerekmektedir.
O zaman eitli ynlar yerde gemicilik ve tesisat iin btn ilgili
balantlar ile fabrikalarda imal edilen truck-transportable modlleri
ile birletirilirler. Elektrik santralinden faydal g, yerde
modlerinin saysn birletirilerek elde edilir. Fuelcell enerjisinin
megawatt snf elektrik santrali her bir drt yn kapsayan bir veya iki
modl bulunmaktadr.
DFC elektrik santralleri bottom dnmne ihtiya olmadan kk
boyutlarda yksek elektriksel verim oranlarn baarabilir.
Srekli ileyen batarya veya elektro kimyasal motor olarak
tanmlanan niteler hcrelerine sk sk yakt alm yaparlar. Yakt hcreleri
rnnn gcn yanma yoluyla ve dnme sonucu alan makineler ve bataryalara
kar beeni salamtr. Hidrojen ile oksijen atomlarn iine alan yakt
;yakt hcrelerine elektriin verilmesiyle hidrojen iyonu ayrmaktadr.
Bataryalar periyodik olarak doldurulmas gereken yakt ve oxidizeri
hangi nedenlere gre salayacan olutururlar. Dier taraftan yakt
hcreleri dardaki sistem ve rnn gc ierikleri tarafndan tedariklenir.
Ancak yaktn tedariklenmesi korunduu taktirde salanmaktadr.
Kimyasal reaksiyon sonucu ortaya kan rn ya hidrojen ya da
oksijen zellii gsteren iyonlardan birisi hcrenin iki elektrotunda
yakt olarak kullanlmaktadr. Bu iyonlar elektrolitin ierisinden
geirildiinde fosforik asit veya karbonat oksijen atomu ile
tepkimede bulunur. Sonu olarak her iki elektrottan kanlar scaklk,
su buhar ve elektrik akmdr. Bu elektrotlarn boyutuna gre elde
edilebilirlik deimektedir. Her elektrot ifti veya hcre iin voltaj
1.23 volt elektro kimyasal olarak snrlar. Hcrelerde istenilen g
dzeyine ulancaya kadar ylmalar oluur. Pratik uygulamalar iin yakt
hcre geliiminde byk abalar harcanarak performans ve kullanm sresi
ile dk maliyetli paralarn kullanm sayesinde ekonominin geliimine
katkda bulunacaktr. Saf hidrojen ve oksijen tepkimeleri yaygn fosil
yaktlar ve havann yerini aldlar. Dk maliyet elektrot ve
elektrolitlerin geliimini kolaylatrd. Mhendislik, materyallerin
dzelmeleri ve retim ilemleri sayesinde imdi retilen yakt hcreleri
daha gl mrleri uzun ve kullanm bedelleri dktr.
almalarn sonucunda fabrika retiminde yer alan g jeneratrlerinin
llmesi deiik boyutlu alan makinelerin otomatiklemesini
salamtr.[13]5. YAKIT PL SSTEM
5.1 Yakt Pili Nedir?
Yakt pillerini anlamann en kolay yolu onlar normal pilin kuzeni
olarak dnmektir. Her ikisi de elektro kimyasal reaksiyonlarla
elektrik retir. Aralarndaki fark yakt pilinin, yakt kaynandan
durmadan elektrik retmesidir. Ama pilin arj edilmesi gerekir. Sonu
olarak bir yakt pilinin enerjiyi dahili olarak depo etmediinden bir
batarya gibi almaz. Yakt pilleri yakt direk olarak elektrie
evirirken, bataryalarn baka bir d kaynaktan tekrar doldurmas
gerekir.
Bir yakt pili tarafndan elektrik meydana getirmek iin kullanlan
yaktlar hidrojen ve oksijendir. Dnyada en yaygn element olarak
bulunan hidrojen,saf haliyle ok az bulunur. Bir ok yakt pili
sistemleri; yeniden forma sokan ad verilen ve zengin fosil
yaktlarndan hidrojen reten bir para bulundurur. Bu srecin rnleri
geleneksel elektrik retme metotlar ile retilen miktarn yarsndan az
olan karbondioksit ve azotlu oksitin miktardr. Hidrojenin saflk
gereksinimi ve yeniden forma sokma ihtiyac kullanlan yakt pilinin
ekline baldr. Bir yakt pilinde meydana gelen elektro kimyasal
yntemi rnek vermek iin,tipik bir proton deiim zarn rnek vermek
gerekir. Yakt hidrojenin iinde yararl hale geldiinde,yakt pili
etrafa yaylan oksijeni toplar ve hidrojen elektrikle su meydana
getirir. Hidrojen pilin anot tarafnda katalist ile karlar.
Katalistin eritleri,daha sonra harici devre olarak pilden dar kan
hidrojenin negatif elektronlar tarafndan arj olur. ( lamba,ev,motor
rnekleri gibi.) Hidrojen iyonlar ( H+ ) katota ulaana kadar iine
alnan elektrolite doru hareket eder. Katot da hidrojen iyonlar ( H+
) harici devreye doru hareket eden elektronlar ve oksijen molekl
bir araya gelir. Bir yakt pilinde meydana gelen elektro kimyasal
reaksiyona yan rnleri elektrik,su buhar ve sdr. Teorik olarak,su
buhar ekstra hidrojen retmek iin yeniden kullanlabilir. Artan
scaklkta kalorifer sistemi gibi yerlerde kullanlabilir.[12]
5.2 alma PrensibiYakt pilinin alma prensibinin daha kolay
anlalmas iin, kimya derslerindeanlatlan suyun elektrolizi deneyi
hatrlanmaldr. Bu deneyde H biimli bir brettekisuya doru akm
uygulandnda, oransal hacimlerde oksijen ve hidrojene ayrmaktadr.
Elektrik enerjisi uygulandnda su bileenlerine ayrtna gre,mantksal
olarak ilemin ters ynde dzenlenmesi halinde, yani oksijen ve
hidrojeninreaksiyonu sonucunda su elde edilirken, elektrik enerjisi
alnmaldr. Bu tr birreaksiyon ilk defa 1839 ylnda W. R. Grove
tarafndan platin elektrot kullanlarakgerekletirilmitir [6]. Bilinen
s motorlarnda hava ve yakt sisteme girmekte, sistemden yanma rnleri
ve sk olurken i yaplmaktadr. Bir g nitesinin esas amac, yaktn
enerjisini fiyat,performans ve gvenlik seeneklerini de dikkate
alarak, en verimli yoldan iedntrmektir. Byk lde tersinmez olan
yanma ileminde, yaktn kimyasal baenerjisi yanma rnlerinin i
enerjisine dnmekte ve bu enerji bir s makinesindemekanik ie
dntrlerek kullanlmaktadr. Bir s makinesi ile ulalabilecekmaksimum
verim Carnot evriminin verimi ile snrlanm olmakla
birlikte,malzemelerin mekanik ve termik gerilimleri ve
tersinmezlikler nedeniyle, maksimumverimler gerekte % 40 lar
dzeyinde kalmaktadr.Kimyasal enerjinin nce s sonra mekanik enerjiye
dntrlmesi yerine, daha yksekverimle dorudan doruya elektrik
enerjisine (ki bu da termodinamik adan mekanikenerjiye edeerdir)
dntrld yakt pili ise Carnot eviriminin snrlamalarndanbamszdr ve %
60 'in zerindeki termik verimlere ulalabilmektedir.Yakt pilleri
uygulamada, alma scakl, elektrolit tipi ve yakt tipine
gresnflandrlmaktadr [5]. Yakt pilinin alma scakl 150C 'den dkse,
"dkscaklk yakt pili", 500...1000C arasnda ise "yksek scaklk yakt
pili" olarakadlandrlmaktadr. Dk scaklk yakt pillerinin hidrojen
gibi basit yakt ve platin gibiiyi ve pahal katalist
gerektirmelerine kar, yksek scaklk yakt pilleri hidrokarbonyakt ve
daha ucuz katalist kullanabilme potansiyeline sahiptir. Kullanlan
elektrolitasidik veya sv, kat veya sv-kat karm ierisinde alkalin
biiminde olabilir.Kullanlan yaktlar genellikle hidrojen, doal gaz
(metan), metanol ve propandr [7].
ekil 5.1 evre havas ve hidrojen kullanan yakt pili
ekil 5.1 'de, Union Carbide firmas tarafndan gelitirilen, evre
havas ve hidrojenkullanan bir yakt pilinin emas grlmektedir. Pilde,
elektrolit olarak potasyum hidroksit (KOH) eriyii kullanlmakta ve
pil esas olarak i ie gemi gzenekli ikikarbon tpten olumaktadr.
tpten hidrojen ak balad anda pilde elektrikretimi balamaktadr. D tp
ise hava ile temastadr ve bu tpten geerken oksijenhavadan
ayrmaktadr.
H2 |KOH| O2ifadesiyle tanmlanan pilin hidrojen elektrotunda;H2 +
20H- 2H20 + 2e-oksijen elektrotunda;l/2 02 + 2 H20 + 2e- 20H-ve
toplam;H2 + l/2 O2 H20kimyasal reaksiyonlar olmaktadr. KOH 'un
yapsnda herhangi bir deiiklikolmamaktadr.ekil 5.2 'de yakt olarak
metan gaznn ve oksitleyici olarak ta oksijeni kullanan bir yaktpili
emas grlmektedir. Pil esas olarak iki elektrot ile bunlarn
arasndaki elektrolittenolumaktadr. Temas yzeyini artrmak amacyla
elektrotlar gzenekli bir malzemedenyaplmtr. D devrede elektronlar
anottan katoda doru akmaktadrlar.
ekil 5.2 Metan ve oksijen kullanan yakt pili (ematik)Metan gaz
anodun olduu taraftan, oksijen de katodun olduu taraftanpile
girmektedir. Elektrolitin yakt veya oksijen tarafna gememesi iin,
gazbasnlarnn elektrolit iersinde kabarck karmayacak dzeyde olmas
gerekmektedir.
Anot ile elektrolit arasnda;CH4 + 2H2O CO2 + 8H+ + 8e- (1)8H+ +
202 + 8e- 2H20 + 2H20 (2)eklindedir. Pilde yakt ile oksijen
moleklleri arasnda dorudan temasbulunmamaktadr. Elektrotlar, yakt
molekllerindeki yrngelerinden yanmarnlerindeki yrngelerine ancak d
devreden geerek ulaabildiklerinden, ddevrede i yaparak enerjileri
azalm olarak katoda gemektedirler. Katoda ulaanelektronlar,
elektrolitten geerek katoda ulaan iyonlarla birlikte yanma
rnlerinioluturmaktadrlar, buradan da aka anlalaca gibi, anot ile
katot arasndakipotansiyel fark sresince elektrik akm olacaktr ki bu
da termodinamikte i demektir. 5.3 Basit Yakt Pilleri Hesaplamalar
Yakt pilinden elde edilebilecek maksimum i;Wt = - AG (3)ve pilin
ideal verimi;
i = Wmax / hf-o (4)ile hesaplanabilir [8]. Burada;AG : sv
rnlerin oluum gibbs fonksiyonu deiimi, kJ/kmolWmax : yakt pilinden
elde edilecek maksimum i, kJ/kmol yakt, hf-o : sv rnlerin oluum
entalpisi, kJ/kmol dur.Pilin elektrik potansiyeli ; = Wmax / Qe ,
(5)
ve d devreden geen elektrik yk Qe;Qe = e.NA.ne (6)eitlikleriyle
hesaplanabilir. Burada;
e : elemanter yk (1,6022. 10-19 coulomb/elektron),NA: avogadro
says (6,02217. 1026 elektron/kmol elektron)ne : elektron mol
miktar, kmolve Faraday says;F = e . NA = 96487 kJ (kmol.
volt)yazlrsa, pilin elektrik potansiyeli (volt olarak); = Wmax /
96487 ne (7)olur. Yukardaki eitlikler kullanldnda, rnein bir
hidrojen-oksijen yakt pilininideal verimi 0,83 kutuplar arasndaki
elektrik potansiyeli 1,23 V bulunmaktadr.Gerekte elde edilen
gerilim deerleri, ilemlerin tersinmezlii nedeniyle buhesaplamalarla
belirlenenden bir miktar kk olmaktadr.Yakt pillerinin verimlerinin
artrlmas;a. Gaz yakt-elektrot-elektrolit temas yzeylerinin artrlmas
(r. gzenekli elektrot kullanm),b. Elektrotlarla birlikte veya
elektrotlar zerinde katalistleriri kullanm,c. Daha uygun
elektrolitin bulunmas,d. Basncn artrlmas,e. Scakln artrlmas,f.
Uygun yaktn ya da yakt deiikliinin salanmas,
gibi faktrlere bamldr. 5.4 UygulamalarYakt pili kullanan ve
aratrma amacyla imal edilen ilk tat, yakt pili ve bataryakullanan
hybrid bir tattr. Yakt pili ile batarya birbirine paralel balanmtr.
Yaktpili, kararl sr g kayna ve batarya arj iin kullanlrken;
batarya, ilk hareket vehzlanma iin geici olarak ilave g
salamaktadr. Bataryadan olabilecek ters akm,bir diyotla
nlenmektedir.ekil 5.3 Metanol ve havay kullanan fosforik asitli
yakt pili[9]
ekil 5.3'te ematik olarak grlen fosforik asit (H3PO4)
elektrolitli yakt pili, gnmzdeteknolojik olarak en fazla
gelitirilmi olan yakt pili olarak tanmlanmtr [9]. Pilin,evre havasn
kullanabildii ve baz ilave elemanlarla, metanol gibi
yaktlardanhidrojen elde ederek kulland, yakt aknn, solenoid uyarml
valf ile yakt piliakmna baml olarak kontrol edildii bildirilmitir.
15 kW gcndeki byle bir pilinakm voltaj grafii ekil 5.4 'da
verilmitir. Pilin arlnn 237 kg, hacminin 0,25 m3olduu, atmosferik
basnta ve 177 C alma scaklnda, 87 voltta 181 amperverdii, pilin g
dzeyinin, eleman says veya aktif yzey alan ile deitirilebildiiifade
edilmitir.
ekil 5.4 15 kW ' lk yakt pilinin metanol ve voltaj deiimi
grafikleri [9].ekil 5.5 de, Lynn ve arkadalar [9] tarafndan imal
edilen, 20 kW gcndeki 0,129 m2eleman yzeyli bir yakt pili ile
birlikte 48 elemanl, 4,8 kWh (20 h de) lik kurun asitbatarya
tarafndan glendirilen Prestolite MTC tipi 7 1/4" motoru tarafndan
tahrikedilen GM-X otosunun, tahrik gc ve diren gc erileri
grlmektedir.
ekil 5.5 GM-X otosunun tahrik ve diren karakteristikleri
[9].Maksimum tahrik gcn veren tahrik ve diren gc erilerinin kesime
noktas,transmisyon oran ile kontrol edilerek deitirilmektedir.
Motor hz/tat hz orannnartrlmas maksimum hz azaltmakta ancak, yksek
motor hzna baml olarak buhzdaki motor verimi artmaktadr.GM-X otosu
esas alnarak yaplan bir bilgisayar simlasyon almasnda, iki
deiikekonomik hz iin seilen yakt pili, batarya ve elektrik motoru
kombinasyonu ile elde edilen, performans karakteristikleri farkl
iki simlasyon sonucu ortaya karlmtr.Sz konusu almada elde edilmi
olan deerlerden bazlar, Tablo 5.1 'de verilmitir.Palm Desert
ehrinde yrtlen bir projede, yakt pili ile glendirilen drt
adetelektrikli deney tat kullanlmakta, bu tatlar iin gerekli
hidrojenin retiminde gnepanelinden yararlanld bildirilmektedir
[3].Tablo 5. 1 Yakt Pili le Glendirilen GM-X Otosu [9].96
km/hekonomik hz
11 2,6 km/hekonomik hz
Arlk (src+yolcu), kg
1650
1800
Son aktarma oran
5,05
4,36
rpm/(km/h) (4. vites)
43,5
37,9
Maksimum hz (alan zayflamas ile), km/h
110
125,5
Tekerlek gc, kW
19,3
27,4
Ekonomik hzdaki tekerlek gc, kW
14,6
20,9
Yakt pili gc, kW
19,4
27,1
Metanol yakt ekonomisi, * 1/100 km
Maksimum hzda
11,1
13,7
Ekonomik hzda
10,2
12,4
0-48 km/h hzlanma, s
4,8
5,4
0-80 km/h hzlanma, s
13,4
15,6
0-96 km/h hzlanma, s
24,6
20,9
Ortalama metonol-tekerlek gc verimi, %
29,1
29,5
' Metanoln st sl deeri benzinin yaklak yars kadardr.Amerikan
Enerji Blm (The U.S. Department of Energy - DOE), Ford Motor
veInternational Fuel Cells firmalar ile ortaklaa, otomotiv
uygulamalarnda kullanlacakve iten yanmal motor tahrik sistemleri
ile arlk, hacim ve fiyat bakmndan rekabetedebilecek, sfr emisyonlu
bir yakt pili g sistemi teknolojisi gelitirmek zerealmalar yapmtr.
Proje sonucunda ktlesi 300 pound (136 kg), hacmi 8 ft3 (0,07m3)
olan ve bir otomobilin motor kompartmanna kolayca uyabilecek
yapdaki gsisteminin aadakileri baard belirtilmitir [1]:* Bir hava
kompresr kullanmadan 50 kW 'tan fazla elektrik gc retendnyann ilk
direkt-hidrojen yakt pili g sistemi* Hafif arlktaki orta boy bir
otomobili glendirecek kadar g retimi* Kompresr ihtiyacnn
giderilmesiyle sistemin basitletirilmesine bal olarak,yardmclara
olan g gereksiniminin azaltlmas ve sistemin enerjiverimliliinin
artrlmas* Yksek yakt ekonomisi (geleneksel motorlarn iki kat)* Sfr
kirletici retimi (geleneksel otomobilden 100 kat daha temiz alma)*
Petrol olmayan yakt kullanm* Petrol ithalatna bamlln azaltlmasDOE
ayrca, Arthur D. Little ile birlikte be yllk bir program
tamamlayarak, benzin,metanol, etanol ve doal gaz gibi deiik yaktlar
kullanabilen bir yakt pili sistemigelitirdiini duyurmutur. Bylece
var olan yakt datm sisteminin deiimine degerek kalmayacaktr. 5. 5
Yakt Pilleri eitleri
5. 5.1 Fosforik asitli yakt pilleri ( PAFC )
PAFC elektrolit yerine fosforik asit kullanlr. Bu ticari anlamda
en ok gelimi yakt pilidir. Bunlar bir ok uygulamalarda ( rnein
hastaneler, oteller, ofisler, okullar vb. ) kullanlmaya balanmtr.
Ayrca otobs gibi geni tatlarda da kullanlmaktadr. PAFC nin verimi %
40 tr. PAFC nin iletme scakl dizisi 400 C dir. nk fosforik asit dk
scaklklar da kt iyonik iletkendirler ve dier materyaller rnein
karbon ve platin gibi yakt pillerinde kullanlan maddeler yksek
scaklklar da kararsz hale gelebilir. PAFC ler bu scaklk aralnn
tesindeki deerlerde verimli olarak almazlar. Avantajlar karal
elektrot, yksek oranda fosforik asit deiebilirlii, verimli anot
performansdr. Dezavantajlar verimsiz katot performansdr.
5. 5. 2 Proton deimeli zarl yakt pilleri ( PEMFC )
PEMFC yaps PAFC ninkiyle ayndr . Fakat PEMFC ler dk scaklklarda
da nispeten alrlar yaklak 200 0F dir.bunlar yksek g younluuna
sahiptirler ve g taleplerinde deiiklikleri karlamak iin hzl bir
ekilde klarn deitirebilirler.
5. 5. 3 Dkme karbonatl yakt pilleri (MCFC )
MCFC elektrolit yerine alkali metal karbonat (Li , Na , K )
kullanlr. Bununla beraber alkali metal karbonat,elektrolit gibi
almas iin likit fazda olmaldr. Bu piller yaklak 1200 0F gibi yksek
scaklklarda alrlar. Yksek alma scakl elektrolitin yeterli
iletkenliini salamas iin gereklidir. MCFC ; PAFC ler den sonra
ikinci retim yakt pilleri olarak gsterilir.
MCFCler yksek ileme scaklndan ve elektroltin yapsndan dolay PAFC
lerden farkldr. MCFC lerin yksek ileme scakl mevcut yaktlarn
kullanlmasnda ve tm sistemde max verimin elde edilmesi iin nemli
yararlar salar. Fakat bu yksek scaklk uzun mrl almalar iin uygun
materyallerin seiminde kstlamalar getirir.
5. 5. 4 Kat oksitli yakt pilleri(SOFC)
Bu tr sistemlerde kat, ve gzeneksiz metal oksitelektrolitler
kullanlr. Metal eelektrolit normalde zirkon tozunun stabilizesinde
ki SOFC nin retilmesinde kullanlr.Bu piller yaklak 1800 oF
scaklklarnda alrlar. Bu yksek ileme scaklklar i geliime izin verir,
kinetik enerjiyi destekler ve yksek kaliteli s retir. SOFC
bileenlerinin kat hal karakteri pil konfigrasyonunda snrlama olmad
anlama gelir. Yaplabilen dizayn ve uygulama yaymlar gibi verilen
kriterlere gre pilleri biimlendirmek mmkndr. SOFC lerin retim
verimleri % 60 a yaklar.
5. 5. 5 Alkalik yakt pilleri (AFC)
AFCde elektrolit yerine alkalik potasyum hidroksit kullanlr.
Verimleri % 70 lere ulaabilmektedir.[14]
6.YAKIT PLLERNN KULLANILMA NEDENLER VE YARARLARI
6.1 evresel Yararlar
6.1.1 Yksek yakt imkan
Bir elektro kimyasal reaksiyon yoluyla yakt dorudan enerjiye
evirmesi nedeniyle yakt pilleri ayn miktarda yakttan dier
geleneksel yaktlara oranla daha fazla g salarlar. Bu dorudan oluum,
daha az yaktn tketilmesi ve eer s fazlas deerlendirilirse yakt pili
sistemine dayanlarak % 30 a % 90 daha byk etkiler salanmas eklinde
sonu verir. Yanma temelde enerji oluumu nce yakt Carnotun
Termodinamik kanunu tarafndan snrlanm sya evirir ve sonra hareket
salayan yada bir trbini dndrecek enerjiyi reten mekanik enerjiye
evirir. Yanmann oluumundaki dier safhalar enerjinin s, srtnme,
deime kayb eklinde aa kmasna neden olarak dk yzeysel etkiler
eklinde ortaya kar.
6.1.2 Dk emisyonlar
Yakt hidrojen olduu zaman ;su, s ve elektrik, elektrik reten bir
yakt pilinde, karbondioksit, nitrojenoksit , slfroksit ve doasnda
fosil yakt olan belirli maddeler yerine elektrokimyasal reaksiyonun
yan rnleridir.
Fosil yaktlar tekrar hidrojene dntrldnde karbondioksit,
azotoksit, slfroksit ve ayn yaktn yaklmasyla retilen dier
kirleticilerin yaylmnn bir fonksiyonudur.
6.1.3 Sanayilere bal olarak oluan evresel zararn azaltlmas
Yenilenen kaynaklardan hidrojen retildiinde yakt pilleri,
dnyadaki fosil yaktlarnn kartlmasyla oluan evresel zarar
engellerler. Hidrojen aktlrsa geriye yalnzca su braklarak
buharlaacaktr. nk hidrojen havadan daha hafiftir. Fakat bu fosil
yaktlardaki ya ve benzeri atklar dnyadaki evre kirliliinin dramatik
en etkili sebebidir.
6.2 Yakt Pillerinin Mhendislik Alanndaki Yararlar
6.2.1 Yakt esneklii
Yakt pilleri hidrojeni ynetebilir ya da hidrojenden dntrlm,
gnmzde kullandmz herhangi bir fosil yakt ynetebilir.
6.2.2 Yksek g younluu
bir yakt pilinin meydana getirebilecei g miktar verilmi bir
hacimde genellikle kilowatt / litre eklinde verilir. Bu rakamlar
ykselmeye devam ediyor nk fabrikatrler saygn rnleri zerinde aratrma
ve geliime devam ediyorlar.
6.2.3Dk iletme ss ve basks
Yakt pilleri 800Cden 10000C ye kadar ilerler. Bu yakt pilinin
cinsine gre deiir. Bu rakamlar ok yksek gibi grne bilir fakat iten
yanmal motorlarda bu deer 2300 OC ye ulaabilir.
6.2.4 Yer esneklii
Yakt pilleri sessiz hareket, sfr emisyon ve istee gre deiebilme
zellikleriyle hem ticari hem ahsi aralarda
kullanlabilirler.Yaplarnn msait olmasndan dolay arata istenilen
blgeye yerletirilebilirler.
6.2.5 Kojenarasyon yetenei
Yakt hcresinin elektro kimyasal reaksiyonu sonucu oluan atk su
ss snma ve soutma ss olarak kullanlr. Kojenarasyon yetenei
sayesinde, yakt pili sistemi tarafndan kazanlan deerler % 90na
ular.
6.2.6 Ar yklemeye kar verdii abuk tepki
Bir yakt pilinden daha fazla enerji elde etmek iin sisteme daha
ok yakt gnderilir. Yakt pilinin ar yklenmesi aracn gaz pedalna daha
fazla kuvvet uygulanmas ekliyle olur. Aracn ani olarak yksek
devirlere kmas ok abuk salanabilir. Bylelikle daha fazla yaktla
daha ok g elde edilir.
6.2.7 Mhendislik kolayl:
Yakt pillerinin hareket eden paralar yoktur. Hareket eksiklii
daha basit bir dizayn, yksek gvenirlilik ve baarszla daha az
urayacak bir sistemdir.
6.2.8 Evdeki Cihazlarn Kullanmnda Enerji Gvenlii Salamas
Yakt pillerinden yararlanlarak oluturulan hidrojen yaktlar kmr
gasifikasyonu ile retilebilir. Doal gazlardan reforme edilip foto
voltaik ve rzgar gibi yenilebilir. Kaynaklardan su elektrolizi ile
retilebilir. Bu yerli enerji yabanc ticari borlarmz azaltr ve
dnyada politik olarak sabit olmayan lkelere olan ballmz azalmay
salar. Modern halkn diledikleri hayat tarz iin fosil yaktlarn
tketimi snrl bir kayna bitirmektedir. Evrende en bol element olan
hidrojenin tedarii limitsizdir. Hidrojen ekonomisine geiin
balamasyla, halk petrol yetersizliine bal karklardan yerli enerji
gvenlii ve byk bir endstri buluuyla saknabilecekler.
6.3 G Hatlarndan Bamsz Olma
Yakt pili sisteminin kullanm insanlarn doann bozulmasndan, g
ykmlarndan ve yaral ebekeyle birletirildiinde kanlmaz olan voltaj
dzensizliklerinden kurtulmasn salar. Bu nemli g bozukluklarn dan
herhangi biri hassas bilgisayar sistemlerine,elektronik aletler ve
insanlarn sahip olmak istedikleri yaamn kalitesini harap eder.
6.4 Yakt Pilleri ve Geleneksel Piller
Pillerle karlatrldnda,yakt pilleri arlkta bir azalma ve youn
paketleriyle kullanl bir enerji nerirler. Yakt pillerindeki gc
ykselmek iin daha fazla yakt sisteme ilave edilir. Bir pilin gcn
arttrmak iin daha fazla pil sistemin arlna,gcne ve fiyatna ilave
edilmek zorundadr. Bir yakt pili asla durmaz, yakt olduu srece
elektrik retmeye devam eder. Bir pil durduu zaman harcanan elektrii
yeniden doldurmak iin uzun ve zor bir zaman olmas gerekir.[12]
7. YAKIT PLLERNN KULLANILMASIYLA OLUAN SYAS ve EKONOMK
GELMLER
7.1 Genel Tarif
Yakt pilleri 160 yllk gemie sahiptir. 1830larda Sir William
Robert Grove adndaki galli avukat o zamana kadar bilinen
elektrolizi tersine dndrerek elektrii meydana getirdi. O zamanlarda
toplumun ok az teknolojik potansiyeli vard ve yakt pilleriyle
ilgilenmiyordu. ten yanmal makine Almanyada gelitirildii zamanlarda
ok byk ve sonsuz grnen petrol dnyann her tarafnda kefediliyordu. Bu
fosil yaktn yaam balangcyd ve halkn byk bir blm makinelerini
altrmada ucuz enerji kullanmn benimsemilerdir. Yanc fosil yaktnn
zararlarnn grlememesi ve tketim kaynaklarnn azalmas bugnk yakt
telana sebep olmutur. Groveun buluu ,o dnemde yaayan insanlarn iten
yanmal makine ve petrolden daha ok memnun etmitir.
Fosil yaktlar ve iten yanmal makineler Grovun zamanndan bugne
kadar bu kritik durumu srdrd ve muhtemelen gelecekte de bunu
srdrecek. Fosil yaktlarnn tkenmesi Groveun buluunun nemini
arttracaktr. Akademisyenler,bilginler ve uzmanlar doal kaynaklarn
kesin olarak bitecei gnn belirlenmesi zerinde tartyorlar. Btn
tartmalarn ortak konusu tketim oranlarnn art ve fosil yaktlarnn
snrl bir kaynak olduudur. Bu demek oluyor ki bu kaynaklar
tkendiinde sonsuza kadar kaybolacaktr. Bu nedenle aratrmaclar
yaktlarn tamamen yok olaca gn hesaplamaya almaktadrlar. Ancak son
zamanlardaki tketim oranlarndaki belirsizlik bunu imkansz
klmaktadr. Bu belirsizlik gelimekte olan lkelerin yksek hayat
standartlarna ulamak isteiyle doru orantda artmaktadr ve bunun doal
bir sonucu olarak ta tketim artmaktadr. Fakat genel kanlar
gsteriyor ki insanlar istese de istemese de 5 ila 50 yl iinde bu
kaynaklar bitmi olacaktr. Bu olay enerji fiyatlarna ve enerji
gvenliini tehdit etmektedir. Aslnda bir dier sorunda talep edilen
yksek yakt fiyatlarnn tm dnyaya yaylmasnn douraca karklktan nasl
kanlacadr. Bunu cevab hidrojen ve yakt pillerinin hidrojen tabanl
bir ekonomiye geiinde uygun bir balang olduudur.
7.2 evresel Kayglar
Hidrojen ve yakt pili son zamanlarda basnda byk ilgi gryor.
evresel kayglar halkn enerji kullanmn dikkate alarak, fosil
yaktlarnn neden olduu kresel snma ve kentsel hava kirlilii farkl
endstriler aranmasn zorunlu hale getiriyor. Yakt pilleri ve onlarn
azaltlm veya tamamen yok edilmi atklar enerji kullanmna bal hava
kirliliini aza indiriyor. Hav kirliliinin azalmas sonucu balca
metropolitan ehirlerdeki kirlilie bal salk artlarnn gelimesi ve
orada bulunan insanlarn yaam kalitesinin artmas salanmtr.
Bir ok devlet yneticileri evresel retimi ve kentsel hava
kirliliine nem verdiler. Californiada ,Massachusettste,New York ta
ve Delawerede ,ahsi blgelerinde sk boyutlarda hava kirliliini
azaltma karar aldlar. Bu alanda baarl olabilmek iin araba
fabrikalarn kendi mandalar altna aldlar. Kendi blgelerindeki toplam
araba sat yzdesini en aza yada sfra indirgeyeceklerdir. Piyasa son
yllarda bu kanuna gre 4 ila 5 milyon aras ara retti. Araba
reticileri iin bu piyasa fazla kazanl ve dier benzer evresel
yasalar kabul etmek iin fazla genitir.
7.3 Yerli Enerji Gvenlii Birleik Devletler yakt ihtiyacn tedarik
etmek iin dier politikalar istikrarsz ve politik olarak yakn
olmayan lkelere son derece bamldr. Birleik Devletler Enerji Odasnn
raporlarna gre, Birleik Devletler ihtiyac olan petroln %50 sinden
ounu ithal etmekte ve bu grn 2020 ylyla % 65 lere ykselmesi
bekleniyor. Dnya baznda yakta olan arz her yl % 2 artmakta 20202de
bu arzn % 65 e kmas beklenmektedir.yakt hcrelerinin kendinden var
olan esneklii ve yine kendiliinden hidrojen retebilme zellii yabanc
enerji kaynaklara olan bamllkta bir de neden olmutur. Daha byk
ulusal enerji gvenlii askeri kuvvetlerin bir blm u an Basra
Krfezindeki ve yabanc ticaret borcundaki d gz nnde bulundurarak
enerji hisselerini korumak iin tetikte beklemektedirler.
ou insann petrol denilince aklna benzin ve dier yaktlar gelir.
Petrol ve onun hidrokarbon oranlarnn bir ok eyle birbirine bal
olmas bugn bizim olduu gibi kabul ettiimiz eylerdir.plastikler,
kimyasallar , gbreler ve dier ok gerekli rnler petrole ve onun yan
rnlerine dayanr. Kstl ve srekli azalan bir kaynaktan yararlanlrken
soru u kekli alr : Bu kaynaktan nasl en iyi ekilde yararlanlr? akla
gelen cevap ise; baka alternatifi olmayan yerler iin kullanmaktr.
Kimyasallarn evrelerinde, gbreler ve dierleri iin petrol yerine
kullanabilecek baka bir ham madde yoktur. Enerji konusunda
alternatifler vardr.
Bu alternatifler iinde yenilenebilenleri kapsar. Bunlar hidrojen
bir enerji tayc olarak orta dzeyde enerji depo eder ve doal
gazlarda dahili olarak elde edilen hidrojen veya ok kullanlmayan
zamandaki ok ilek elektriktir. Hidrojen iin en geni engel paralarn
bahane olmadan yenilenme ile baa kmaktr. Bu problem endstri ve
devletin gerekli yatrm yapmad taktirde hi bir ekilde baa klabilecek
bir program deildir.
7.4 Elektrik Endstrisindeki Yeniden Dzenleme
Birlemi Milletlerdeki yarar endstrisi radikal bir deiim
geiriyor. Tek elden ynetilen bir endstrinin , imdi mteri seimine ve
yarmaya izin vermek iin ekli deitiriliyor. Bu yeni dzenleme
tketicilere elektriklerinin nasl retildiini ve bireylere olarak
enerji kullanmlarnn evrede nasl bir darbeye neden olacan semelerine
izin verir. Yakt pili emisyonlar ve etkideki art byk oranda
azaltmak iin fosil yaktlarnn hidrojen retimi yada sfr emisyon ve
hidrojen reterek yenilebilir bir enerji sistemi ile , birletirilen
tamamen yenilebilir enerji kaynana frsat sunuyor.
Yeniden dzenleme ve yakt pilleri retilen tesislerin yaylmas iin
frsat yaratyor. retimdeki datm elektriin kullanlaca yerdeki
elektrik retimi iin endstri dnemidir.retimdeki datm byk sermaye
masraflarn , fabrika karlarndan yararlanmay ve yararl ebeke iin
geerli model olan datm sistemindeki merkezletirme ile iletimdeki
kayplar birletirmeyi engeller.Yakt pilleri durgundurlar , kirlilii
en alt seviyeye indirirler ve geleneksel retim metotlarna zarar
verilmesine izin vermezler.
Bir enerji hizmetleri irketi iin bir yakt pili g tesisi gerekli
olduu yerde etkili ve evresel kapasitesi ile kullanl bir metottur.
Uluslar aras olarak enerji talebini gelecek on yl sresince % 50
orannda artmas bekleniyor. Yararl ebekelerin yapmnda yakt pilleri
ve retilenlerin datmlar hcresel fonamene gitme altnda gelimekte
olan milletlere izin verilecektir. Gelimekte olan bir ok lkede
ounlukla telefon hatlar yoktur. Yerine hcresel kuleler dikilmi ve
insanlar bu hcresel telefonlar yoluyla iletiim kurmaktadr. Buda
telefon teknisyenlerinin her yere ve yapta telefon hatlar ekmekten
saknmalarn salamaktadr. Yakt pilleri, gelimekte olan lkelere daha
kk toplum ve endstriyel retim sitelerini kurmak iin ans tanma
konusunda ayn etkiye sahip olabilirdi. Bu byk apl kamu
dzenlemelerinden , verici sistemlerinin birlemelerindeki maliyetten
ve de fosil yakt enerji tesislerinin kirliliinden kanlmasn salar. (
Hidrojen ayrml petrol hattnn sadece1/4 kadar harcama gerektiriyor
ayn zamanda eit enerji dalmn gerekletiriyor.)
7.5 Borsa
Finansal danmanlarn tavsiyeleri zerine yada gece haber
programlarndaki aklamalara bal kalarak yakt pili irketleri son
zamanlarda yatrmclar tarafndan byk ilgi gryor. Geleneksel olarak
enerji sektr gemite fazla dikkat ekmedii iin olduka sabittir. imdi
ve gelecekte 1930lardan beri teknoloji ve endstri yaplarnda
grlemeyen byklkte nemli gelimeler yakt pili irketleri tarafndan
sunulan rnlerce tamamiyle dzenlenecektir. Mevcut gelimeler ve kamu
endstrilerinin son anonslar ile birlikte btn byk otomobil fabrikas
sahipleri yakt pillerinin iten yanmal motorlarn yerini alabilecei
dncesi ile yakt pilleri adna borsadaki yatrmlarn ykselttiler.
7.6 Ekonomik Geliim
Halkn hidrojen ekonomisine geiiyle yakt pilleri ve hidrojenin
bir ok yeni meslek yaratmada byk rol olur. Fabrikatrlerin yakt
pillerinin imalat, dizayn ve tahlili iin iilere, elemanlara ve dier
ilgili ekipmanlara duyaca gereksinim yeni hizmet frsatlarn
bollatracaktr. Dier hidrojen rnlerine devredilen alanlarda ,
depolama ve baka ilgili yan dallar ekstra meslekler douracaktr. Bir
Enerji ubesi almas yalnzca California da yakt pili retim
endstrisinde, sfr emisyonlu yakt pilli otomobillerin 700.000 den
fazla kiiye i olana salayabilecei sonucuna varld. Wisconsin Energy
brosu tarafndan ynetilen bir alma ise yenilenebilir bir enerjinin
bulunuu ile meslek kapasitesinin, fosil yaktlarnn yaratt mevcut
meslek kapasitesinden kat daha fazla olacan ortaya koymutur.
7.7 Sonu
Yakt pilleri ve hidrojen arasndaki ba gl tarihi gemie sahiptir.
Tarih iinde insan olunun enerji kullanm yaktlarn kimyasal
dzenlemelerindeki yksek hidrojen oranlarna ve dier rakiplerinin
azalmasna doru bir hareketlilik gsterir.(Odunun sonra kmrn ve
petrolle doal gazn kullanm halkn yakt kullanmnda izledii basit bir
hidro karbon zinciridir. Yakt trnn deimesi ile, fosil yaktlarn
meydana getirdii kirlilikte byk orana sahip olan karbonun ou
ayrtrlm oldu.Yakt pillerinin ve hidrojenin yaratt evresel uyan,
fosil yakt stoklarnn kanlmaz bir ekilde yok olmas ve ekonomik
ynetimdeki sesi ile borsadaki iyimserlii sayesinde
hzlanmtr.[12]
8. SON YILLARDA RETLEN YAKIT HCREL TAITLAR* "Gator" yakt
hcresiyle glendirilmi ara 1996 da tamamland. 10 kW'lk PEM
yakthcresi yeni yakt hcresi teknolojileri iin hidrojen hava ile
glendirilmitir. Enerjiortaklar ve Inc. Deere & company birlikte
bu konuyu gelitirmeye almlardr.(Tablo 8.1)
Gyaktsistemi
PEM YaktHcresi
YaktHcresiG k
10kw
Max.AraHz
15 mph
AraMenzili
80 mil
Doldurmazaman
5 dakkika
Motortipi
40 VDC
Ara ykSnr
1200 Ibs
Araarl
1325 Ibs
letim
5 vites
MotorGc
11lbs
HidrojenDepolama
800 scf3000psig
asireticisi
JOHNDEERE
Tablo 8.1 Gator Yakt Pilli Ara zellikleri
* "Genesis" sfr emisyonla tayc , Enerji Ortaklar ve Western Golf
Gar tarafndantasarlanan prototip gelitirilmektedir. Bu PEM yakt
hcreli glendirilmi ara 1995' tetamamland. 16 mph hzla, 8 yolcuyu 3
saatten fazla konforlu bir ekilde tayabiliyor.Hidrojen yakt
deposunu yeniden doldurmak iin 15 dakikaya ihtiya duyuyor.
Sistemhidrojen ve oksijenle alan 7.5 kW lk seri bal PEM yakt
hcrelerini ierir.(Tablo 8.2)
Gsistemi
PEM yakthcresi
YakthcresiG k
7.5kW
Max. Arahz
15 mph
Aramenzili
45 mil
Doldurmazaman
15 dakkika
Motortipi
VDC
Ara yksnr
1200 Ibs
Motor Max.Hz
4000 rpm
iletim
DirektSr
Motorgc
10 hp
Hidrojen depolama
250 scf3000psig
asireticisi
E-z-Go
Tablo 8.2 Genesis yakt pilli aracn zellikleri
* Green Car Enerji ortaklarn tarafndan tamamen gelitirilen
hidrojen yakt hcresihibrid g sistemi ile teknolojik gsteri aracdr.
Bu otomobil dncesi, dnya kirliliini etkileyen ve bir ksm Enerji
Ortaklar tarafndan 1993'te gelitirlen projeyleortaya kt. Tamamlanan
g kayna, consulier asinin gelimi karma paralarndankurulmutur.(Tablo
8.3)
Gsistemi
HibridF/C Pil
YaktHcresiG k
15kW
Mas. AraHz
60 mph
Aramenzili
60 mil
Doldurmazaman
15 dakkika
Motorgc
35 hp
Motortipi
DCsrtnmesi
Motor hz
4000 rpm
iletim
5 vites
Araarl
3000 Ibs
HidrojenDepolama
413 scf@3000psig
asireticisi
consulier
Tablo 8.3 Green Car irketinin rettii ara
* Honda, FCX-V3'te yakt hcresiyle kontrol sistemlerini birbirine
entegre etmeyibaarmtr. Daha kompakt yapl bir motorla donatlan
FCX-V3'te drt kii rahatlklaseyahat edebiliyor. nceki prototiplere
gre sata sunulmaya daha uygun yapda olanFCX- V3'te gelitirilmi bir
ilk altrma sistemi kullanlm. Ayrca motorun dahasessiz almas salanm.
Saf hidrojenle alan Honda FCX-V3'n 100 litrelik deposu,250 atmosfer
basnla dolduruluyor. Yakt dolumu iin okzel bir pompa sistemi
gerekli .
FCX-V3, yeni gelitirilen ultra-kapasitr ve yksek basnla
depolanan hidrojenle alan, Ballard Power Systems tarafndan retilen
yakt hcresiyle hareket ediyor.Yakt hcresi yapsnn, mkemmel dzeydeki
devaml elektrik retimiyle, ultra-kapasitrn gl ve ani elektrik
boaltma kapasitesi birletirilerek kalk ve hzlanma performans
gelitirilmi. Kendi kendine enerji retebilen sistem, dearj srasndaki
kayplarn azaltlmas ve dier veriler birletirilerek, dk yakt tketimi
ve verimli bir enerji ynetim sistemine ulamaya katkda
bulunmu.FCX-V3. Honda'nn evre korumaya ynelik dk emisyonlu otomobil
zerindekialmalarnn son rn. Ancak FCX-V3 tek bana gelitirilmi bir
ara deil.Honda'nn uzun yllardr gelitirdii bamsz teknolojilerin bir
araya getirilmesindenoluuyor. rnein motor ve yryen aksam
teknolojisi EV Plus adl elektrikliotomobilden tanm. Motor ynetim
sistemi hibrid otomobil Insight'tan, yksekbasnl yakt deposuysa doal
gazla alan ivic GX prototipinden alnmzellikleri : Maksimum hz: 130
km/s , Maksimum tork: 238 Nm , Arlk: 1.750 kg, Motor tipi: Srekli
manyetik senkron A , Maksimum g: 60 kw * Nissan, California yakt
hcresi programnn katklaryla, 50 adet binek otomobil ve otobsten
oluan ara filosunu yollara karmaya hazrlanyor. Nissan'n yakt hcreli
otomobili methanol sistemiyle alyor. Bunun nedeniyse methanoln
pratik ve kolay retilebilmesi.* GM bnyesindeki Opel'in rettii yakt
hcreli Zafira saf hidrojenle alyor.Yarnn otomobili olan yakt hcreli
Zafira, 75 HP gcnde seviyeli elektrik motoruna sahip.5 kiilik
oturma alanna sahip olan ara 140 km/s son srate ulayor. Bir depoyla
menziliyse 400 km.
* BMW, hidrojenle alan otomobil projesini hayata geirebilmek iin
dier otomobil reticileriyle ortaklk grmeleri balatt. BMW Ynetim
Kurulu yesi Burkhard Goesched, BMW'nin alternatif yaktlarla alan
otomobil konusuna gsterdii hassasiyeti belirterek, bu konuda ortak
alabilecekleri bir otomotiv .
BMW daha nce test amacyla California'ya hem benzinle, hem de
hidrojenle alan 10 adet ara gndermiti. Bunun nedeniyse,
California'da halen dnyann en zorlu emisyon kurallarnn uygulanyor
olmas. BMW'nin test amacyla gnderdii aralarn arka koltuklarnn
altnda; sfrn altnda scaklkta depolanan ve 140 litrelik hidrojen
ieren tanklar bulunuyor. Fakat aralar bu yaktla ancak 350 km yol
kat edebiliyorlar. Gnmz teknolojisi ile hidrojenle alan
otomobilleri seri retime dahil edebilmek sanld kadar kolay deil.
Bunun pek ok nedeni var. Bunlarn banda gelen sorun ise hidrojen
retiminin benzine gre ok daha masrafl olmas. Ayrca hidrojenin
otomobillerde kullanlabilmesi iin -250 derecede depolanmas
gerekiyor. Dier byk bir skntysa hidrojen motorlarnn ya yakma
nedeniyle, atk olarak nitrojen oksit ve karbon monoksit gaz retiyor
olmalar. Bu nedenlerden dolay otomotiv reticilerinin daha uzunca
bir sre hidrojen motorlar zerinde almas gerekiyor.
* Toyota rn gamnn en evreci modeli olacak olan elektrikli RAV4
ubat 2002'de Amerika'da sata sunuyor. lk olarak Kaliforniyallarn
huzura kacak olan modelin ksa srede tm Amerika'ya yaylaca tahmin
ediliyor. Aslnda elektrikli RAV4'n hikayesi yeni deil. Toyota,
RAV4-EV isimli evreci otomobilini 1997 ylndan beri zel amalar iin
kullanlyordu. Fakat rnn kusursuz olarak tketici nezrine
sunulabilmesi iin gerekli alt yapnn olumas beklendi. Bugn Amerika
genelinde tam 900 servis elektrikli otomobillere her trl destei
verebilecek ekilde yaplandrlm durumda... Toyota'nn artk tek hedef
kalyor o da Amerikal tketicinin yabanc olmad bu pazarda liderlik
mcadelesi verebilmek. Gelecek yl ubat aynda sata sunulacak olan
RAV4-EV'nin en nemli zellii egzoz emisyon oran gibi bir ekipmana
sahip olmamas! Toyota Amerika Pazarlama Mdr Ernest Bastien,
piyasadaki ilk elektrikli otomobil olacak olan RAV4-EV ile
Toyota'nn evreye olan duyarlln bir kez daha kantladn belirtiyor.
Bastien, 'RAV4-EV yzde yz temiz bir otomobil ile SUV'un
pratikliliini birletiren bir ara olacak' diyor. RAV4-EV'de 67 HP g
reten bir elektrikli motor grev yapacak. Otomobili maksimum 78 mil
hza ulatrabilecek olan bu motor ile RAV4-EV'nin 80 ile 100 mil
arasnda deien bir menzile sahip olmas bekleniyor. Balangta
42.000$'lk yksek bir fiyata sahip olmas beklenen RAV4-EV'n evreyi
kirletmemesinden tr baz vergi indirimlerine tabii tutulaca ve bu
nedenle sat fiyatnn ksa srede 30.000$'a kadar decei tahmin
ediliyor. Bu fiyata ev arj nitesi de dahil olacak.
* GM, 60'l yllardan beri yakt hcresi teknolojisi zerine alyor.
lk nce Amerikan Uzay Projesi'nde grev alan retici, 1964 ylnda ilk
yakt hcresinin tasarmn tamamlam. Uzay mekiklerinde kullanlmas
ngrlen bu teknoloji, 1968 ylnda otomobillere de uygulanm ve bu
ekilde otomotiv sektrnde ilk yakt hcreleriyle alan otomobil
tasarlanm. Bugn Precept modelinde kullanlan yakt hcreleriyse devam
eden teknolojinin 10'uncu nesil yakt hcreleri, kullanlan yakt
elektrokimyasal reaksiyonlarla srekli olarak elektrik enerjisine
evire bilme zelliine sahip. Birok farkl yaktla alabilen bu
hcrelerde benzin gibi yaktlar da kullanlabiliyor. Bu yaktlardan,
ierisinde bulunan hidrojen gaz ayrtrlarak dardaki havadan alnan
oksijen gazyla reaksiyona sokularak enerji retilebiliyor.
GM'un 10. nesil hcrelerindeyse yakt olarak direkt hidrojen
kullanlyor. Ayrca yaplan dzenlemelerle aracn yakt ikmali 5 dakikada
yaplabiliyor. Precept'te kullanlan yakt hcreleri 400 hcreden
oluuyor ve 260340 volt arasnda gerilim retiyor. Elde edilen gse
daha etkileyici: lt yakt bana 1kW. Tasarlanan yakt hcreleri dk
basnlarda oksijen ve hidrojen gazlaryla alabiliyor. Bu sayede gaz
basncn artran kompresr daha sessiz ve daha az enerji harcayarak
alabiliyor. Yakt hcreleriyle alan Precept'in performans verileri de
olduka gze arpyor. Aracn benzinli bir araca gre karlatrmal
verilerine gre Precept, 100 km'de 2.35 it yakt tken bir ara kadar
yakt tketiyor ve bir depo yaktla 805 km'lik bir menzile sahip
oluyor. Otomobilin 0-100 km/s hzlanmasysa 9 saniyenin biraz zerinde
gerekleiyor.
GM'in yllardr devam eden aratrmalarnda byk ilerlemeler
kaydedilmi. Buna rnek olarak yakt hcrelerinin -20 derece santigrat
scaklkta bile alabilmesi salanm. Bunun yannda bir stma sistemi
tasarlanarak aracn ok daha abuk olarak yksek performansta
alabilmesine olanak tannm.
Ayrca otomotiv sektrne hizmet veren baka reticilerle ibirlii yap
larak yakt hcreleri teknolojisinin uyumluluk sorunlar byk lde zlm.
Bu irketlerin arasnda Toyota, Exxon/Mobil ve BP/Amoco bulunuyor.
Toyota'yla imzalanan 5 yllk anlama erevesinde de bu teknolojinin
kullanma uygun hale getirilmesi sreci hzlandrlm. Ne var ki
hidrojenle alan yakt hcreleri hala tam olarak yaygn kullanma hazr
deil. Eskiden hidrojenin depolanmas gibi birok sorunun alm olmasna
ramen bu nun gvenli ve ucuz bir ekilde yaplmas iin srdrlen
aratrmalar hala devam ediyor. te yandan direkt hidrojenle alacak
otomobiller iin hala yakt ikmal sorunu bulunuyor. Ancak GM, Precept
modelini sata sunmak iin arata ilk aamada direkt hidrojenle deil,
benzinden ayrtrlan hidrojenle alan yakt hcreleri kullanan bir g
kayna sunacak. Bu ekilde hem ara cin piyasaya sunulmas salanacak
hem de hidrojen kullanmnn sek trde daha ciddi bir yer edinmesi iin
zaman kazanlacak.
Bu uygulamalarn yansra, Precept modelinin paralel hibrid motor
lu bir versiyonu da sata sunulacak. Bu arata 54 HP g reten 1.3
lt'lik common-rail dizel motorun yannda, lityum polimer
teknolojisiyle retilmi aklerden g alacak 3 zamanl 35 kW g reten bir
elektrik motoru bulunuyor.
* Daimler-Benz'in gelitirdii yakt hcreli ara NECARIII
(NewElectriCar) hidrojenle alyor. Mercedes-Benz A snf baz alnarak
gelitirilen arata, hidrojen retimi iin en uygun yaktn . methanol
olduuna karar verilmi. [15] 9. SONUBalangta uzay aralarn glendirmek
iin gelitirilen yakt pilleri, temiz, grltszve yksek verimli bir g
kayna olarak, gelecekteki otomotiv kullanm iin mitvermektedir. Yakt
pili sistemlerinin geleneksel sistemlerle rekabet edebilmesi iin;
Dk fiyatl sistem elemanlarnn gelitirilmesi iin imalat
teknolojisiningelitirilmesi, Hafif, derli toplu ve ekonomik yakt
(gaz yaktlar iin) depolama sistemteknolojilerinin
gelitirilmesi,gibi zlmesi gereken problemleri bulunmakta,
hidrokarbon yaktlar kullanan, ucuz veverimli yakt pillerinin yapm
iin aratrmalar devam etmektedir [l-4],[10].Halen snrl baz
alanlardaki g ihtiyacn karlamakta olan yakt pilleri,
hidrokarbonyaktlar ve oksitleyici olarak da havay kullanan
tiplerinin gelitirilmesiyle, yakn birgelecekte otomotiv alannda
gnmzn geleneksel g kaynaklarna ciddi bir rakipolabilecektir. Yakt
pillerinin temiz tat teknolojisinde devrim yapaca iddiaedilmektedir
[3]. EMBED PSP6.Image
EMBED PSP6.Image
PAGE 1
_1072180963.bin
_1072180066.bin
