Hidrojenin Elde Edilmesi

Hidrojen evrende bolca bulunan bir malzeme olup, tüm maddelerin yaklaşık olarak ¾'lük bir oranını kapsar. Tüm yıldızlar ve birçok gezegen çok büyük miktarda hidrojen ihtiva eder ancak Dünya üzerinde serbest olarak dolaşan hidrojen miktarı çok düşüktür. Atmosferde yaklaşık olarak onbinde 7 oranında bulunur. Bu yüzden hidrojen üretilmelidir. Hidrojenin yerel kaynakları fosil yakıtlar(CxHy) ve su(H2O) olarak gösterilebilir. Günümüzde hidrojen çoğunlukla doğalgaz, petrol ve kömür gibi fosil yakıtlardan üretilmektedir.

Ancak uzay programları dışında şimdiye kadar hidrojen bir yakıt veya enerji taşıyıcısı olarak pek kullanılmamıştır. Bazı kimyasal ve metalürjik uygulamalar ile rafinerilerde ham petrol yükseltgenmesi gibi işlerde kullanılmıştır. Günümüzde dünya çapında yıllık hidrojen üretimi 40 milyon ton(5, 6 EJ) civarındadır. Bir enerji taşıyıcı olarak hidrojen ileriki yıllarda çok daha fazla miktarlarda üretilmeye ihtiyaç duyacaktır.

Fosil Yakıtlardan Hidrojen Üretimi

Doğalgazın Buhar Reformasyonu

Hidrokarbonların(genellikle doğalgaz) buhar reformasyonu hidrojen üretimi için en yaygın, ekonomik ve verimli yöntemdir. Yöntem basitçe 3 ana adım içerir.

1-Gaz Üretim Sentezi 2-Su-Gaz Değiştirmesi 3-Gaz Arıtması

CH4 + H2O » CO + 3H2 ; CO + H2O » CO2 + H2 ; CO + 3H2 » CH4 + H2O

Reformasyon reaksiyonu doğalgaz veya fuel oil'in yanmasıyla oluşan çok güçlü bir endotermik ve enerji sağlayıcı reaksiyondur. Reaksiyon sıcaklığı genelde 700-925 ºC arasındadır. Buhar reformasyon yöntemi verimliliği enerji girişi ve üretilen hidrojen oranı ile hesaplanır ki bu değer yaklaşık olarak %65 ile 75 arasındadır. Üretilen hidrojenin fiyatı yaklaşık olarak 6$/GJ dır.

Parçalı Oksidasyon

Parçalı oksidasyon hidrokarbonları neftyağından daha ağır hale çevirmek için kullanılır. Çok yakında doğalgaz, etanol hatta benzinin parçalı oksidasyon dönüştürücüleri otomobil tahrikinde yakıt hücreleri ile beraber kullanılacaklar. Bu işlemde işlem sıcaklığı yaklaşık olarak 1. 150 ºC ile 1. 350 ºC arasındadır.

Genel olarak parçalı oksidasyonun verimi buhar reformasyonundan düşük olup %50 civarındadır. Hidrojen yaklaşık olarak 10 $/GJ fiyatla üretilebilir.

Doğalgazın Termal Olarak Parçalanması

Doğalgazın termal ayrımı uzun yıllardır değişik ürünler elde etmek için kullanılan bir yöntemdir. Bir metan-hava alevi sıcaklığı 1. 400 ºC'nin üzerine çıkarmak için kullanılır. Yan ürün(siyah karbon) üretebildiğinden dolayı bu yöntem ekonomik olarak oldukça uygundur. Ayrıca hidrokarbonlardan hidrojen üretiminde CO2 emisyonu sağlamayan tek yöntem olması da dikkate alınmalıdır.

Kömür Gazlaştırılması

Kömür gazlaştırılması işleminde toz haline getirilmiş kömür atmosferik basınç altında oksijen ve buhar ile hızlıca parçalanarak oksidasyona uğratılır. Kömür gazlaştırılması işlemi özellikle katı yakıt taşıma gerekliliği ve büyük miktardaki kül atığından dolayı çok komplike bir işlem halini almaktadır. Genel olarak kömür ucuz bir yakıt olmasına karşın kömür gazlaştırma işlevi hidrojen elde etmek için ucuz bir yöntem değildir. Hidrojen üretim fiyatı yaklaşık olarak 12 $ ile 14 $/GJ arasında değişmektedir.

Biyokütleden Hidrojen Üretimi

Biyokütleden hidrojen bir pirolisis/gazlaştırma işlevi ile elde edilebilir. Biyokütle bir reaktör içinde yüksek sıcaklık ve düşük basınç altında işleme alınır. İşlem sonunda hidrojen, metan , CO2, CO ve nitrojen elde edilir. Gaz akımlarının yüksek sıcaklıkta bulunmalarından dolayı hidrojen içeriği artar ve bu işlem sonunda oldukça yüksek saflıkta hidrojen elde edilebilir.

Tüm sistem biyokütle hazırlama birimi ve reaktör dizaynı dışında kömür gazlaştırma santraline çok benzer. Ayrıca biyokütlenin daha düşük kalorifik değerinden dolayı kömür gazlaştırma santralinden daha büyük bir alana kurulmuşlardır.

Sudan Hidrojen Üretimi

Elektroliz

Suyun doğru akım kullanılarak hidrojen ve oksijenlerine ayrılması işlemine elektroliz denmektedir. Hidrojen üretimi için en basit yöntem olarak bilinmektedir. İlke olarak, bir elektroliz hücresi içinde, genelde düzlem bir metal veya karbon plakalar olan, iki elektrot ve bunların içine daldırıldığı, elektrolit olarak adlandırılan iletken bir sıvı bulunmaktadır. Doğru akım kaynağı bu elektrotlara bağlandığında akım iletken sıvı içinde, pozitif elektrottan negatif elektroda doğru akacaktır. Bunun sonucu olarak da, elektrolit içindeki su, katottan çıkan hidrojen ve anot tan çıkan oksijene ayrışacaktır. Burada yalnız suyun ayrışmasına karşılık, su iyi bir iletken olmadığı için elektrolitin içine iletkenliği artırıcı olarak genelde potasyum hidroksit gibi bir madde eklenir.

Suyun elektrolizi için, normal basınç ve sıcaklıkta, ideal olarak 1. 23 volt yeterlidir. Tepkimenin yavaş olması ve başka nedenlerle, elektroliz işleminde daha yüksek gerilimlerde kullanılır. Hidrojen üretim hızı, gerçek akım şiddeti ile orantılı olduğundan, ekonomik nedenlerle yüksek akım yoğunlukları yeğlenmektedir. Bundan dolayı pratikte suyun ayrıştırılması için hücre başına uygulanan gerilim genelde 2 volt dolayındadır.

Kuramsal olarak, her metreküp oksijen için 2. 8 kW-saat elektrik enerjisi yeterli olmakla birlikte, yukarıda özetlenen nedenlerle pratikte kullanılan elektrik enerjisi miktarı bir metreküp hidrojen üretimi için 3. 9-4. 6 kW-saat arasında değişmektedir. Buna göre elektroliz işleminin verimi %70 dolayında olmaktadır. Ancak, son yıllarda bu alanda yapılan çalışmalar ve gelişen teknoloji sayesinde %90 verim elde edilmiştir. Pratikte kullanılan elektroliz hücrelerinde, nikel kaplı çelik elektrotlar kullanılmaktadır.

Elektroliz bol miktarda hidrojen üretimi için fosil yakıt devrinde geliştirilebilecek olan tek yöntem olarak gözüküyor. Su elektrolizinden hidrojen üretimi 50 yılı aşkın bir süredir bilinen basit bir altyapıya sahip olan, verimliliği yüksek ve hareketli parçası olmayan bir sistemdir.

Aşağıda elektroliz reaksiyonu kimyasal olarak verilmiştir.

Katot Reaksiyonu: 2H2O (l) + 2 e¯ » H2 (g) + 2OH¯ (aq)

Anot Reaksiyonu: 2OH¯ (aq) » ½ O2 (g) + H2O (l)

Tüm Hücre Reaksiyonu: H2O (l) » H2 (g) + O2 (g)

Geliştirilen birkaç ileri elektroliz tekniği aşağıda belirtilmiştir;

- İleri alkalin elektrolizler %90'a kadar çıkabilen verimlere sahiptir.

-Katı polimer elektrolitik işlem ise elektrolit olarak proton iletimli bir iyon değişim elemanı kullanır. Bu tip elektrolizörler çok yüksek akımlarda (2 A/cm²) çalışabilirler.

-700-1000 ºC arasında çalışan yüksek sıcaklıklı buhar elektrolizi elektrolit olarak oksijen iyon iletici seramikler kullanır.

Suyun Direk Termal Ayrıştrılması(Termoliz)

Su termal olarak 2000 K sıcaklığının üzerinde ayrılabilir. Bu ayrışma aşağıdaki denklem ile gösterilebilir.

H20 » a H2O +b OH + c H + dO + e H2 +f O2

Ayrışma işleminin sadece % 1'lik kısmı 2000 K de, % 8, 5'i 2500 K de ve % 34'ü 3000 K de gerçekleşir. Gazların karışım ürünü oldukça yüksek sıcaklıklardadır. Bu işlemin en büyük problemi reaksiyonu gerçekleştirmek için gerekli olan malzemelerin bu sıcaklığa dayanamamasıdır. İleriki yıllarda daha yüksek sıcaklıklara dayanan malzemeler bulundukça bu yöntem daha yaygınlaşabilir.

Termokimyasal Çevrimler

Hidrojenin termokimyasal üretimi termoliz için gereken sıcaklıktan daha düşük sıcaklıklarla suyun kimyasal parçalanmasına izin verir. 1960'ların ortalarından bu yana hidrojen eldesi için 2-3. 000 civarında termokimyasal çevrim bulunmuştur. Ancak bunlardan sadece 20-30 kadarı günümüzde hidrojen üretimi için kullanılabilir durumdadır.

Bunlardan bazıları şunlardır;

- Sülfürik Asit-İyot Çevrimi

- Hibrid Sülfürik Asit Çevrimi

- Hibrid Sülfürik Asit-Hidrojen Brömür Çevrimi

- Kalsiyum Bromür-İyot Oksit Çevrimi

Sıcaklığa bağlı olarak değişmekle beraber bu yöntem ile oldukça yüksek (%40-%50) verim elde etmek mümkündür. Ancak kimyasalların saldığı toksik atıklar ve yüksek sıcaklıklarda malzemelerde oluşan korozyon problemi metodun gelişmesi için çözülmesi gereken problemler arasında yer almaktadır.

Fotoliz

Fotoliz sudan hidrojen elde etmek için enerji kaynağı olarak günışığını kullanan bir sistemdir ve fotobiyolojik sistemler, fotokimyasal çeviriciler veya fotoelektrokimyasal hücreler ile desteklenebilir. Bu yöntemle ilgili yeni ve cesaretlendirici çalışmalar yapılmaktadır.

Bor Mineralinden Hidrojen Üretimi

Ülkemiz bor minerallerinin yaklaşık %64'üne sahiptir. Bu miktar doğru kullanılabildiği takdirde çok büyük bir potansiyeldir. Bor minerali endüstride 250'den fazla alanda kullanılmaktadır. Bor 1950'lerden bu yana üzerinde en çok araştırma yapılan minerallerden biridir. Bu noktada bor mineralinin 3 özelliği üzerinde durulabilir.

- Hidrojen taşıyıcısı olarak bor kullanımı

- Hidrojenden daha iyi bir enerji hammadesi olması

- Füzyon reaktörlerinde yakıt olarak kullanımı

Bor üzerinde yapılan araştırmalardan birinde geliştirilen bir teknolojide enerji elde etmek için kullanılan hammadeler saf su ve sodyum bor hidrittir. Sodyum bor hidrit sodyumlu bor tuzunun rafinasyonu sonucu elde edilen ve deterjan sanayinde de kullanılan bir üründür. Geliştirilen bu teknoloji taşımacılığın yanı sıra taşınabilir enerji sağlayıcı piller için de uygulanabilir bir teknoloji olmuştur. Yakıt pillerinde Sodyum borhidritin kullanımı fosil yakıtlardan daha pahalı olan ve eldesi, depolaması, nakli zor olan hidrojenin de dezavantajını ortadan kaldırmıştır.

NaBH4(s)+H2O—>4H2 + NaBO2

Su içerisinde çözünen sodyum borhidrit, bir karışım olarak depolanmakta, enerji üretmek için hidrojene ihtiyaç duyduğunda bu karışım içine tatbik edilen katalizör vasıtasıyla kimyasal reaksiyon başlatılmaktadır. Reaksiyon sonucunda gaz halinde kalan hidrojen ya yakıt pili vasıtasıyla elektriğe dönüştürülmekte ya da doğrudan içten yanmalı motorlarda yakıt olarak kullanılmaktadır.

Kategoriler:

Yapılan Yorumlar

Henüz kimse yorum yapmamış.

Bu sayfada yer alan bilgilerle ilgili sorularınızı sorabilir, eleştiri ve önerilerde bulunabilirsiniz. Yeni bilgiler ekleyerek sayfanın gelişmesine katkıda bulunabilirsiniz.

Yorum Yapın

Adınız:
E-Mail:
Mesajınız:
Doğrulama: Güvenlik Kodu
 
Hosts Dosyası Nedir?     Ekinoks Nedir?     Vista Transformation Pack 5.5     İntel'in Core 2 Duo E6400'ü %56'lık oc ile fiyat-performans kralı     Avedesk 1.3 Bölüm 1     Samsung'un 32 GB Flash Sürücüsü Görücüye Çıktı     M-Audio, Avid/Digidesign tarafından satın alındı - İki dev birleşti     Cubase 4 - Devrimci bir kilometre taşı Müzik prodüksiyon yazılımı.     İşte Karşınızda Yeni Honda Civic     M-Audio MobilePre USB - USB Beslemeli, Pre-amplifikatörlü USB Ses Kartı     Windows Vista Güncelleştirme Paketi     VW Touran CCS (BiZEL Motorlu Tek Araç)     Avedesk Bölüm2     StrokeIt 9.5     AMD: Fusion ile CPU ve GPU'yu Birleştiriyor.     Murat Günak kimdir?     Arama Motorları Nasıl Çalışır?     NanoTeknoloji Nedir?     Java Destekli Telefonlar için 3D Performans ve Kalite Testleri     VW Tiguan ( Küçük Touareg )     Barkod Nedir?     Cubase 4 - Kontrol Odası (Control Room)     MouseIMP Pro     SSL Nedir? Nasıl Çalışır?     Avedesk Bölüm 3 - Ave Scripter Eklentileri     C-Metisse (Citroen'in Yeni Bombası)     Ürün İncelemesi: Toshiba USB 2.0 1GB Flash Bellek     Ürün incelemesi: Saitek P3000 Wireless PRO Gamepad     H-racer ve Hydrogen Station     Windows Vista Sidebar     Beklenen oyun: Trackmania UNITED çıktı!     Ekran Kartları Nasıl Çalışır?     Pardus Linux 2007 Beta 2     VISTA TRANSFORMATION PACK 6.0     Ürün İncelemesi: APC Back-UPS RS 1000VA Kesintisiz Güç kaynağı(KGK)     AMD FireSTREAM Kartlara Logosunu Verdi     Apple iPhone     Samsung'tan Dünyanın En İnce Cep Telefonu     Nintendo Wii Haber Kanalı Artık Yayında     Yüzyılın icadı: Erke Dönergeci     Saab Bio Power     Hidrojen Kullanan Otomobil Sayısı Her Geçen Gün Artıyor!     Super Mario artık Nintendo Wii ‘de     Vista'nın da çıkmasıyla beraber 4 çekirdekli işlemciler artık standart hale geliyor     10.000 Pardus     TecrubeliPilotAraniyor.COM     Mobility Radeon X1900     Avedesk Eklentilerin Ayarlanması     Ford Mustang Giugiaro Konsept     Dünyanın İlk Boxer Turbo Dizel Motoru     Kuantum Bilgisayarlar Geliyor     Yüzyılın yarış oyunu: Test Drive Unlimited!     ATI Catalyst 7.2 Sürücüleri Çıktı!     Dizüstü Canavarı: Monster T2-Rex T72M575U1     Microsoft Virtual PC 2007     Yahoo Messenger Vista !     Vista üzerinde IIS 7.0 Kurulumu     Kuantum Bilgisayarlar     Video oyunları çocukları zayıflatıyor     MSN alternatifi, kullanıcıların yeni gözdesi: Trillian     Corel WordPerfect Lightning' in halka açık beta sürümünü yayımlıyor!     Intel 11X Fabrikasını Yenliyor     Toshiba'dan 51 GB HD DVD     HP iPAQ Voice Messenger 510 ; Ses tanıma, Wi-Fi, Windows Mobile 6.0 hepsi bir arada     F1'e geri sayım…     Casper, dört çekirdekli Intel CoreTM 2 Quad Q6600 işlemciye sahip yeni modelini pazara sundu.     Far Cry'ın devam oyunu, muhteşem grafikleriyle: Crysis     Değişen İklim Değil,Enerji Olsun!..     Küresel Isınmanın Nedenleri? Sebepleri?     IBM Dünya'nın En Güçlü Bilgisayarını Geliştriyor     Yod'm 3D     Oyunlar yeni bir boyut kazandı: TrackIR!     Hard Disk Pazarının Kralı: Seagate     Vista Aero Reloaded     Elbit Systems VIPeR "avcı-katil" robotu çıkarıyor     Hava Kirliliğini Arttıran Sıcaklık İnversiyonu- Bölüm1     Türk insanına has Google Logoları…     Adobe'den Ücretsiz PDF Oluşturma Hizmeti     Hava Kirliliğini Arttıran Sıcaklık İnversiyonu- Bölüm2     AeroClear Glass for Vista Theme     Yahoo'dan Sınırsız Email Kapasitesi     Vista'da Farklı Temalar Kullanmak     Ati HD2900XT, Nvidia 8800GTX'a Karşı: Crysis Demo ve 3DMark06 Testleri     Google Spreadsheets     NuSphere PhpED IDE     İTÜRO     Mucitlerimiz Gün Işığına Çıkıyor     Nükleer Santraller: Nasıl Çalışır? Problemleri Nelerdir?     768MB 8800GTX, 512MB ATI HD 2900XT, 640MB 8800GTS Oyun ve 3DMark06 Testleri     Free Loader güneş pili     Vestel, Tamamen Türk Yapımı Yakıt Pili Üretti     İTÜ Robot Olimiyatları     Hovercraft: Sınır Tanımayan Araç     Adobe CS3 ile Mac'te, Daha Fazla Şey Yapın     Beynimiz Nasıl Öğreniyor?     Boğaziçi Üniv. Robot Günleri     Kuzey Işıkları'nın Dansı     Yenilenebilir Enerji Kaynakları Nelerdir?     Motorlarda Yanma Odaları ve Özellikleri     Güneş Enerjisi Nedir?    
Coğrafya
Coğrafya Sitesi
Tarih Sitesi
Türkçe Sitesi
Bilgi Sitesi
Bilgiler