FUEL CELL – Yeni Yakıt Teknolojisi

[mehmethan]

FUEL CELL – Yeni Yakıt Teknolojisi

Enerji ve enerji kaynakları dünyamız için önemli ihtiyaçlardır. Bu konuda yapılan inovasyonlar gelecek için umut vermektedir. İnovatif bir ürün olan Fuel cell, dünyanın elektrik enerjisi üretimi ve taşıt yakıtı problemi için önemli bir çalışma olarak kabul edilmektedir.
Honda ve Yamaha gibi önde gelen motosiklet firmaları Feul Cell teknolojisine dayanan konsept motosikletler üretmeye başladılar bile.


Fuel cell, prensipte pil gibi çalışmaktadır. Ancak, pil gibi bitme problemi ya da yeniden şarj ihtiyacı olmamaktadır. Fuel cell, yakıt verildiği sürece elektrik ve ısı enerjisi üretebilmektedir. Fuel cell, elektrolit çevresindeki iki elektrottan meydana gelmektedir. Oksijen bir elektrottan, hidrojen de diğer elektrot üzerinden geçerken elektrik, su ve ısı oluşturmaktadır.
Fuel cell çeşitleri: fosforik asit, proton değişim membran, eritilmiş karbonate, alkalin, direk methanol fuel cell ve regenerative fuel cell.
Fuel cell'in 2007 yılında 9 milyar $'lık bir talep yaratacağı beklenmektedir.
Bugün ABD'nin enerji bağımlılığı 1970'lerdeki petrol bağımlılığından daha fazladır ve bunun artacağı tahmin edilmektedir.
-Yolcu taşıma araçları tek başına günde 6 milyon varil tüketmektedirler. Bu da petrol ithalatının %85'ine denk gelmektedir.
-Eğer arabaların %20'si fuel cell kullanacak olursa ABD günde 1.5 milyon varil daha az petrol ithal edecektir.
-Eğer ABD'de her yeni satılan araç 60Kw fuel cell kullanıyor olursa, ülkenin elektrik kaynağı iki katına çıkacaktır.
-10,000 araç fuel cell kullanırsa yıllık petrol tüketimi 6.98 milyon galon düşecektir.
Fuel cell'in bir diğer avantajı da temiz ve verimli olmasıdır. ABD'deki araçların %10'unu fuel cell kullacak olursa havayı kirletici maddeler yılda 1 milyon ton azalacaktır.
Bu yeni yakıt teknolojisini daha iyi anlayabilmek için aşağıda verilen linklerdeki animasyonlara bakmanız faydalı olacaktır.

http://www.obitet.gazi.edu.tr/animas...fuelcell/2.htm
http://www.obitet.gazi.edu.tr/animas...fuelcell/4.htm
http://www.obitet.gazi.edu.tr/animas...fuelcell/6.htm
http://www.obitet.gazi.edu.tr/animas...fuelcell/7.htm
http://www.obitet.gazi.edu.tr/animas...fuelcell/8.htm
http://www.obitet.gazi.edu.tr/animas...fuelcell/5.htm

Tarihi
Hidrojen 1500'lü yıllarda keşfedilmiştir. 1700'lü yıllarda yanabilme özelliğinin farkına varılmıştır. Evrenin en basit ve en çok bulunan elementi olup, renksiz, kokusuz, havadan 14.4 kez daha hafif ve tamamen zehirsiz bir gazdır. Güneş ve diğer yıldızların termonükleer tepkimeye vermiş olduğu ısının yakıtı hidrojen olup, evrenin temel enerji kaynağıdır.
1774'te meşhur Fransız kimyager Lavosière hidrojenin ayrı ve en hafif bir eleman olduğunu, yanınca su buharı meydana getirdiğini deneyle gösteriyor. Ona ‘Su doğuran' manasına gelen hidrojen adını veriyor. Bir asır sonra, 1874'te ünlü bilimkurgu yazarı Jules Verne ‘Issız Ada' adlı eserinde hidrojenden söz ediyor. 1973 enerji krizinin başlamasından sonra enerji ile uğraşan bilim adamları çareler aramaya başladı. 1974 Mart ayında organize edilen "The Hydrogen Economy Miami Energy (THEME)" Konferansının açılış konuşmasında T.Nejat Veziroğlu fosil yakıtların tükenmesine ve bunların çevreye verdiği zararların önlenmesine çözüm olarak "Hidrojen Ekonomisi /Hidrojen Enerji Sistemi "fikrini ilk kez ortaya atıyor.
Hidrojenli yakıt pillerinden yüksek randımanlı (termik santrallerin 2 misli randımanla) elektrik üretmek mümkündü; elektrik jeneratörü imal eden firmalar hidrojene ilgi göstermeye başladı. Hidrojen çok temiz bir yakıt, hiç çevreyi kirletmiyor; otomobil firmaları ilgi göstermeye başladı. Nükleer enerji ile termo - kimyasal yöntemlerle % 60 randımanla hidrojen üretmek mümkün; halbuki nükleer santrallar elektriği ancak % 30 randımanla üretebiliyorlar; dolayısıyla atom sanayi hidrojene ilgi duymaya başladı. Hidrojen Enerjisi fikrinin ortaya atılmasından sonra ilk çeyrek yüzyıl içinde mühendis ve bilim adamlarının yaptığı araştırma ve geliştirme sayesinde Hidrojen Enerjisi Sisteminin temeli atılmış oldu. 21. yüzyılın başında da hidrojen enerji sistemine dönüşüm başladı.

Neden Hidrojen?
Fosil yakıtlar dediğimiz kömür, petrol, doğalgaz gibi yakıtlar çevreye zararlıdır ve kullanımları bir çok problemi beraberinde getirmektedir. Bu problemler iklim değişikliği, karbondioksitin artması, kutuplarda buzulların erimesi, denizlerin yükselmesi, hava kirliliği, deniz kazalarında petrolün denizlere akması, sahillere zarar vermesi. Bütün bu problemler Rio zirvesinde görüşüldü. Hidrojen tüm bu problemlere ilaç teşkil ediyor.
Hidrojende alevsiz yanma mümkün, fosil yakıtlarda mümkün değil. Hidrojende kimyasal dönüşüm mümkün, fosil yakıtlarda mümkün değil. Hidrojende elektro dönüşüm mümkün, fosil yakıtlarda mümkün değil.
Hidrojen ısı enerjisi elde etmekte % 20 daha randımanlı. İçten yanmalı motor kullanıldığında hidrojen %18 daha randımanlı. Yakıt pili, elektrik motoru kullanırsak hidrojen %50 daha randımanlı. Ses altı hızdaki uçaklarda hidrojen % 18 daha randımanlı. Ses üstü hızdaki uçaklarda hidrojen % 28 daha randımanlı. Aynı işi yapabilmek için daha az hidrojen kullanılıyor. Ve dünya ortalaması hidrojen %26 daha randımanlı. Burada muhtelif yakıtları emniyet bakımından mukayese ediyoruz. Bunun da neticesi, en emniyetli yakıt hidrojen, ikincisi doğalgaz, en tehlikeli yakıt ise benzin veya petrol. Sonuç olarak; en hafif yakıt hidrojen, en iyi araç yakıtı hidrojen, en verimli yakıt hidrojen, en temiz yakıt hidrojen, en ekonomik yakıt hidrojen, en dönüşebilir ve yenilenebilir yakıt hidrojendir. Yani bütün olarak en iyi bağlayıcı sistem hidrojen enerji sistemi oluyor. Biliyorsunuz evrende en çok bulunan madde %92 hidrojendir, fakat hidrojen dünyada serbest olarak fazla bulunmuyor. Bizim hidrojen madenimiz sudur.

İdeal Yakıt Hidrojen
Enerji yakıtı, ideal olarak:
- Kolayca ve güvenli olarak taşınabilmeli,
- Taşınırken enerji kaybı hiç veya cok az olmalı,
- Her yerde kullanılabilmeli ve depolanabilmeli(Örneğin sanayide, evlerde, taşıtlarda),
- Kendini yenileyebilmeli, tükenmez olmalı,
- Temiz olmalı,
- Birim kütleye yüksek kalori değerine sahip olmalı,
- Değişik şekillerde kullanılabilmeli (Örneğin kimyasal yolla veya doğrudan),
- Güvenli olmalı,
- Kolaylıkla ısı, elektrik, mekanik enerjiye dönüşmeli,
- Çevreye hiç zarar vermemeli,
- Çok hafif olmalı,
- Çok yüksek verimle enerji üretebilmeli,
- Karbon içermemeli,
- Ekonomik olmalıdır.
Bu özellikleri sağlayak yakıtın olmadığı düşünülebilir. Ancak hidrojen enerjisi bunları sahiptir veya bu özelliklere en yakınıdır.
Hidrojen, Direkt Yakıt Olarak Kullanılabiliyor
Hidrojenin benzersiz özellikleri onu hareketli güç üretimi uygulamalarında da hem içten yanmalı hem de elektrik motorları ile çalışan araçlarda kullanılabilir kılmaktadır.
Kara Araçları
Üstün çevresel özellikleri dışında hidrojenin fakir yanma özelliği nedeniyle şehir içi dur-kalk şeklindeki sürümlere çok uygundur. Japon Mazda şirketi Hidrojenin Wankel motorları için en uygun yakıt olduğunu açıkladı. Hidrojen yakıt hücreleri, akülü elektrikli araçlarda bulunan düşük ivme, düşük hız ve kısa menzil sorunların üstesinden gelebilir ve gelmektedir.
Deniz UygulamalarıZararlı kimyasallar çıkarmamaları, sessiz çalışmaları ve yüksek verimlilikleri nedeni ile uzun menzilli olacakları için, Alman Deniz Kuvvetleri gelecek nesil denizaltılarında yakıt hücreli güç üniteleri kullanmaya karar verdi.
Uzay Mekikleri
Bugün hidrojenle çalışan Amerikan uzay aracı uzayı ziyaret ederek yörüngeye izleme ve iletişim uyduları yerleştirmekte, çeşitli bilimsel deneyler gerçekleştirmekte ve uluslararası uzay istasyonunun parçalarını taşımaktadır. Rusya pilot olmaksızın otomatik olarak yere inebilen ve hidrojenle çalışan bir mekik geliştirmiştir.
Uçaklar
Hafifliği ve mükemmel yanma özellikleri ile hidrojen uçaklar için ideal bir yakıttır. 1956 yılında Pratt&Whitney hidrojen yakıtlı bir türbo jet motor geliştirdi. Motor bir B-57 bombardıman uçağına takılarak bazı uçuş verileri elde edildi. 1974 yılından sonra hidrojen yakıtlı uçak çalışmaları arttı. 1988 yılında ilk hidrojen yakıtlı yolcu uçağı Moskova yakınlarında uçtu. Tupolev 155’e biri hidrojen diğeri jet yakıtıyla çalışan iki motor, sıvı hidrojen tankı ve hidrojen besleme ve kontrol sistemi takıldı. Uçak jet yakıtı ile havalandı ve indi, ancak uçuş sırasında hidrojen kullanıldı. Rusya’nın ve Tupolev Enstitüsü şu anda tamamen hidrojen yakıtlı bir süpersonik yolcu uçağı tasarlamakta ve geliştirmektedir. Bir Avrupa şirketi olan Airbus hidrojen yakıtlı hava taşımacılığı üzerine bir araştırma ve geliştirme projesi üzerinde çalışıyor.
Hidrojen Üretimi
Doğada bileşik biçiminde bol miktarda bulunan hidrojen serbest biçimde bulunmadığından, doğal bir enerji kaynağı değildir. Hidrojen, birincil enerji kaynakları ile değişik hammaddelerden (bitkiler, su, kömür veya doğal gaz gibi) üretilebilmekte ve üretiminde dönüştürme işlemi yer almaktadır . Aslında hidrojen kullanımı sonucunda açığa çıkan enerji, üretimi sırasında yatırılan enerjidir. Bu nedenle hidrojenin nasıl üretildiği büyük önem taşımaktadır
Elektrik Üretimi
Westinghouse şirketi 2001 yılından itibaren 1 MW’lık %70 verimli katı oksit yakıt hücreli güç ünitelerini piyasaya sürdü. Kullanım verimliliği dışında hidrojen yakıt pilleri temiz (çıkan yan ürün sadece sudur) ve sessizdirler; Büyük çapta elektrik üretimi için kullanılabileceği gibi, dağılmış halde küçük çaplı üretim için de kullanılabilirler. Bu benzersiz özellikleri nedeniyle hidrojen yakıt hücreleri ile güç üretiminin hızla gelişeceği şüphesizdir.
Hidrojenin DepolanmasıHidrojenin depolanması ile ilgili çalışmalar, hidrojenin daha ekonomik ve emniyetli depolanması yönündedir. Hidrojenin yer altında depolanması, tavsiye edilen ve bazı ülkelerde kullanılan bir yöntemdir. Hidrojenin dağıtım sisteminde ve son kullanım yerinde depolanması gerçekleştirilebilir. Dağıtım sisteminde depolama gaz veya sıvı biçiminde olabilir. Bor esaslı sistemler ana olarak sodyum bor hidrürü esas almaktadır. NaBH4, katı halde ağırlıkça %10,5 hidrojen içermektedir. En kolay Hidrojeni taşıma ve depolama yöntemidir.

ÜÇ ANA UYGULAMA ALANI
Günümüz toplumu birçok potansiyel yakıt pili pazarı vaat etmektedir. Bu uygulamalar normalde üç kategoride incelenir; taşınabilir cihazlar, sabit cihazlar ve taşımacılık.

1-Taşınabilir Cihaz Uygulamaları
Bu kategori ana olarak cep telefonlarını ve dizüstü bilgisayarları içermektedir. Kullanıcı cihazını sanki çakmağını ya da dolma kalemini doldururmuş gibi birkaç saniyede dolduracak ve her dolum günümüz pillerinden 3-5 kat daha fazla enerji sağlayacaktır. Fakat en önemlisi her ikisinin de aynı oranda yer kaplamasıdır. Bu sektör konusundaki gayret o kadar büyüktür ki birçok uluslararası kongrenin neredeyse tek konusu budur. Prototipler piyasadadır ve ilk ticari ürünler de 3-4 yıl içinde piyasaya sürülecektir.

2-“Sabit Cihaz“ UygulamalarıBir jeneratörün yapabileceği her şeyi Hidrojen yakıtlı araçlar fazlasıyla yerine getirir.

3-Taşımacılık Uygulamaları
Bu konu Kara, Hava, Deniz, Uzay araçları kısmında detaylı olarak anlatıldığından burada tekrar yer verilmeye gerek duyulmamıştır.

Dünyadaki DurumHidrojen enerjisi alanında, çeşitli ülkelerin işbirliği sonucu uluslararası programlar başlatılmıştır. 2010 yılına kadar yakıt hidrojenin ticarî kullanımının başlaması beklenmektedir. Almanya, Japonya, İtalya, Kanada, Suudi Arabistan ve ABD’de birçok şirket (şu anda petrol üreten şirketlerde dahil olmak üzere) çalışmalara başlamışlar ve önemli bütçeler ayırmışlardır.

Türkiye’deki Durum
Türkiye'de Adada Hidrojen Projesi: Bu projede nüfusu kışın 3.000, yazın ise 10000 olan Bozca Ada'daki rüzgar enerjisinden istifade edilerek hidrojen üretilecektir. Hidrojen, yerli sanayi ve taşıma için gereken yakıt da dahil olmak üzere ada halkının yakıt gereksinimini gidermek amacıyla kullanılacaktır. Proje direktörü atanmış ve yer seçimi yapılmıştır ve projenin yürütülmesi için gerekli çalışmalar başlamıştır.
İstanbul’da Hidrojen Yakıtlı Otobüsler: Hidrojen, yakıt olarak kullanılması düşünülen en büyük alternatif modeldir. Ülkemizde Prof. Dr. T. Nejat Veziroğlu önderliğinde, İstanbul’da Birleşmiş Milletler Endüstriyel Kalkınma Teşkilatı’na bağlı Uluslararasi Hidrojen Enerji Teknolojileri Merkezi’nin (ICHET) kurulmasını sağlayarak petrol dışı alternatif enerji çalışmalarına katılmaya başlamıştır. Yürütücülüğünü Doç. Dr. Ali Ata’nın yaptığı hidrojeni yakıt olarak kullanan otobüs projesi, ICHET’in ilk projesidir. Projede 12 adet hidrojen yakıtlı otobüsün yer alması planlanmaktadır.
Türkiye hidrojeni taşıyacak: Bir enerji bileşeni olarak bor-hidrür, hidrojenin taşınma, depolanma, patlama gibi tüm risklerini yok eden bir taşıyıcı. Sanılanın aksine bor kendi başına bir enerji kaynağı değil; bileştiği kimyasallar ile bir değer ifade ediyor. Doç Dr. Tırıs bunu şöyle açıklıyor: “Bor-hidrürü bir sünger gibi düşünmek mümkün. Nasıl sıktığınızda içindeki suyu alıyorsunuz, aynı biçimde bora hidrojen depolarsanız, hidrojeni borla taşımak ve almak mümkün.”
Doç. Dr. Tırıs, “Bor kaynağı sadece Türkiye’de var. Hidrojenin dünya pazarlarına güvenli bir şekilde taşınmasına ihtiyaç var, dolayısıyla bu alanda Türkiye’nin bir tekel olması söz konusu. Borun hidrojeni nakil potansiyeli üzerine sadece Türkiye çalışıyor” dedi. Borun taşıma özelliğinden yararlanma üzerine başlatılan iki proje 3 yıl içinde sonuçlanacak.

SONUÇ
Bitkiler, su, kömür veya doğalgaz gibi kaynaklardan elde edilen hidrojen, enerji kaynağından çok bir enerji taşıyıcısı olarak düşünülmektedir. Hidrojen; sanayide, evlerde ve taşıtlarda kullanılabilen bir yakıttır. Ayrıca hidrojen diğer yakıtlara göre pahalıdır ancak hidrojen çağına adım atılmakla maliyetin hızla düşeceği beklenmektedir. Hidrojen kullanımı sonucunda sadece su oluştuğundan hidrojen (özellikle solar hidrojen) kullanımı ile çevresel ve iklimsel kalite iyileşecektir. 2010 yılına kadar yakıt hidrojenin ticarî kullanımının başlaması beklenmektedir. Önümüzdeki çağ hidrojen çağıdır. Hiçbir ülke bu çağdaş gelişimden soyutlanamayacağı için, Türkiye'nin hidrojen ile ilgili bir strateji, bir politika saptaması ve çalışmalara girişmesi gerekmektedir.

KAYNAKLAR: Bu yazı http://www.ttgv.org.tr/tur/06_tekno_...1102001.htm#a4 , http://www.obitet.gazi.edu.tr , http://www.emo.org.tr/ankara/Hidrojen.html adreslerindeki bilgilerden faydalanılarak mehmethan1 tarafından hazırlanmıştır.

[yavuzk2004]

paylaşım için teşekkürler faydalı bir yazı..

[MoToR]

mehmethan1 kardeş ellerine sağlık güzel bir yazı, bakalım biz türkler bunu nasıl değerlendireceğiz

[mehmethan]

eğer bu teknoloji hayata geçerse sanırım Türkiye kilit ülkelerden biri olacak. çünki hidrojenin gerektiği şekilde taşınması için bor madeni kullanılacak. bu durum ülkemize büyük fayda sağlar. ama dünya çapındaki firmaların önce ellerindeki rezervleri, eski teknolojileri satıp bitirmesi gerekiyor sanırım. şu anda fuel cell teknolojisiyle çalışan uçaklar varsa motosikletler ve otomobillerde rahatlıkla çalışır.