Alternatif Enerji Kaynakları Hidrojen ve Bor Enerjisi

Klasik enerji kaynaklarına alternatif olarak sunulan kaynaklardır

Çağımızın en büyük tehditlerinden olan küresel ısınma ve fosil yakıt rezervlerinin hızlıca tükenmesi ve bunlara paralel olarak durmak bilmeyen akaryakıt zamları bilim adamlarını mevcut enerji kaynaklarına alternatif olabilecek yakıtları araştırmaya yöneltmiştir. Bu yapılan araştırmalar ise yenilenebilme özelliğine sahip, temiz ve doğada bol miktarda bulunan yeni alternatif enerji kaynaklarının kullanım alanlarının yaygınlaşmasını sağlamıştır.

Bugün kullandığımız enerjinin büyük bir kısmı fosil yakıtlardır. Fosil yakıtlar milyonlarca yıl boyunca çürüyen bitki, hayvan, dinozor vb. canlılar ve basınç etkisinin birleşimi ile oluşmuştur. Oluşmaları oldukça uzun bir süre aldığı ve tüketimleri de çok daha hızlı şekilde gerçekleştiği için bu yakıtlar için kısa vadede yenilenebilir olarak adlandırılmazlar. Kaynaklarının azalması ve buna bağlı olarak fiyatlarının sürekli yükselmesinin yanında yakılmaları sonucunda çevreye de zarar vermektedirler.

Yenilenebilir enerji ise sürekli devam eden doğal süreçlerdeki varolan enerji akışından elde edilen enerjidir. Yani kaynağı asla tükenmediği (sürdürülebilir olduğu) gibi, doğal süreçlerle ortaya çıktığından çevreye üzerinde yarattığı etkiler önemsiz bir seviyede kalmaktadır.

•Yenilenebilir enerji enerji üretirken ortaya çıkan atıkların, ekoloji için herhangi bir zarar teşkil etmemektedir. Şimdiye kadar enerji üretimlerinde kullanılan kaynakların, insan sağlığı ve çevre duyarlılığı açısından zararlı sonuçlar oluşturması nedeniyle, doğa ve insana zarar vermeyen, atık olarak çevreye salındığında tekrar kendini yenileyebilen enerji kaynakları arayışına girildi. Enerji üretiminde hala çevreye zararlı kaynakların kullanımının devam ediyor olması nedeniyle, bu kaynakların yerine konulması düşünülen ve araştırılan diğer kaynaklar, alternatif enerji kaynakları olarak adlandırıldı.

• Alternatif enerji kaynakları, yenilenebilir enerji, güneş ışığı, rüzgar. yağmur, gel-git ve jeotermal ısı gibi yenilenebilir ve sürdürülebilir doğal kaynakları kullanarak elde edilen enerjidir.

HİDROJEN• Doğada bileşikler halinde bol miktarda bulunan hidrojen serbest

olarak bulunmadığından doğal bir enerji kaynağı değildir. Bununla birlikte hidrojen birincil enerji kaynakları ile değişik hammaddelerden üretilebilmekte ve üretiminde dönüştürme işlemleri kullanılmaktadır.

• Hidrojen karbon içermediği için fosil yakıtların neden olduğu çevresel sorunlar yaratmaz. Isınmadan elektrik üretimine kadar çeşitli alanların ihtiyacına cevap verebilecektir. Gaz ve sıvı halde olacağı için uzun mesafelere taşınabilecek ve iletimde kayıplar olmayacaktır.

• Hidrojen gazı çeşitli yöntemler aracılığı ile (su, güneş, rüzgar, dalga, biyokütle vb) elde edilebilmektedir. Hidrojen üretimi çok maliyetli olması sebebiyle üretimi çok rahat sağlanamamaktadır. Bugün bu alanda sürdürülen çalışmalar ile bu enerji maliyeti düşürülmeye çalışılmaktadır .

HİDROJEN ENERJİSİ

Hidrojen, Güneş ve diğer yıldızlardaki tepkimeleri gerçekleştirilen ve yanabilme özelliği olan gazdır. Patlayarak yanan hidrojen gazı ürün olarak su oluşturur. Oluşan su, tekrar uygun kimyasal yöntemlerle hidrojen ve oksijen gazlarına dönüştürülebilir. Dolayısıyla hidrojen enerjisi, çevreyi kirletmeyen ve sürdürülebilir bir enerjidir.

• Hidroliz’in tersi reaksiyon ile üretilen enerjidir.• Saf su açığa çıkarken kullanılan elektronun

enerjisidir.• Yenilenebilir bir enerji kaynağıdır. Çevreye

zararsızdır.

• Elektriğe 20. yüzyılın enerji taşıyıcısı, hidrojene 21. yüzyılın enerji taşıyıcısı diyen çevreler vardır. Hidrojen yerel olarak üretimi mümkün, kolayca ve güvenli olarak her yere taşınabilen, taşınması sırasında az enerji kaybı olan, ulaşım araçlarından ısınmaya, sanayiden mutfaklarımıza kadar her alanda yararlanacağımız bir enerji sistemidir.

• Otomobillerde benzin yerine Hidrojen gazının kullanılması fikri ise 1970’li yıllarda dünyaca ünlü bir Türk bilim adamımız tarafından ortaya atılmıştır. Uluslararası Hidrojen Enerjisi Teknolojileri Merkezi’ni (ICHET) kuran Prof. Dr. Nejat VEZİROĞLU, o yıllarda yaşanan “petrol krizi” sonrası Hidrojen enerjisinin kullanımını öne sürmüş ve bunu bir dava bilerek yıllarca mücadele vermiştir

Hidrojenin Motorlarda Yakıt Olarak Kullanılması

•Hidrojen, petrol kökenli motor yakıtlarına oranla birçok önemli avantaja sahip bulunmaktadır. Bunlar:

•– Yüksek alev hızı ve tutuşma yeteneği,•– Düşük ateşleme enerjisi gerektirmesi,•– Geniş tutuşma ve yanma sınırları,•– Yüksek ısıl değer ve termik verim,•– Kirletici egsoz gazı emisyonlarının azlığı,•– Sahip olduğu yüksek oktan sayısı nedeni ile vuruntuya karşı

dirençli olması,•– Benzin ve dizel ile birlikte çeşitli karışım oranlarında çift

yakıtlı motor olarak çalışabilme olanağına sahip olması,

Hidrojen Nasıl Elde Edilir?

•  Hidrojen gazı elde edilme yöntemlerinin en önemlisi suyun elektrolizi ile oluşur. Suyun elektrolizi

H2O → H2 +1/2O2 •şeklinde gerçekleşir. Bu tepkime için dışardan

elektrik enerjisine ihtiyaç vardır.

Hidrojen Gazından Elektrik Üretimi

•Hidrojen gazından elektrik çeşitli şekillerde olabilir ancak iki önemli reaksiyon vardır.

•♦Yakma ile elektrik üretimi: Hidrojen yanıcı bir maddedir. Benzin ve doğalgaz gibi yakılabilir. Hidrojen gazı için hidrojen gaz türbinleri ve içten yanmalı motorlar mevcuttur.

•♦Yakıt Pili Olarak Kullanma: Hidrojen ve havadaki oksijen birleştirilerek elektrik akımı elde edilebilir.

Hidrojen Gazının Depolanması

♦ Basınçlı gaz olarak depolanması♦ Sıvı olarak depolanması♦ Metal hidrid şeklinde depolanması

• Hidrojenin yakıt olarak kullanılmasının önündeki en büyük engellerden biri depolanmasındaki güçlükler. Hidrojen, elementler arasında en küçük atom çapına sahip olması nedeniyle diğer maddelerden yapılmış kaplarda gaz halinde depolanamıyor. Hidrojen atomları, kabın atomları arasındaki boşluklardan kolayca kaçabiliyor. Bu nedenle hidrojen, metal hidrür tozlarına soğurularak depolanıyor. Metal hidrüre bağlı hidrojen gerektiğinde ayrıştırılarak kullanılabiliyor

•Hidrojen içten yanmalı motorlarda doğrudan kullanılabilir. Ancak motorun özel olarak tasarlanmış olması gerekir. Çünkü hidrojen gazı yandığında oluşan basınç çok fazladır ve motorun parçalanmasına sebep olabilir. Bu yüzden bilim insanları hidrojen gazını doğrudan içten patlamalı motorlarda yakmak yerine yakıt pillerine odaklanmışlardır. Yakıt pilleri mobil uygulamalarda kullanılacağı gibi elektrik santralleri içinde uygun güç sağlayıcılarıdır.

BOR ENERJİSİ •Bor kristal iken siyah renkli, sert

ve katı haldedir. Amorf durumda ise toz halde ve siyah renklidir. Bor tabiatta serbest olarak bulunmaz. Bor elementi, doğada 150’den fazla mineralin yapısı içinde yer almasına rağmen, ekonomik anlamda bor mineralleri kalsiyum,sodyum, magnezyum elementleri ile hidrat bileşikleri halinde teşekkül etmiş olarak bulunur.

Bordan Yakıt Eldesi

•Yakıt eldesi yönteminde; sodyum borhidrit’in suyla karıştırılması sonucu elde edilen sıvı, “yakıt” olarak kullanılmaktadır. Söz konusu yakıtın kimyasal reaksiyonu:

Bordan Yakıt Eldesi Teknolojisinin -- Avantajları

1) Kullanılan karışımın içinde çözelti halinde bulunan sodyum borhidrit ve sodyum metaborat çözeltilerinin yanıcı olmaması,

2) Tepkimenin kolayca kontrol edilebilmesi, 3) Kullanılan hidrojenin yarısının sodyum borhidrit’ten diğer yarısının ise sudan

alınması (100 gr sodyum borhidritten 21 gr H2), 4) Katalizörün defalarca kullanılmaya uygun olması

5) Reaksiyon sonrası ortaya çıkan sodyum bor tuzunun kolaylıkla yeniden sodyum borhidrit üretiminde kullanılabilmesi,

6) Sodyum borhidritte ağırlık/enerji oranının benzindeki orana yakın olması. Bu yeni yakıt sistemi, yüksek enerji yoğunluğu, mükemmel güvenlik özellikleri, tutuşmaz, alev almaz ve olumlu çevresel etkiye sahip olması nedeniyle, geliştirilmekte olan yeni enerji üretim sistemleri arasında dikkat çekicidir. Geliştirilen bu teknoloji, taşımacılığın yanı sıra taşınabilir enerji sağlayıcı piller için de uygulanabilir bir teknoloji olarak ortaya çıkmıştır.

Yakıt Pilleri

•Fosil yakıtlar (kömür, petrol, doğal gaz vb.)• Kimyasal ürünler (amonyak, metanol vb.)• Alternatif kaynaklar (biyogaz, atık

malzemeler vb.) Bir reformer yardımıyla elde edilen hidrojenin veya doğrudan hidrojenin oksijen ile elektrokimyasal reaksiyonu elektrik üretilen cihazlardır

•Yakıt pilleri yakıttaki kimyasal enerjiyi herhangi bir enerji dönüşüm prosesi gerekmeksizin elektrik enerjisine yüksek verimle dönüştüren cihazlardır.

Klasik çevrim teknolojisinde, •Verim düşmekte,•Kalabalık bir makina topluluğu gerekmekte ve•Çevre kirletilmektedir

Yakıt pil teknolojisinde ;•Yakıt sağlandığı sürece elektrik enerjisi

üretebilmektedir

Yakıt pili çalışma prensibi

Yakıt PilininAvantajlar: • Yüksek verim ve güç yoğunluğu •Şebekeden bağımsız elektrik üretimi • Enerji dönüştürücüde hareketli parça olmamas• Kompakt modüler yapılı olması• Sessiz olması • Yakıt esnekliği • Uzaktan işletim• Ölçü/boyut esnekliği • Hızlı yük takip edebilme yeteneği

Dezavantajlar:• Halen maliyeti yüksektir •Boyut ve ağırlık problemleri• Yüksek sıcaklık birimlerinin güvenilirliği

gösterilememiştir • Güç üretim endüstrisi için tanıdık olmayan

bir teknolojidir •Yakıt üretim, depolama ve dağıtım

problemleri

Yakıt Pili Modülü

Yakıt Pili- SODYUM BORHİDRÜR•Yakıt pillerinde önemli sorunlardan biri H2 üretmek

ve depolamaktır. Sodyum borhidrür katalitik olarak H2 verir.

Avantajları

•Ağırlıkça % 20 hidrojen depolayabilir • Yanıcı/patlayıcı değildir • Reaksiyon kolayca kontrol edilebilir •Hidrojenin yarısı hidrürden, diğer yarısı sudan

gelmektedir• Katalizör ve sodyum metaborat tekrar

kullanılır