Hidrojen bilinen en basit elementtir ve her hidrojen atomu tek bir protondan oluşmaktadır. Ayrıca evrende en fazla bulunan gazdır. Yıldızlar temel olarak hidrojenden oluşmaktadırlar. Güneş de hidrojen ve helyum gazlarından oluşan dev bir toptur. Hidrojen (H2) havadan hafiftir ve bu nedenle de atmosferde yükselir. Bu özelliği nedeniyle de dünyada element olarak bulunmaz. Yalnızca su (H2O), metan (CH4), kömür, gibi başka bileşiklerin yapısında bulunur. Hidrojen bilinen tüm yakıtların arasında en fazla enerjiye sahip olandır. Normal sıcaklık ve basınçta gaz halinde bulunmaktadır.
Hidrojen Nasıl Elde Edilir?
Hidrojen dünyada gaz olarak bulunmadığından diğer birincil kaynaklardan elde edilmesi gerekmektedir. Sudan, biyokütleden veya doğalgaz moleküllerinden ayrıştırılabilir. Günümüzde en çok kullanılan yöntemler buhar yapılandırması (doğalgazdan hidrojen ayrıştırma) ve elektrolizdir (suyun ayrıştırılması). Bunun dışında hidrojen üreten bazı bakteri ve algler de keşfedilmiştir. Şimdilik buhar yapılandırması en ucuz yöntemdir. Ancak bu yöntemde birincil kaynaklar olarak fosil yakıtlardır kullanılır ve bunlar da küresel ısınmaya neden olurlar. Elektroliz yöntemiyle ise yenilenebilir kayaklardan elde edilen elektrikle su ayrıştırılabilir. Şimdilik bu yöntem daha pahalı olduğundan stratejik alanlarda kullanılmaktadır.
Hidrojenin Kullanımı
Türkiye’de üretilen hidrojenin neredeyse tamamı rafinaj ve metallerle yiyeceklerin işlenmesinde kullanılmaktadır. Dünyada hidrojen ayrıca NASA tarafından uzay araçlarında ana yakıt olarak yıllardan beri kullanmaktadır. Sıvı hidrojen yakıtı uzay aracını bir yörüngeye gönderir. Yakıt pilleri de denen hidrojen pilleri, aracın elektrik sistem-lerine güç ve su ihtiyacını sağlar. Bu esnada açığa çıkan tek ürün saf sudur; bunu da araçtaki mürettebat içme suyu olarak kullanır. Hidrojen yakıt pilleri elektrik üretirler. Bunlar çok verimlidir, ancak üretilmeleri şimdilik çok pahalıdır. Günümüzde yakıt pilleri laptoplarda, cep telefonlarında ve askeri uygulamalarda kullanılmaktadır.
Araçlarda Hidrojen
Bugün dünyanın birçok yerinde hidrojen yakıtlı araç bulunmaktadır. Çoğu araç elektrik motorlu otobüs ya da arabalardır. Motor için kullanılan elektrik yakıt pilleri tarafından sıvı ya da gaz olarak depolanmış olan hidrojen kullanılarak üretilir. Bu araçlardan çok azı hidrojeni direkt yakarak kullanır. Bunlarda çevre kirliliği neredeyse sıfıra yakındır. Hidrojenli araçlar yavaş yavaş laboratuarlardan yollara taşınmaktadır, ancak teknolojinin oturması ve ucuzlaması için henüz önümüzde en az 10 yıl bulunuyor.
Hidrojenin Geleceği
Temiz bir enerji yakıtı olarak hidrojenin gelecekteki önemi tartışılamaz. Hidrojenin, enerji alanında daha büyük bir rol oynamasından önce, altyapının oluşturulması gerekiyor. Özellikle hidrojenin depolanması ve taşınması önemli. Ayrıca ekonomik yakıt pillerine ihtiyaç duyulmaktadır. Elbette toplumun da bu teknolojiler hakkında eğitilmesi ve tasarruf bilincini kaybetmemesi gerekiyor.
Hidrojen elektrik üretmek için bir elektrokimyasal reaksiyon içinde yanma olmadan oksijenle birleştirilebilir. Bu reaksiyonun oluştuğu yer elektrokimyasal yakıt hücresi veya sadece yakıt hücresi olarak adlandırılır.Yakıt pilleri temiz, sessiz, hareketli parça içermeyen ve yüksek verimli, doğalgaz veya diğer hidrojen içeren gazlardan elektrik ve ısı enerjisi üretim teknolojisidir. Diğer enerji üretim teknolojilerinden çok farklı olarak yakıt pili, yakıtın kimyasal enerjisini doğrudan kullanılabilir elektrik ve ısı enerjisine dönüştüren elektrokimyasal bir cihazdır. Yakıt pilinde doğrudan birincil enerji kaynağı olarak, hidrojen kullanılabileceği gibi, dönüştürme yapıldığı takdirde, doğalgaz, LPG, metanol, nafta veya benzin gibi hidrojen içeren yakıtlar da kullanılabilmektedir. Yakıt pilinde gerçekleşen dönüşüm pil ya da akümülatördeki dönüşüm ile benzerdir. Yakıt pili ile bunlar arasındaki temel farklılık ise, yakıt pillerinin enerji dönüşümünü yakıt ve oksitleyici sağlandığı sürece gerçekleştirebilmesidir. Diğerlerinde ise bu dönüşüm içlerinde depolanmış enerji ile sınırlıdır. Yakıt pili 3 temel kısımdan meydana gelir. Anot (negatif elektrot), katot (pozitif elektrot) ve bu iki elektrot arasında kalan elektrolit (değişim zarı).
Hidrojen Yakıt Pilleri Nasıl Çalışır?
Hidrojen anot elektrota, oksijen ise katot elektrota gönderilir. Anot elektrota gönderilen hidrojen molekülü, anot üzerinde yer alan kanalcıklardan geçerken elektron bu molekülden ayrılır ve molekül iyon yapıya dönüşür. Elektron geçişine izin vermeyen elektrolit yalnızca hidrojen iyonunun geçişine ve katot elektrota ulaşmasına izin verir. Elektron ise harici bir devreden katoda iletilir. Katotta buraya gönderilen O2 elektrolit üzerinde gelen hidrojen iyon ve dış devreden gelen elektron reaksiyona girerek çevrim tamamlanır. Açığa ise emisyon olarak saf su çıkar. Dış devre üzerindeki elektron hareketi ise elektrik akımını oluşturur. Bu akım direkt (DC) bir akımdır. Reaksiyon sonucu ayrıca ısı enerjisi de elde edilir. Yakıt pillerinde reaksiyon hızını arttırmak için katalizör kullanımı da söz konusudur.
Yakıt pilinde anot, katot ve elektrolitten oluşan her bir birime “Membran Elektrot Grubu” (MEA) denir. Her bir MEA’den sağlanan elektriksel gerilim değeri 1.2 volt seviyelerinde iken bu değer gerçek değer olarak 1 voltun altına düşer. Yüksek gerilim elde etmek için ise her bir MEA seri olarak bağlanır ve istenilen gerilim düzeyine ulaşılır. Bu sisteme Yakıt Pili Ünitesi adı verilir. Daha yüksek akım elde etmek içinse temelde yüksek akımlara ulaşmak için reaksiyona giren molekül sayısını arttırmak gereklidir.Bu ise anot,katot ve elektrolit yüzeylerinin arttırılması ile sağlanır. Teorik hidrojen yakıt pili teorik hücre gerilimi ise 1.229 volttur. Gerçekte ise bu gerilim, kayıplar nedeniyle 1 voltun altına düşmektedir. Dolayısıyla gerçek verimde teorik verimin altında olmaktadır. Yakıt pilinin verimi yüksek olduğu kadar enerji yoğunluğu da yüksektir. 2 MW’lık bir güç istasyonu 20 m²’den daha az bir alana kurulabilir. Bu durumda elektriğin tüketicilerin bulunduğu kentlerden uzakta üretilmesine gerek kalmamaktadır. Böylece santrallerden kullanıcılara kadar uzanan binlerce kilometrelik iletim hatlarına, aradaki transformatörlere de gerek kalmamaktadır. Ayrıca iletim hatlarında ortaya çıkan elektrik kayıpları da engellenmektedir.
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder