-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
1/125
KONTROLL HDROJEN RETM
LEVENT NURALIN
YKSEK LSANS TEZ
KMYA MHENDSL
GAZ NVERSTES
FEN BLMLER ENSTTS
NSAN 2008
ANKARA
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
2/125
Levent NURALIN tarafndan hazrlanan KONTROLL HDROJEN RETM adl bu
tezin Yksek Lisans tezi olarak uygun olduunu onaylar
m.
Prof. Dr. Bekir Zht UYSAL .
Tez Danman, Kimya Mhendislii Anabilim Dal
Bu alma, jrimiz tarafndan oy birlii ile Kimya Mhendislii Anabilim Dalnda
Yksek Lisans tezi olarak kabul edilmitir.
Prof. Dr. Mbeccel ERGUN .
Kimya Mhendislii Anabilim Dal, Gazi niversitesi
Prof. Dr. Bekir Zht UYSAL .
Kimya Mhendislii Anabilim Dal, Gazi niversitesi
Prof. Dr. Ufuk Gndz ZAFER .
Kimya Mhendislii Anabilim Dal, Gazi niversitesi
Prof. Dr. Ayla ALIMLI .
Kimya Mhendislii Anabilim Dal, Ankara niversitesi
Do. Dr. Atilla BIYIKOLU .
Makine Mhendislii Anabilim Dal, Gazi niversitesi
Tarih : 29 / 04 / 2008
Bu tez ile G.. Fen Bilimleri Enstits Ynetim Kurulu Yksek Lisans derecesini
onamtr.
Prof. Dr. Nermin ERTAN .Fen Bilimleri Enstits Mdr
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
3/125
TEZ BLDRM
Tez iindeki btn bilgilerin etik davran ve akademik kurallar erevesinde elde
edilerek sunulduunu, ayrca tez yazm kurallarna uygun olarak hazrlanan bu
almada orijinal olmayan her trl kaynaa eksiksiz atf yapldn bildiririm.
Levent NURALIN
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
4/125
iv
KONTROLL HDROJEN RETM
(Yksek Lisans Tezi)
Levent NURALIN
GAZ NVERSTES
FEN BLMLER ENSTTS
Nisan 2008
ZET
Hidrojen retimi farkl kullanm olanaklar ve avantajlar nedeni ile gnmzde
yalnz retimin gereklemesi deil bu retime ait kapasite, yksek saflk ve dk
maliyet taleplerinin ykseldii bir sre ierisindedir. Bu almada
termokimyasal metot ile yksek saflkta hidrojen retimi hedeflenmitir. Suyun
termokimyasal ayrmas ilemi prosesi iin almamzda inko metali
kullanlmtr. 425 0 C, 450 0 C, 475 0 C ve 500 0 C scaklklardaki reaktr ierisinde
eriyik halde bulunan inko ierisinden suyun geirilmesi ile yksek saflkta
hidrojen elde edilmitir. Hidrojen ierisindeki su buharnn tutulmas sonras GC
cihaz ile yaplan gaz ierii analizleri ile % 100 saflkta hidrojen elde edildii
gzlenmitir. Ayrca Helyum tayc gaz ile sisteme su buhar enjeksiyon ile
Hidrojen elde edilmesi almalar yaplmtr. Farkl giri suyu ve su buhar
debilerine gre kontroll hidrojen gaz retim aklarna ait veriler elde edilmitir.
Bilim Kodu : 912.1.038
Anahtar Kelimeler : Hidrojen retimi, inko, Suyun ayr
mas
, EnerjiSayfa Adedi : 110Tez Yneticisi : Prof. Dr. Bekir Zht UYSAL
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
5/125
v
CONTROLLED HYDROGEN PRODUCTION
(M.Sc.Thesis)
Levent NURALIN
GAZI UNIVERSITY
INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
APRIL 2008
ABSTRACT
Hydrogen has wide range of usage and adventages in energy area. Not only
realization of production but also assurance of high capacity, high purity and low
production cost in hydrogen production proseses is required with increasing
demand. The aim of this study is to produce high purity hydrogen by
thermochemical method. Zinc was used for thermochemical water splitting
reaction prosess. High purity hydrogen has been produced by water passing
through the melted zinc in the reactor at temperatures of 425 0 C, 450 0 C, 475 0 C
and 500 0 C. After capturing water vapour from hydrogen stream, gas analysis
has been made by gas chromatography and 100 % hydrogen gas has been
obtained. Besides, water injection as vapor has been also studied with carrier
helium gas to produce hydrogen in the same system. Results have been obtained
and analyzed for different hydrogen production rates according to controlled
water and water vapour feed flow rates.
Science Code : 912.1.038
Key Words : Hydrogen production, Zinc, water splitting, EnergyPage Number : 110Adviser : Prof. Dr. B. Zht UYSAL
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
6/125
vi
TEEKKR
Yksek Lisans almam boyunca yardm ve katklarn esirgemeyen kymetli hocam
Prof. Dr. Bekir Zht UYSALa en derin sayglarmla teekkrlerimi sunarm.
almalarm srasnda yardmlarn esirgemeyen Do. Dr. Murat DOANa, Ar. Gr.
lknur KAYACANa ve Ar. Gr. Derya NCELe teekkrlerimi sunarm. Ayrca
almalarmda kullandm reaktrn imalat konusunda samimi yardmlarn
esirgemeyen Rt ZMC beye ve desteklerini srekli hissettiim ailem ile eim
Fatma NURALINa teekkr ederim.
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
7/125
vii
NDEKLER
Sayfa
ZET ............................................................................................................................... iv
ABSTRACT...................................................................................................................... v
TEEKKR..................................................................................................................... vi
NDEKLER ...............................................................................................................vii
ZELGELERN LSTES.............................................................................................. xi
EKLLERN LSTES .................................................................................................. xii
RESMLERN LSTES ................................................................................................ xiv
SMGELER VE KISALTMALAR ................................................................................ xv
1. GR .......................................................................................................................... 1
1.1. Hidrojen ............................................................................................................... 1
1.2. inko.................................................................................................................... 3
2. KURAMSAL TEMELLER ........................................................................................ 9
2.1. Yakt Olarak Hidrojen ........................................................................................ 9
2.2. Hidrojenin Kullanm Alanlar ............................................................................. 9
2.3. inko le Termokimyasal Hidrojen retimi....................................................... 9
3. GNMZDE ENDSTRYEL HDROJEN RETM METOTLARI ............... 11
3.1. Hidrokarbon Bazl retim Yntemleri ............................................................. 12
3.1.1. Buhar - metan yaplandrmas ile hidrojen retimi ................................. 12
3.1.2. Hidrokarbonlarn ksmi oksidasyonu ile hidrojen retimi ...................... 13
3.1.3. Metan karbondioksit yaplandrmas.................................................... 14
3.2. Hidrokarbon Bazl Olmayan Hidrojen retim Metotlar.................................. 14
3.2.1. Amonyan katalitik ayrtrlmas ile hidrojen retimi.......................... 14
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
8/125
viii
Sayfa
3.2.2. Biyolojik yntem ile hidrojen retimi..................................................... 16
3.2.3. Fotoelektro kimyasal hidrojen retimi.................................................... 16
3.2.4. Elektrolizi ile hidrojen retimi................................................................ 16
3.2.5. Suyun termokimyasal ayrmas ile hidrojen retimi ............................. 23
3.3. Birletirilmi Metotlar Oluturarak Hidrojen retimi ...................................... 24
3.3.1. Ototermal yaplandrma .......................................................................... 24
3.3.2. Buhar metan reformingi ve genel elektroliz prosesleri........................... 25
3.3.3. Buhar metan reformingi ve gelitirilmi elektroliz prosesleri ............... 25
3.3.4. Buhar metan reformingi ve termokimyasal su ayrm ............................ 25
4. ALTERNATF HDROJEN RETM METOTLARINDA LTERATR............. 27
4.1. Membran Reaktr Kullanmle Hidrojen retimi ......................................... 27
4.2. Suyun Fotoelektrolizi Ve Fotokatalizi le Hidrojen retimi ........................... 27
4.3. Metann Sentez Gazna Katalitik Seici Oksidasyon........................................ 28
4.4. Kat Oksit Yakt Hcreleri le Hidrojen retimi .............................................. 28
4.5. Gne Enerjisi, CO2 Ve Ca(OH) 2 CaCO3 Dngs le retim.................. 28
4.6. yot- Slfr Termokimyasal Su Ayrma Yntemi le Hidrojen retimi......... 31
4.7. inko Tozu Ve Su Buharle Hidrojen retimi............................................... 33
4.8. Modler Helyum Reaktrde Hidrojen retimi................................................. 37
4.9. Sezyum Oksit le Hidrojen retimi .................................................................. 39
5. HDROJEN DEPOLAMA UYGULAMALARI...................................................... 43
5.1. Hidrojen Depolama Yntemleri......................................................................... 43
5.1.1. Sv olarak tanklarda depolama................................................................ 44
5.1.2. Gaz olarak tanklarda depolama................................................................ 44
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
9/125
ix
Sayfa
5.1.3. Metal hidrrlereklinde depolama .......................................................... 45
5.1.4. Sodyum alanatlarda depolama ................................................................. 47
5.1.5. Sodyum bor hidrr esasl depolama......................................................... 48
5.1.6. Nanotplerde depolama ........................................................................... 48
6. MATERYAL VE METOT ....................................................................................... 49
6.1. Termokimyasal Yntem ile Hidrojen retiminde Materyal Seimi.................. 49
6.2. Reaktr Seimi................................................................................................... 50
6.3. Deneysel Sistem Karekterizasyonu.................................................................... 51
6.3.1. inkonun su ile oksidasyonu sonucu hidrojen retimisistem tasarm ......................................................................................... 51
6.3.2. Helyum tayclnda su buhar ve inko ile hidrojen retimisistem tasarm ......................................................................................... 56
7. DENEYSEL BULGULAR VE TARTIMA ........................................................... 59
7.1. Scaklk ve Ak Hz Kontroll Deneyler........................................................ 59
7.1.1. Hidrojen retimi 425 0C de su-inko reaksiyonu................................... 60
7.1.2. Hidrojen retimi 450 0C de su-inko reaksiyonu................................... 64
7.1.3. Hidrojen retimi 475 0C de su-inko reaksiyonu................................... 66
7.1.4. Hidrojen retimi 500 0C de su-inko reaksiyonu................................... 69
7.1.5. Hidrojen retimi 425, 450, 475 ve 500 0C deki Su-inkoreaksiyonlar............................................................................................ 73
7.1.6. Helyum eliinde inkonun su buhar oksidasyonu ile hidrojenretimi ..................................................................................................... 74
7.2. inkonun Su ile Oksidasyonunda Saf Su Debisinin Hidrojen retimineEtkisi ................................................................................................................. 81
7.3. inkonun Su ile Oksidasyonunda Scakln Hidrojen retimine Etkisi......... 81
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
10/125
x
Sayfa
7.4. Su Beslemesi Sonucu retilen Hidrojenin Safszlk ve GC AnalizSonular ........................................................................................................... 82
7.5. Helyum Eliinde Su Buhar inko Reaksiyonunda Helyum DebisininEtkisi ................................................................................................................. 82
7.6. Helyum Eliinde Su Buhar inko Reaksiyonunda Scakln Etkisi ............. 83
7.7. Helyum ile Su Buhar Beslemesinde rnn GC Analiz Sonular.................. 83
8. SONULAR VE NERLER.................................................................................. 85
8.1. Sonular ............................................................................................................. 85
8.2. neriler .............................................................................................................. 85
KAYNAKLAR ............................................................................................................... 87
EKLER............................................................................................................................ 89EK -1. Baz Yaktlarn Tutuma Davranlar................................................................. 90EK -2. inko Elementine Ait Erime ve Kaynama Davran ......................................... 91
EK -3. rnek Reaktr Hesaplamalar
............................................................................. 92EK -4. Hidrojen retim Metotlar Enerji ve Exergy Kyaslamalar ............................... 94EK -5. inkonun Su ile Oksidasyonu ile Hidrojen retimi Deneylerine Ait rn Gaz
Numunelerinin GC Cihaz ile Alnan erik Analiz Komatogramlar ................ 95EK -6 inkonun Helyum Tayclnda Su Buhar ile Oksidasyonu Deneylerine Ait
rn erik ve Miktarsal Analizleridir ................................................................ 97EK -7 inko Oksitin Rejenerasyonu............................................................................. 105EK -8 Gaz Kromatografi Cihaz alma Prensibi ....................................................... 107EK -9 GC Cihaz........................................................................................................... 109
ZGEM .................................................................................................................. 110
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
11/125
xi
ZELGELERN LSTES
izelge Sayfa
izelge 1.1. inko elementinin temel zellikleri.............................................................. 4
izelge 5.1. Hidrojen depolama yntemlerinin kyaslanmas ........................................ 14
izelge 5.2. Hidrr depolamada kullanlan alamlarn performans kyaslamalar........ 17
izelge 6.1. Baz elementlerin erime ve kaynama scaklklar ....................................... 50
izelge 6.2. Reaktre ait ller..................................................................................... 55
izelge 7.1. Saf su ak debileri ile oluan hidrojen miktar (425 0C)............................ 62
izelge 7.2. Saf su ak debileri ile oluan hidrojen miktar (450 0C)............................ 65
izelge 7.3. Saf su ak debileri ile oluan hidrojen miktar (475 0C)............................ 68
izelge 7.4. Saf su ak debileri ile oluan hidrojen miktar (500 0C)............................ 71
izelge 7.5. retilen Hidrojen ve Helyum karmnn % ierikleri GC sonular ........ 79
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
12/125
xii
EKLLERN LSTES
ekil Sayfa
ekil 3.1. Hidrojen retim metotlarna ait genel akemas .......................................... 4
ekil 4.1. CO2 ve Ca(OH) 2 CaCO3 dngs hidrojen retimi akemas ............... 29
ekil 4.2. Ak havadan ve prosesten alnan CO2in karbonasyonu iin enerjigerekleri ......................................................................................................... 30
ekil 4.3. Bunsen Reaksiyon Reaktr.......................................................................... 31
ekil 4.4. Basitletirilmi ak diyagram ...................................................................... 32
ekil 4.5. retilen hidrojen ve oksijenin zamanla deiimi .......................................... 33
ekil 4.6. Ayrntl reaktr alma sistemi.................................................................... 34
ekil 4.7. Sistem akemas ......................................................................................... 35
ekil 4.8. 450, 490 ve 500 0C de suyun buhar basncna gre reaksiyon
oranlar
........................................................................................................... 35
ekil 4.9. 500 0C de Enjeksiyon derinlii ile reaksiyon dnm orandeiimi.......................................................................................................... 36
ekil 4.10. inkonun deneysel ve teorik oksidasyonuna ait veriler ............................... 37
ekil 4.11. Modler helyum reaktr ............................................................................... 38
ekil 4.12. retim temel akemasdr ......................................................................... 40
ekil 4.13. Hidrojen retimi basama ........................................................................... 41
ekil 4.14. Hidrojen retim aamasnn ayrntlematik gsterimi............................... 41
ekil 4.15. Rejenerasyon basamana ait Ce2O3n CeO2e indirgenme emas ........... 42
ekil 5.1. Dikey tip metal hidrr depolama tank .......................................................... 47
ekil 6.1. Su beslemesi ve inko oksidasyonu ile hidrojen retimi akemas ........... 52
ekil 6.2. Peristaltik pompa kademeleri ve saf su ak debileri..................................... 55
ekil 6.3. Helyum tayclnda su buhar inko oksidasyonu ile hidrojen retimi .... 57
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
13/125
xiii
ekil Sayfa
ekil 7.1. 425 0C de yaplan deney iin reaktr ii ve stc yzeyininscaklkla deiimi ......................................................................................... 61
ekil 7.2. Su besleme aklar ile oluan hidrojen miktar (Reaktr 425 0C)................. 62
ekil 7.3. Reaktr 425 0C de iken elde edilen numuneye ait GC ierik analizi............. 63
ekil 7.4. 450 0C de yaplan deney iin reaktr ii ve stc yzeyininscaklkla deiimi ........................................................................................ 64
ekil 7.5. Su besleme aklar ile oluan hidrojen miktar (Reaktr 450 0C)................. 65
ekil 7.6. Reaktr 450 0C de iken elde edilen numuneye ait GC ierik analizi............. 66
ekil 7.7. 475 0C de yaplan deney iin reaktr ii ve stc yzeyininscaklkla deiimi ......................................................................................... 67
ekil 7.8. Su besleme aklar ile oluan hidrojen miktar (Reaktr 475 0C)................. 68
ekil 7.9. Reaktr 475 0C de iken elde edilen numuneye ait GC ierik analizi............. 69
ekil 7.10. 5000
C de yap
lan deney iin reaktr ii ve
s
t
c
yzeyininscaklkla deiimi ........................................................................................ 70
ekil 7.11. Su besleme aklar ile oluan hidrojen miktar (Reaktr 500 0C)................ 71
ekil 7.12. Reaktr 500 0C de iken elde edilen numuneye ait GC ierik analizi............ 72
ekil 7.13. 425, 450, 475 ve 500 0C lerde inkonu su ile oksidasyonusonucu H2 retim debileri ............................................................................. 73
ekil 7.14. Haba marka gaz tpnden alnan standart hidrojen numunesi
kromatogram ................................................................................................ 74
ekil 7.15. Standart Hidrojen gaz enjeksiyonu GC cihaz sonucu ................................ 77
ekil 7.16. Standart Helyum gaz enjeksiyonu GC cihaz sonucu.................................. 77
ekil 7.17. 20 50 ve 80 0C scaklklarda elde edilen Hidrojen yzdeleri........................ 80
ekil 7.18. Farkl helyum debileri ve scaklklarda elde edilen hidrojen yzdeleri........ 80
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
14/125
xiv
RESMLERN LSTES
Resim Sayfa
Resim 3.1. Modine Manufactoring firmas tarafndan tasarlanan ASMR sistemi.......... 13
Resim 3.2. Rzgar trbinleri Bozcaada, anakkale ....................................................... 18
Resim 3.3. Atatrk baraj hidroelektrik santrali.............................................................. 19
Resim 3.4. Jeotermal enerjiden elektrik enerjisi retim santrali..................................... 20
Resim 3.5. Gne enerjisi retim panelleri..................................................................... 21
Resim 3.6. Nkleer enerji santrali................................................................................... 22
Resim 3.7. Nkleer enerji santrali temel alma sistemi ............................................... 22
Resim 3.8. Nkleer enerji santrali kontrol odas............................................................. 23
Resim 7.1. Helyum tayclnda inkonun su buhar ile oksidasyonuile hidrojen retimi........................................................................................ 76
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
15/125
xv
SMGELER VE KISALTMALAR
Bu almada kullanlm baz simgeler ve ksaltmalar, aklamalar ile birlikte aada
verilmitir.
Simgeler Aklama
D Zn inkonun bal younluu
H Hidrojen
M Zn Deneyde kullanlan inko miktar
M Milattan nce
P Basn mmHg
TI Istc scakl
TR Reaktr scakl
V Hacim cm3
V enj Reaktre iinde kalan enjeksiyon borusu hacmi
V rxn Reaksiyonun gerekletii hacim
V T Reaktr toplam hacmi
Zn inko
Ksaltmalar Aklama
ATR Katalitik (ototermal) ksmi oksidasyon
ASMR Buhar metan yaplandrmas gelimi proses
GC Gaz Kromatografi cihaz
MHR Modler helyum reaktr
POX Ksmi oksidasyon prosesi
SMR Buhar metan yaplandrmas prosesi
SR Katalitik buhar yaplandrma prosesi
TCD Isl letkenlik Dedektr
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
16/125
1
1. GR
Dnyamzn doal dengesi hzla bozulmakta ve barndrd tm canllarn hayatlarn
srdrebilmeleri asndan temiz, evre dostu ve ekonomik enerji kaynaklarnn
aratrlmas son derece nemli hale gelmektedir. Gnmzde enerji kaynaklarnn fosil
yaktlarndan evre dostu yeni teknolojiler ile retilen kaynaklara doru gelime
gsterdii gzlemlenmektedir. Uluslararas bilim evrelerince dnyann enerji
sistemlerinin bir sre sonra temel enerji tayclar olarak hidrojen ve elektrik eksenli
dnmlerden oluaca ngrlmektedir. Hidrojenin yakt olarak kullanmnn yan
sra yakt retim metotlar iin tayc ve kaynak materyal olarak kullanm da sz
konusudur. Gelecekte hidrojen gnmzde olduundan ok daha nemli bir role sahip
olacaktr. Bu nedenle hidrojen retimi nemli ve desteklenen aratrmalar arasnda
deerlendirilmektedir.
Halen uygulanmakta olan ok eitli Hidrojen retim metotlar iin enerji ve exerji
bazl performans deerlendirmeleri yaplmakta ve daha yksek verime, daha dk
maliyete, daha evreci yntemler ile ulalmaya allmaktadr.
Bu tez almasnda retimi hedeflenen Hidrojen elementine ve termokimyasal hidrojen
retiminde kaynak hammadde olarak kullanlan inkoya ait genel bilgiler aada
verilmitir.
1.1. Hidrojen
Hidrojen, yunanca su anlamna gelen hydro kelimesi ile oluturan anlamna gelen
genes kelimelerinden oluur. lk kez Henry Cavendish tarafndan elde edilmitir.
1784 ylnda Antoine Laurent de Lavoiser tarafndan ismi hidrojen olarak verilen
Hidrojen kzdrlm metal zerinden su buhar geirilerek elde edilmitir. Hidrojen
kainattaki tm elementlerin anas olarak bilinir ve tm elementler yksek scaklklarda
farkl hidrojen konfigrasyonlareklinde kendi bilinirlikleri ile var olurlar, bilinen ve
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
17/125
2
yeni bulunan tm elementlerin kayna ve temel ta bir atom ve ktle numarasna sahip
hidrojen atomudur [1].
Hidrojen 1,00794 g/mol atom arl ile normal koullarda renksiz kokusuz ve
havadan 14 kat daha hafif bir gazdr. En hafif gaz olmas sebebi ile atmosferdeki tm
molekler arpma ve hafiflik etkileri ile atmosferin en d tabakasna ykselir ve
egzosfer olarak tanmlanan bu tabaka ierisinde cm3 te birka yz atom kadar seyrek
olarak bulunur. Serbest Hidrojenin toplam atmosferdeki varlk oran ise 1 ppm den daha
azdr [1].
Hidrojen Jpiter ve dier dev gaz gezegenlerinin de ana unsurudur, bu byk gezegenin
ekirdeine doru yksek basn ile hidrojenin metalik kat formda bulunduu tahmin
edilmektedir. Hidrojenin metalik formunun sper iletkenlik zellikleri gsterebilecei
ngrlerek 1973 ylnda bir grup Rus bilim adam tarafndan 2,8 Mbar basn altnda
metalik forma ulalmtr. Hidrojenin ergime noktas -253 0C olduu iin sv hidrojen
dk scaklk malzemeleri olan kriyojeniklerde de sper iletken aratrmalarnda
kullanlmaktadr [1].
Enerji kayna veya taycs anlaynn olumas 1839 ylnda William Groveun
yakt hcresi ismini verdii ve hidrojen reten sistemleri kefetmesi ile balamtr.
Ancak bu yndeki almalar, 1876 ylnda petrol ile alan iten yanmal motorlarn
icad ile fosil yaktlarn kullanm ile ilgili teknolojilerin gelimesine hidrojen ile ilgili
almalarn zayflamasna neden olmutur.
Hidrojenin enerji taycs olarak elektriin transferindeki gibi yksek kayp
iermemesi, temiz ve snrsz enerji iin almalar anlam kazandka aratrmalar
srm ve yakt hcresi gelitirme almalar hidrojen ile alan iten yanmal
motorlarn yaplmas (Rudolf Eren tarafndan 1930 ylnda yaplmtr.) 1960 ylnda
ise Almanya da hidrojen ile alan ilk aracn retilmesiyle srmtr. Gnmzde
hidrojen retim maliyetleri itibariyle petrol rnleri ile rekabet edecek seviyede karl
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
18/125
3
olmad iin, almalar retim depolama ve tama maliyetleri ve teknolojileri
aras
nda gelime srecindedir [1].
1.2. inko
Farkl dillerdeki karl Latincede Zinkum, ngilizcede Zinc ve Almancada Zink
eklinde olan inko, mavimsi ak gri renkte, krlgan bir metaldir. Periyodik tabloda
gei elementleri grubunda yer alr. Bu gruptaki metaller asnda dk kaynama
scakl ile dikkat ekicidir. Bu deer zellikle pirometalurjik metal retiminde ok
belirleyici bir zelliktir. Dklm halde sert ve krlgandr. 120C'de
ekillendirilebilir. Elektrokimyasal potansiyel dizisinde demirden daha negatif
deerdedir. Bylece inko anot olarak katodik korozyon korumada nemli bir kullanm
bulur. Galvanizleme bu tr uygulamalardan biridir [2].
Bulunuu itibariyle inko, yerkabuunda en ok bulunan elementler arasnda 23.
sradadr. En ok kullanlan cevheri sfalerit (ZnS) olup %40-50 inko ve yaklak %10
demir ierir.
inkonun ayrtrld dier mineraller;
Smitsonit (inko karbonat),
hemimorfit (inko silikat),
franklinit ((Fe,Mn,Zn)(Fe,Mn)2O 4),
Sfalerit (inko slfr),
Smitsonit (inko karbonat) mineralleridir [2].
Genel zellikler itibariyle inko, bileiklerinde (2+) deerlikli olarak bulunur.
Oluturduu bileiklerde kovalent ba yapar. Amonyak, amin, siyanr ve halojen
iyonlar ile kompleks bileikler meydana getirir. Mineral asitlerinde H2 kyla
znr. Ancak nitrik asitte NOx k olur. Dolaysyla inko, zellikle toz halde ok
etkili bir indirgendir. Normal scaklkta havada braklan metalin yzeyinde koruyucu
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
19/125
4
bir tabaka olutuundan bu scaklkta halojenlere bile dayankldr. HCl gaz inkoyu
ok abuk korozyona urat
r. Toz inkonun reaksiyona girme kabiliyeti olduka fazlaise de yanc deildir. Yksek scaklkta oksijen, klor ve kkrt gibi elementlerle
iddetle reaksiyona girer [2]. inko elementi zellikleri izelge 1.1de verilmitir.
izelge 1.1. inko elementinin temel zellikleri [2].
Grup, periyot, blok 12, 4, d
Grn mavimsi ak gri
Atom arl 65,409 g/mol
Elektron dizilimi Ar 3d10 4s2
Younluk 7,14 g/cm
Sv haldeki younluu 6,57 g/cm
Ergime noktas 419,53 C (787,15 F, 692,68 K) dir.
Kaynama noktas 907 C (1665 F, 1180 K) dir.
Ergime ss 7,32 kJ/mol
Buharlama ss 123,6 kJ/mol
Is kapasitesi (25 0 C de) 25,390 J/(molK)
Kristal yaps Hegzagonal
Ykseltgenme seviyeleri (2+) Amfoter oksit
Elektronegatiflii 1,65 Pauling lei
yonlama enerjisi 906,4 kJ/mol
Atom yarap 135 pm
Atom yarap 142 pm
Kovalent yarap 131 pm
Van der Waals yarap 139 pm
Elektrik direnci 59,0 nm (20C'de)
Isl iletkenlik 116 W/(mK)
Isl genleme 30,2 m/(mK) (25C'de)
Brinell sertlii 412 MPa
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
20/125
5
inko elementinin klorr ve slfat tuzlar suda yksek miktarda znr. Buna karlk
inko oksit, silikat, fosfat ve organik kompleksleri ya suda hi znmezler yada okar znrler. Bileikleri arasnda inko oksitin teknik ve ekonomik deeri vardr.
inkonun organik bileikleri arasnda inko sabunu en nemli kullanm alanna sahip
olan rndr [2].
inkonun etimolojisi ve tarihesi, antik alardan beri bilinen ancak retimi ve
kullanlmas tam anlalamadndan dier metallerle kartrlan bir elementtir. metalin
ilk tarifi, Strabos'un yazd Mysia adl eserin Andriera adl blmnde "Sahte gm"
(False silver, Yunanca: Pseudargyros) olarak yaplmtr [2].
Bilinen en eski inko paras Dakya medeniyetine ait Transilvanya'daki Dorta
harabelerinde bulunan ve %87,52 Zn + %11,41 Pb + %1,07 Fe ieren bir idoldr. M..
500 yllarna ait Comeros harabelerinde inkodan yaplm iki bilezie ve M.S. 79'da
yklan Pompei harabelerinde ise inkoyla kaplanm bir muslua rastlanmtr [2].
M.. 200 yllarnda pirin, zellikle Roma'llar tarafndan iyi bilinen bir alamd.
Yapm teknii ZnO ierikli hammaddenin redksiyonu, inko buharlarnn metal bakr
zerinde kondanse edilmesi ve ergitme kademelerinden oluuyordu. zellikle
simyaclar pirin yapmn ok iyi biliyorlard ve amalar bu alam bakra, bakr da
altna dntrmekti [2].
Avrupa'da ilk kez Basilius Valentinius metalik inkoyu tarif etmekte "Zinck" terimini
kulland. "Zinck" isminin bir metal olduu ve bu metalin fiziksel zellikleri Paracelsus
(1490-1541) tarafndan yazld. Hintliler 1000-1300 yllar arasnda inkoyu ticari
boyutta retmilerdir. Mewar eyaletinin racalarndan olan Ranu Laksh Singh'in Zawar
madenlerini ilettii (1382) bilinmektedir. Ancak bu cevher karma ve izabe ilemleri
feodal savalar nedeniyle ara sra durmu ve en sonunda Moollarla yaplan Maratha
savalarndan sonra 1830'dan 1940 ylna kadar tamamen kapanmtr [2]. 17. ve 18.
yzylda nemli miktarlarda kle inko doudan Portekiz gemileri ile getiriliyor ve
Hollandallar tarafndan datlyordu. rn; "Spelter", "Hint kalay", "Caloaem" ve
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
21/125
6
"Tutaney" gibi deiik isimler altnda pazarland. 1745 ylnda, doudan gelen ve sve
a
klar
nda batan bir gemiden
kar
lan klelerin % 98,99 Zn, % 0,765 Fe ve % 0,245Sb ierdii tespit edilmitir [2].
inkonun retim yntemleri ve geliimi, 1730 ylnda inko izabe bilgisinin in'den
ngiltere'ye gelmesi ile balamtr. 1739'da aaya doru distilasyon teknii ile ilgili
ilk patent alnd. 1740-1743 yllarnda Bristol'de retime baland. retim ylda 200 ton
civarnda idi. Proseste, cevher + odun kmr karm szdrmaz kil potalarda
ileniyordu. Potann dibi bir boru ile aadaki toplama kabna balyd. Gazdan
younlaan metal bu kaba damlyordu. 1758'de alnan bir patentten sonra slfrl
cevherlerden inko retimine baland [2].
1798'de Silesia - Wessola'da demir yksek frnnda elde edilen inkolu artklar (Zincky
Crust = Skafold) odun stmal bir cam frnnda ngiliz yntemi ile ilendi. Yine 18.
yzyln sonlarna doru kurulan Corinthia inko izabe frnnda ilk dikey retort
uygulamasna baland. 19. yzyln balarnda gelitirilen "Belika prosesi" reverber
frnnda izabe ve potada younlamay kapsyordu. 1836'da Stolberg'te Belika ve
Silesia frnlarnn kombinasyonu olan "Renisch" frn yapld. Frn dikey retortlar, tek
kondansatr ve dardan stma ile alyordu [2].
Sheffield'da 1805 ylnda 100-150C'ye tavlanan inkonun sa haline gelecei
kefedildi. lk sac haddesi 1812'de Belika-Liege'de, ilk inko levha ise 1857'de
Philadelphia'da yapld. Endstriyel retime 1866 ylnda La Salle-Illinois'de
Matthiessen ve Hegeler tarafndan baland [2].
A.B.D.'de ilk retim 1835 ylnda Arsenal-Washington D.C.'dedir. Amerikan hkmeti
bu tesiste Belika'l uzmanlarca eleman yetitirilmesini ve inko metal ve alamlarnn
standartlamasn salamtr. lk ticari retim ise Belika prosesine gre 1850'de New
Jersey'de balamtr. Bununla beraber 1856'da Friedensville-Pennsylvania'da Silesian
prosesi ve 1860'da La Salle-Illinois'deki Belika prosesi ile yaplan retimler de nemli
boyutlardayd. 1850-1860 yllarnda kondensasyonun frn stnde pik plakalar
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
22/125
7
zerinde yaplmasn kapsayan Wetherill-American prosesi gelitirildi. 1860-1880
aras
nda Avrupa'da sekonder hava
s
tmal
ve gaz yakmal
f
r
nlar yap
ld
ve ilk
s
deitiriciler kullanld. Dikey frnlardaki ilk uygulamalar 1878'de Fransa'da ve
A.B.D.'de gerekletirildi [2].
Yatay retort ilemi ise ilk kez 1872'de, A.B.D.'de La Salle-Illinois'de denendi. Gaz
stmal bir tnel frnda toplam 408 retort bulunuyordu. 1880'lerde slfrl cevherleri
kavurmak ve H2SO4 retimi iin mekanik kartrmal frn (Hegeler) gelitirildi.
1881'de asidik ZnSO4 zeltisinden katodik inko retimi denendi ve baarsz oldu.
Kavurma-li-elektroliz'le inko retimini amalayan ilk tesis 1914'den sonra
gerekletirildi. 1895'te inko izabesinde ilk defa doal gaz kullanld. 20. yzyln
balangcnda flotasyon devreye girdi ve 1920'lerde sfalerit'in (ZnS) seici flotasyon
gerekletirildi. Birinci Dnya sava ok sayda fabrika kurulmasn tevik etti.
1917'de sinterleyici kavurma uygulamas inko retimini arttrd. 1920'den itibaren
Japonya, talya ve Fransa'da kk; Norve'te Odda'da, Kanada Manitoba'da ve
Almanya'da Magdeburg'ta byk kapasiteli elektrolitik inko tesisleri kuruldu. Dikey
retort srekli distilasyon ilemi 1925'den sonra Almanya ve ngiltere'de uyguland.
Ancak en baarls A.B.D.'deki New Jersey prosesi idi [2].
kinci Dnya savandan sonra inko izabesinde en byk gelimeler kavurmada
akkan yatak ve retimde ISP (Imperial Smelting Process 1950-1960) uygulamalarnn
balamasyd. 1960-1980 yllar arasnda ise ntr li artklarnn deerlendirilmesi
konusundaki almalar tamamland [2].
Gnmzn en byk inko cevher reticileri Avustralya, Kanada, in, Peru ve
ABD'dir. Avrupal reticiler arasnda ise; Belika'da Vieille Montagne, rlanda'da Tara
ve sve'te Zinkgruvan saylabilir. inko metali ekstraktif metalurji yntemleri ile elde
edilir. inko slfr minerali, flotasyon teknii kullanlarak zenginletirilir ve ardndan
pirometalurjik yntemlerle kavurma ilemi uygulanarak inko slfrn, inko okside
kavrulmas salanr. inko oksit daha sonra slfrik asitte li edilir ve elde edilen
zelti inko tozu ile arndrlr. Nihayet inko metali, bu temiz zeltiden elektroliz
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
23/125
8
yoluyla katot levhalar halinde kazanlr. inko katotlar ya dorudan dkmhaneye
gnderilerek ingotlar halinde dklr yada alminyum ile ala
mland
r
l
r [2].
Bir dier inko retim prosesi ise pirometalurjik bir proses olan fla ergitme
yntemidir, yksek scaklkta gerekletirilen bu yntem hidrometalrjik yntem ile
mukayese edildiinde hem daha maliyetli hem de hidrometalurjik alternatifine gre
daha dk safiyette inko retimini salamaktadr [2].
inko kullanm miktar asndan Dnyada yllk demir, alminyum, ve bakrdan sonra
gelir. inkonun kullanm alanlar ise aada verilmitir.
* Korozyondan korunma amacyla, elik gibi dier metallerin galvanize edilmesinde,
* Pirin, nikelli gm, deiik lehimler, alman gm gibi alamlarn yapmnda,
* Genellikle otomotiv endstrisinde dkm kalplarnda,
* Pillerin gvdelerinin yapmnda kullanlr.
* inko oksit, sulu boyalarda beyaz pigment olarak ve lastik sanayinde aktivatr olarak
kullanlr. Reetesiz satlabilen baz merhemlerin bileiminde bulunur ve ince bir tabaka
halinde uygulandnda cildin su kaybetmesini nler. Yazn gne, kn da souk
yanklarna kar koruyucudur. Bebeklerin bez balanan blgelerinde ok az miktarda
kullanlarak ciltte meydana gelebilecek kzarklklar nlenebilir. Yaa bal gz
hastalklarnn tedavisinde de kullanlr.
* inko klorr, deodorantlarda ve ahap koruyucu olarak kullanlr.
* inko slfr, karanlkta parlayan pigment olarak saatlerin akrep ve yelkovanlarnda
kullanlr.
* inko metil, (Zn (CH3) 2) pek ok organik maddenin sentezinde kullanlr.
* inko, pek ok gnlk vitamin ve mineral ilalarnn bileeninde bulunur. Cildin ve
kaslarn erken yalanmasn nleyen anti-oksidan zellikler tadna inanlmaktadr.
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
24/125
9
2. KURAMSAL TEMELLER
2.1. Yakt Olarak Hidrojen
Hidrojen gnmzde nemli bir enerji kaynadr ve enerji ihtiyalarnn karlanmas
amacyla Amerikan ulusal hidrojen program ad altnda ciddi almalar yaplmakta
ve 2025 hedefi olarak tm enerji piyasas ierisinde % 8 lik dilimi hidrojene dayal hale
getirmek bulunmaktadr [3]. Hidrojenin yanc bir yakt olarak sv veya gaz halinde
depolanabilmesi ve boru hatlaryla tanabilmesi gibi zellikleri ile uzun dnemde
doal gazn yerini alabilecei dnlmektedir. Farkl endstriyel ve laboratuar lekli
retim metotlar mevcut olup termokimyasal hidrojen retim metotlar da son
zamanlarda nem kazanmtr.
2.2. Hidrojenin Kullanm Alanlar
Hidrojen, rafineriler, kimyasal retim prosesleri, elektrik retimi, yakt ve yiyecek
endstrilerinde kullanlmaktadr[4]. Rafinerilerde deslfirizasyon ilemlerinde,
kimyasal retim proseslerinde toluen, diamin, hidrojen peroksit, amonyak, sentez gaz
elde retiminde kullanlmaktadr ayrca elik endstrisinde, cihaz retiminde ve
yiyecek endstrisinde zellikle sv yalarn hidrojenasyonunda kullanlmaktadr.
Hidrojenin yakt olarak kullanlmas sonucunda hibir ekilde CO2 gaz aa
kmamas ve yalnz su oluturmas hidrojeni tam anlamyla evreci bir yakt
klmaktadr. Hidrojenin gelimekte olan yakt pillerinde elektrik enerjisi retimi iin
kullanlmas bu teknolojiyi tamaya balayan enerji santrallerinin ve otomobillerin de
evreci hale gelmeleri anlamn tamaktadr [4].
2.3. inko ile Termokimyasal Hidrojen retimi
Termokimyasal metot ile hidrojen retimi amal olarak farkl metotlar ve bu metotlarn
allma prensiplerine Hidrojen retim metotlar bal altnda ayrntl olarak
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
25/125
10
deinilmitir. Hidrojen retimi iin sonsuz deerlendirilen kaynak olarak su grlmekte
ve al
malar sudan hidrojen retimi teknikleri zerinde younlamaktad
r.
Suyun ayrma reaksiyonu ile hidrojen retimi almalarnda metallerin oksidasyonu
ile hidrojen retimi almalar srmektedir. Baz metaller su ile soukta reaksiyon
vererek oksit haline gelirken hidrojen gaz aa karmaktadrlar. Toprak alkali
metaller olan bu elementler sodyum, potasyum, lityum, sezyum ve rubidyum
elementleridir ancak bu elementler doada metalik formda bulunmazlar ve suyu
ayrtrma reaksiyonu iin saflatrlarak kullanlmalar gerektiinden ekonomik
deildirler. Scaklk etkisi ile reaksiyon oluumu iin dier baz metaller incelendiinde
ise kurun ve bakr metallerinin yksek scaklkta oksitlenen ancak suyu ayrtrma
reaksiyonu vermeyen metaller olduu, buna karn yksek scaklkta su buharn tersinir
bir reaksiyon ile ayrtrarak oksitlenen elementlerin ise inko, magnezyum, krom,
demir, nikel ve kobalt olduu grlmektedir [5].
Bu almada inko elementinin suyun termokimyasal ayrmas ile hidrojen retimine
uygunluu aadaki nedenlerden dolay uygun grlmtr
inko metalinin ergime noktas hidrojen retiminde kullanlabilecek dier elementler
olan magnezyum, krom, demir, nikel ve kobalta kyaslandnda izelge 6.1 den
grlebilecei gibi olduka dktr. inko elementinin dier bir avantaj ise hidrojen
retimi sonras oluan inko oksidin yeniden elementel inko haline geri
dntrlmesine ait bilinen pirometalrjik ve hidrometalrjik yntemlerin
bulunmasdr.
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
26/125
11
3. GNMZDE ENDSTRYEL HDROJEN RETM METOTLARI
Birok farkl retim metodunun endstriyel olarak gerekletirilmesinin yan sra yeni,
yksek saflkta ve verimde hidrojen retme almalar laboratuar lekli olarak
srmektedir. Temel olarak hidrojen retim zinciri ekil 3.1de verilmitir.
ekil 3.1. Hidrojen retim metotlarna ait genel akemas [ 6, 7 ].
Hidrojen retim metotlar iki ana balk altnda incelenmi ve tez almas ile ilgili
olduu iin alternatif hidrojen retim metotlar hakknda ayrntl bilgiler verilmitir.
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
27/125
12
3.1. Hidrokarbon Bazl retim Yntemleri
3.1.1. Buhar - metan yaplandrmas ile hidrojen retimi
Hidrojen retim metotlar ierisinde balca ve yaygn olarak kullanlan Buhar-Metan
yaplandrmas uygulamasdr. Bu metot hidrokarbonlardan yakt olarak genelde nafta,
doalgaz ve dier hafif hidrokarbonlarn kullanlmas ile uygulanr.
Bu retimin temel prensibi birok farkl katalitik reaksiyonun yan sra temel olarak
E.3.1de verilmitir.
CH 4 + H2O CO + 3 H2 (3.1)
Hidrokarbon yakt katalitik yolla su buhar ile reaksiyona sokulur ve endotermik
reaksiyon ile Hidrojen, karbon monoksit ve karbon dioksit ieren gaz haline
dntrlr. Endotermik reaksiyon olmas nedeni ile sisteme gerekli enerji
oluturulmu olur ve sanayi uygulamalarnda bu ilem 600-1000 0C arasnda ve 40-100
atm basn altnda nikel esasl katalizrler kullanlarak gerekletirilir [4].
Reaksiyon sonucu oluan bileenlerin hacimsel art neticesinde kullanm debisine ve
basncna gre retilen Hidrojenin basn altnda sktrlmas gerekebilmektedir.
Doal gaz kaynakl buhar-metan yaplandrmas uygulamalarnda temel karm
prensibi buhar / karbon oran olarak 2,5 3,0 aralnda verilmektedir. Uygulamann
sakncalar arasnda balca etken yksek miktarlarda oluabilen CO ve karbon
bileikleridir. CO gaznn zehirli olmasndan dolay sistemden uzaklatrlmas ve
kontrol altna alnmas gerekmektedir [4].
Endstriyel olarak hidrojen dolum tesislerinde kullanlmakta olan proses iin temel
laboratuar lekli sistem Chevron Hidrogen firmasnca Michigan da dizayn edilen
hidrojen dolum istasyonunda kullanlmakta olan ve Chevron ile Basf Catalyst firmalar
ibirliiyle gelitirilmi olan Advanced Steam Methane Reformer sistemi
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
28/125
13
Resim3.1de verilmitir. Purified Hydrogen Unit blm ile saflatrma ilemi
yap
lan sistem ile hidrojen retilmektedir [8].
Resim 3.1 Modine Manufactoring firmas tarafndan tasarlanan ASMR sistemi [8].
3.1.2. Hidrokarbonlarn ksmi oksidasyonu ile hidrojen retimi
Hidrojen retiminde en ok kullanlan ikinci retim metodu olan ksmi oksidasyon
teknolojisi genellikle fosil yaktlar zerine uygulanan bir yntemdir. Fosil yaktlarnn
katalitik yntem ile yaplmayan ksmi oksidasyonu ilemidir. Katalitik oksidasyonunsnr artlar asndan salayamad en nemli avantaj ise bu metodun her eit
hidrokarbon beslemesi ile alabilen bir proses olmasdr. Isl oksidasyon iin 30 -100
atmosfer basn aralnda saf oksijen kullanlarak 1100 - 1300 0C aralnda
gerekletirilir. Bu metodun temel reaksiyonu E. 3.2de verilmitir. Genel olarak
avantaj ve dezavantajlar aada sunulmutur [9].
CX HY + X/2 O2 XCO +Y/2 H2 (3.2)
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
29/125
14
Bu yntem her tr hidrokarbon ile besleme yaplabilen avantajl bir proses olmasna
ramen dier birok metotta kar
m
za
kan istenmeyen CO oluumu ayn
ekilde buuygulamada da sorundur. Fosil yaktlarnn ksmi oksidasyonu uygulamasnda
istenmeyen CO oluumunu ortadan kaldrmak iin genellikle su gaz reaksiyonu
kullanlarak fazla miktardaki CO tekrar hidrojene dntrlmelidir. Proses verimi ise
genellikle Buhar - Metan yaplandrmasndan daha dk olarak gzlemlenmektedir.
Bir dier dezavantaj ise sisteme beslenmesi gereken saf oksijenin prosesin iletim
maliyetini artrmasdr [9].
3.1.3. Metan karbondioksit yaplandrmas
Bu metot buhar faz altnda gereklemektedir. Temel reaktiflerden Karbondioksitin
endstride geni kullanm alanna sahip olmas temininin kolay ve ekonomik olmas bu
ynteme olan ilgiyi artrmaktadr. Temel reaksiyon E. 3.3de verilmitir.
CO 2 + 2 CH 4 + H2O 3 CO + 5 H2 (3.3)
Giri ksmnda bulunan CO2 iin yksek basnta sistem beslemesi yapldndan
yksek oranlarda CO ve karbon oluumlar gzlenmektedir ve bunlar yukardaki
metotlarda olduu gibi sisteme beslenen su gaz reaksiyonu ile oransal olarak
drlmektedir. Sistemde kullanlacak katalizrnde bu oluumu minimuma
indirebilecek bir katalizr olarak seilmesi daha uygundur [10]. Burada temel prensip
ise yksek basn altnda dk CO oluumunu salayan katalizr retimi ve
kullanlmasdr.
3.2. Hidrokarbon Bazl Olmayan Hidrojen retim Metotlar
3.2.1. Amonyan katalitik ayrtrlmas ile hidrojen retimi
CO ve karbon miktarlar olarak istenmeyen rnlere sahip olmad iin Amonyaktan
hidrojen elde edilmesi ilemi gelecekte geliecei dnlen bir hidrojen retim
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
30/125
15
yntemidir. Amonyan oda koullarnda sv olarak depolanmasnn mmkn olmas
da bu yntemin cazibesini art
rmaktad
r. Bir adet azot atomunun bnyesinde 3 adethidrojen atomunu balayabilmesi ve oda koullarnda sv olarak bulunmas halen
almalar srmekte olan bir dier kaynak olarak deerlendirilen bor elementi gibi
hidrojen retiminde ve tanmasnda nemli kaynak elementler arasnda olmasn
salamaktadr. Amonyaktan hidrojen retimi almalarnn endotermik reaksiyon
eklinde gerekletii grlmektedir. Temel alma reaksiyonu E. 3.4te verilmitir.
2 NH 3 N2 + 3 H2 (3.4)
Bu uygulamada verimin yksek olmas, istenmeyen bileenler iermemesi ve yan rn
olarak yalnz inert olan N2 oluumundan dolay dier yntemlere gre tercih edilebilir
bir avantaj salamaktadr [4].
Bu yntemin gelimesi ve hidrojen retiminde temel kullanm metotlar arasna
girebilmesi halen yksek maliyetler ile retimi gerekletirilebilen Amonyan retim
maliyetlerinin drlmesi konusunda yaplacak almalara baldr.
3.2.2. Biyolojik yntem ile hidrojen retimi
Bu yntem ile hidrojen retiminde eitli bakteriler ve yeil yosunlar kullanlr ve bu
biyolojik yaplar gne n absorbe ederek deiik kimyasallar ve enzimler ieren
ortamlarda dier birok kimyasaln yan sra Hidrojen gaz da olutururlar. Uzun
vadede dnldnde verimli olarak deerlendirilen bu metot iin iki nemli
snrlama mevcuttur. Birincisi dk k enerjisi ile Hidrojen retimi veriminin
dmesidir ve Gne enerjisinin ancak % 5-6s bu kimyasal dnmde
kullanlabilmektedir.
kinci snrlayc faktr ise reaksiyonun sulu ortamda gereklemesi nedeni ile ayrlan
hidrojenin byk ksm oluan dier enzimler veya oksijen ile reaksiyona girerek
Hidrojenin saf elde edilebilen miktarnn azalmasdr [9].
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
31/125
16
3.2.3. Foto elektrokimyasal hidrojen retimi
Bu yntemin temel prensibi yariletken veya ergimi metal karmlarnn kullanmna
dayanr. Yar iletkenlerin kullanld sistemlerde Gne enerjisini absorbe edecek
yapdaki yar iletken yzey ayn zamanda elektroliz iin elektrot da iermekte ve elde
edilen enerji ile suyun ayrmas ilemi gerekletirilmektedir. Bu teknolojinin enerji
dnm verimlilii ilk denendii yllar olan 1974 te % 1den daha az iken gnmzde
% 8in zerinde klmakta ve ilgili almalar verim artrm ynnde srmektedir [9].
Ergimi metal karmlarnn katalizr olarak kullanld sistemlerde ise eriyik metal
karmlarnn sahip olduu enerjinin kullanlmas ve yine suyun ayrmas prensibine
gre allr. Verimli enerji dn salayacak Katalizr gelitirilmesi iin almalar
devam etmektedir ancak bu metot yar iletken teknolojilere gre gnmzde daha az
gelimitir [9].
3.2.4. Elektroliz ile hidrojen retimi
Bu retim yntemi bilindii zere doru akm altnda suyu oluturan Hidrojen ve
Oksijen elementlerinin gaz faznda elde edilmeleri prensibine dayanmaktadr. Farkl
elektrik enerjisi kaynaklarnn kullanlabildii yntemin gncel uygulamalarnda enerji
ve exerji verimleri srasyla yaklak % 30 ve % 26 dr [11]. retimin nkleer enerji
santrallerinde yaplmasnn tercih edildii gelimi elektroliz teknolojilerine sahip
proseslerde ise yaklak enerji ve exerji verimleri srasyla % 49 ve % 41 [11]
olmaktadr. Elektrik maliyeti bu metodun uygulamasn ciddi oranda snrlamaktadr.
Gelimi lkelerde hidrojen retimi iin bu metodun uygulamas nkleer enerji
santrallerinde bulunan tesislerde gerekletirilmektedir.
Yksek saflkta Hidrojen retimini salayan bu yntem retim metodu olarak suyun
doru akm ile bileenlerine ayrlmas prensibine dayanr. Saf suyun iletkenliinin ok
dk olmas nedeni ile elektrolit ortam amacyla KOH vb kimyasallar kullanlr [9].
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
32/125
17
Bu yntemin kullanlmasnda enerji kayna olarak aadaki alternatifler arasndan
blgesel kaynak imkanlar
gz nnde bulundurularak tercih yap
lmaktad
r.
a. Rzgar kayna
b. Hidrolik kaynaklar
c. Jeotermal kaynaklar
d. Gne enerjisi
e. Nkleer enerji
Rzgar enerjisi yenilenebilir enerji kaynaklarndandr ve rzgr enerjisinin kullanm
insanlk tarihinin ok eski dnemlerinden beri sregelmitir. Yelkenli gemilerin
kullanm milattan nce 3000 yllarna uzanmaktadr, yel deirmeninin kullanm ise
M 200 ylna kadar uzanmaktadr. Rzgar enerjisinin elektrik enerjisi retimi amal
olarak kullanlmas ise 1970 li yllarda balamtr. Rzgrdaki kinetik enerjiyi nce
mekanik enerjiye daha sonra da elektrik enerjisine dntren rzgr trbinleri enerji
retiminde gittike payn artrmtr. 1997 ylnda dnya toplam rzgr enerjisi kurulu
kapasitesi 7,475 MWdan 2006 ylnda 73,904 MWa ulam, 2010 ylnda ise 160,000
MWa ulamas beklenmektedir [12].
Trkiyede ilk defa eme Alaatda 1998 ylnda her biri 600 kW gcnde 3 adet
rzgr trbini kurulmu, yllar iinde saylar artarak Bandrma ve anakkalede dahil
olmak zere 2007 Mays verileri itibariyle 131 MW kurulu kapasiteye ulamtr. 2009
yl sonunda ise gereklemesi planlanan yatrmlarla birlikte rzgr trbinlerinde
kurulu kapasitenin 742 MWa ulamas beklenmektedir [12].
Rzgardan trbinler vastas ile elektrik enerjisi retimi Resim 3.2de verilmitir.
Rzgar enerjisi kullanmnn avantajlar aada verilmitir.
1. Temizdir (atmosfere kirletici gazlar yaymamaktadr).
2. Yenilenebilirdir (Kaynann tkenmesi sz konusu deildir).
3. Kurulumu ve iletilmesi kolaydr.
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
33/125
18
4. Rzgar enerjisi yerel kaynaklardandr.
5. Tek olarak veya byk iftlikler olarak al
t
r
labilir.
Rzgar santrallerinin sakncalar ise aada verilmitir.
1. Rzgr hz sabit olmad iin enerji retimi sabit deildir.
2. ok dk rzgr hzlarnda altrmak ekonomik adan, ok yksek rzgr
hzlarnda altrmak gvenlik asndan uygun deildir.
3. Enerji verimi fosil kaynaklara gre dktr.
4. Yatrm maliyeti yksektir.
5. Grlt asndan yerleim yerlerinin uzanda olmaldr.
Resim 3.2.Rzgar trbinleri Bozcaada, anakkale [12].
Hidrolik kaynaklar dnyamzdaki su dngsn esas alan ve suyun ykseklik farkndan
kaynakl potansiyel enerjisini elektrik enerjisine dntren sistemlerdir [13]. Hidrolik
kaynaklar yenilenebilir enerji kaynaklarndandr. Trkiyenin corafi yaps nedeni ile
yksek hidrolik enerji potansiyele sahiptir. zellikle Kanada ve Trkiyede mevcut
potansiyeli kullanmak amac ile hidrolik kaynaklarn elektrik enerjisi retiminde
kullanm iin almalar srmektedir [12].
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
34/125
19
Hidrolik kaynaklarn kullanm ile evreyi kirletmeyen enerji retimi, sulama rejiminin
dzenlenmesi, istihdam salanmas
gibi birok avantaj
yan
nda kurulum maliyeti vekullanm mrnn snrl olmas gibi sakncalar iermektedir. rnek hidroelektrik
santral Resim 3.3te verilmitir.
Resim 3.3. Atatrk baraj hidroelektrik santrali
Jeotermal kaynaklar, eitli derinliklerinde birikmi snn etkisi ile oluturduu,
kimyasallar ieren scak su, buhar ve gazlardr. Jeotermal Enerji de bu jeotermal
kaynaklardan ve bunlarn oluturduu enerjiden dorudan veya dolayl yollardan
faydalanmay kapsamaktadr. Jeotermal enerji yenilenebilir, srdrlebilir, tkenmez,ucuz, gvenilir, evre dostu, yerli bir enerji trdr [14].
Jeotermal enerjini avantajlar iin temiz ve evre dostu olmas, yanma teknolojisi
kullanlmad iin sfra yakn emisyona sebebiyet vermesi, konutlarda, tarmda,
endstride, sera stmasnda ve benzeri alanlarda ok amal stma uygulamalar iin
ideal olmas, rzgar, yamur, gne gibi meteorolojik artlarndan bamsz olmas;
kullanma hazr nitelii, fosil enerji veya dier enerji kaynaklarna gre ok daha ucuz
olmas, arama kuyularnn dorudan retim tesislerine ve bazen de geri enjeksiyon
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
35/125
20
alanlarna dntrlebilmesi, yangn, patlama, zehirleme gibi risk faktrleri
ta
mad
ndan gvenilir olmas
, % 95'in zerinde verimlilik salamas
, dier enerjitrleri retiminin (hidroelektrik, gne, rzgar, fosil) aksine tesis alan ihtiyacnn
asgari dzeylerde kalmas, konutlara fuel-oil, mazot, kmr, odun tanmas gibi
problemleri iermedii iin yerleim alanlarnda kullanmnn rahatl; gibi nedenlerle
byk avantajlar salamaktadr [15]. Saknca itibariyle Jeotermal kaynaklardan dk
scakla sahip olan kaynaklarda dk kaynama noktasna sahip furan ve benzeri
gazlar ile trbinlerden elektrik enerjisi retimi yaplyor olmas evre kirlilii ve ozon
tabakasna olumsuz etkileri asndan riske sahiptir. rnek jeotermal enerji santrali
Resim 3.4te verilmitir.
Resim 3.4. Jeotermal enerjiden elektrik enerjisi retim santrali [14].
Gne enerjisi gnein yayd ve dnyamza ulaan enerjidir, gnein ekirdeinde yer
alan fzyon sreci ile aa kan ma enerjisidir, gneteki hidrojen gaznn helyuma
dnmesi eklindeki fzyon srecinden kaynaklanr [16]. Dnya atmosferinin dnda
gne nmnn iddeti, aa yukar sabit ve 1,370 W/m2 deerindedir, ancak
yeryznde 0-1,100 W/m2 deerleri arasnda deiim gsterir. Bu enerjinin dnyaya
gelen kk bir blm dahi, insanln mevcut enerji tketiminden daha fazladr [16].
Gne enerjisinden yararlanma konusundaki almalar zellikle 1970'lerden sonra hz
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
36/125
21
kazanm, gne enerjisi sistemleri teknolojik olarak ilerleme ve maliyet bakmndan
dme gstermi, gne enerjisi evreci temiz bir enerji kayna
olarak kendini kabulettirmitir. Gne enerjisinin atmosfer, bulutlar ve asal nedenler dolays ile ancak
belli bir miktar yeryzne ular rnein Kuzey Amerikaya ulaan gne enerjisi 125
ile 375 W/m2 arasnda deiirken, gnlk elde edilebilen enerji miktar, 3 ila 9 kWh/m2
arasnda deimektedir. Bu deer gnmzde elde edilebilecek mmkn en yksek
deer olup, gne enerjisi teknolojisinin salayaca en yksek deer anlamna
gelmemektedir. Fotovoltaik (gne pili) panelleri, bugn iin yaklak % 15lik verime
sahiptirler. Bu nedenle, benzerartlarda bir gne paneli, 19 ile 56 W/m2 ya da gnlk
enerji salayacaktr [16]. rnek gne enerjisi tesisi Resim 3.5te verilmitir.
Resim 3.5. Gne enerjisi retim panelleri [16].
Nkleer enerji Dnya genelinde hzla yaygnlamakta olan bir enerji retim yntemidir.
Temel olarak elektrik enerjisi retimi amal olarak ina edilen ve iletilen nkleer
enerji santrallerinin hidrojen retimi iin kullanlmasndaki temel prensip elektrik
enerjisinin tanmas esnasnda yksek kaybn gereklemesi nedeni ile kaybm
minimum olduu yer olan nkleer enerji santrali yaknnda hidrojen retimi amal
elektroliz proseslerinin kuruluyor olmasdr [17]. Sv yaktlarn 2004 ylndaki paynn
% 37den 2030 ylnda % 34e dmesi beklenmektedir. Bu dnemde nkleer enerjikapasitesinin yllk % 6,3 orannda artmas beklenirken bu artn toplam % 68inin
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
37/125
22
in, Hindistan ve Rusyadaki projelerle gerekletirilmesi beklenmektedir. Nkleer
santrallerin beklenmeyen kaza durumlar
nda byk risk ta
mas
, insan ve evreolgusunun nem verildii lkelerde bu tr yatrmlardan kanlmasn konusunu
gndeme getirmektedir. Ayrca atklar iin henz tam olarak bir zm yolu
bulunamadndan atklar depolanmaktadr [17]. Nkleer santrallerde gerekletirilen
almalara ait temel tesis grnts Resim 3.6da, kontrol odas ise Resim 3.8de
verilmitir.
Resim 3.6. Nkleer enerji santrali [18].
Nkleer enerji santrallerinin temel alma prensibi Resim 3.7de verilmitir.
Resim 3.7. Nkleer enerji santrali temel alma sistemi [18].
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
38/125
23
Olduka karmak ekilde elektrik ve Hidrojen retimi iin tasarlanan nkleer enerji
santrallerinin evreye duyarl
ve tamamen kontroll olarak srdrlebilmesi iinprosesler ve retim teknolojiler zerine almalar Dnya apnda srmektedir.
Resim 3.8. Nkleer enerji santrali kontrol odas [18].
3.2.5. Suyun termokimyasal ayrmas ile hidrojen retimi
Dnyamzda en geni anlamda, snrsz saylabilecek enerji kayna olarak grlen
suyun kullanlmas ve yer deitirme reaksiyonlar ile suyun bnyesinde bulunan
Hidrojenin ayrtrlarak elde edilmesi prensibi ile yaplan biroksl prosesin tm iin
termokimyasal metotlar kullanlmaktadr. Bu almalar metallerin veya halojenlerin
kullanld birka farkl reaksiyon basama ierebilen temel olarak yer deitirme
reaksiyonlar olarak karmza kmaktadr. Genel olarak bu almalara esas tekil
eden reaksiyon E. 3.5te verilmitir [9].
H2O + X XO + H2 (3.5)
Hidrojen retimi sonras sistemi tekrar kullanlr hale getirmek iin ise genel olarak
E.3.6da verilen reaksiyondan yararlanlarak dnm ilemi uygulanr.
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
39/125
24
3 XO + ISI / C 3 X + O2 + CO2 (3.6)
Burada X su ile reaksiyona girebilen ve genellikle metal veya halojen olan elementleri
simgelemektedir.
3.3. Birletirilmi Metotlar Oluturarak Hidrojen retimi
1. Ototermal yaplandrma ile hidrojen retim metotlar
2. Buhar Metan Yaplandrmas (SMR) / Genel Elektroliz uygulamalar.
3. Buhar Metan Yaplandrmas (SMR) / Gelitirilmi Elektroliz uygulamalar.
4. Buhar Metan Yaplandrmas (SMR) / Termokimyasal hidrojen retim metotlar
3.3.1. Ototermal yaplandrma
Bu yntem buhar yaplandrma (SR) teknolojisinin katalizr blm ile ksmi
oksidasyon (POX) uygulamalarnn birletirilerek uyguland alma eklidir. Oksijen
katalizr kullanlarak bir miktar yakt kontroll oksijen ilavesi ile reaksiyona sokulur
Oksidasyon ss yaktn Hidrojen ve CO eklinde olumas iin gerekli s ve yksek
scaklk ihtiyacn karlar. ATR ilemindeki scaklk POX reaksiyonuna gre dk
fakat SR reaksiyonuna gre yksektir. ATR ilemi iin iki farkl tip katalizr kullanlr
Birincisi platin esasl katalizrdr dieri ise buhar yaplandrma ileminde olduu gibi
Nikel esasldr.
Hidrojen retimi iin gerekli enerji ksmi oksidasyon amal fosil yaktlar beslemesi ve
reaksiyon iin gerekli snn oluturulmas iin snrl oksijen ile yakma ilemi ile
balatlr. Oluan s ile Hidrojen ve karbon monoksitin olumasn salar. Reaksiyonun
oluumu iin doal gaz ve oksijen ile kartrlan buhar reaksiyonda kullanlr.
Katalizr sistemi ierisine ulaan reaksiyon rn ise buhar yaplandrmas nitelerine
gnderilerek retim gerekletirilir [9].
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
40/125
25
Buhar destekli oksijen kullanm ile oksijen sarfiyatnn dk olduu bu metotta
egzotermik ilk reaksiyonlar
n endotermik reaksiyonlar iin enerji sal
yor olmas
ekonomik adan avantaj salanm olur. Bu sayede sl kaynak olarak fazladan yakta
da ihtiya kalmamaktadr.
3.3.2. Buhar metan yaplandrmas ve genel elektroliz prosesleri
Bu eit almalar verimin yksek olmas amac ile dorudan suyun elektrolizi yerine
ncelikle belirli bir konsantrasyona kadar buhar metan yaplandrmas ile Hidrojen elde
edilmesine ve daha sonrada yksek saflkta hidrojen elde edilmesi iin elektroliz ile
prosese devam edilmesi prensibine dayanmaktadr. Bu tr sistemlerin enerji verimi en
ok % 55lere ulaabilmektedir [11].
3.3.3. Buhar metan yaplandrmas ve gelitirilmi elektroliz prosesleri
Halen hidrojen retiminde yksek oranda kullanlmakta olan buhar metan
yaplandrmas prosesi ile elde edilen ve Hidrojen ieren karmn ileri teknolojinin
kullanld elektroliz proseslerine tabi tutularak hidrojenin saflatrld sistemlerdir.
Bu sistemi benzer sistemlerden ayran faktr elektroliz ileminin dk enerji ve
yksek verim ile hidrojen retimi amacyla tasarlanm olmas sayesinde enerji verimi
olarak % 70lere ulaan sistemler halinde alan prosesler olmalardr [11].
3.3.4. Buhar metan yaplandrmas ve termokimyasal su ayrm
Termokimyasal retim metotlarnda yksek saflkta retimlerin gerekletirilememesi
nedeni ile buhar metan yaplandrmas ile birlikte tasarlanm sistemler ile verimin %
45lere ulat grlmektedir [11].
Buhar metan yaplandrmas reaksiyonu sonucu elde edilen CO Hidrojen ve ksmen su
buhar elektroliz ilemine tabi tutularak gerekletirilir bylece dorudan elektroliz iin
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
41/125
26
gerekenden ok daha az elektrik enerjisi kullanlarak yalnz sistemde kalan su iin
elektroliz ilemi uygulanm
olur.
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
42/125
27
4. ALTERNATF HDROJEN RETM METOTLARINDA LTERATR
4.1. Membran Reaktr Kullanm ile Hidrojen retimi
Bu amala yar seici metal alam membranlar son yllarda gelitirilmekte olup
yksek saflkta Hidrojen retimi salad iin tercih edilen prosesler haline gelmeye
balamtr. Yksek saflkta hidrojen eldesi iin giri gaz karmnn safl ve H2S gibi
metale zarar veren bileikler yannda CO, aromatik bileikler iermemesi sistem verimi
iin nemli faktrlerdendir. Paladyum bazl membranlarn arlkl olarak kullanld
alamlar ile dk basnlarda yksek saflklarda Hidrojen retilebilmektedir. Benzer
ekilde polimer bazl membranlar ile % 98e yakn saflkta retim yaplabilmektedir
[19].
4.2. Suyun Fotoelektrolizi ve Fotokatalizi ile Hidrojen retimi
Gne enerjisinin kullanld almalardan fotoelektroliz yntemi yksek enerji
verimine sahip gne enerjisi proseslerinde d bir g kayna kullanlarak elektrolitik
olarak suyun paralanmas prensibi ile almaktadr. Ancak oluan H2 ve O2nin proses
ierisinde bir arada bulunmasndan dolay ayrlmalar gerekmekte ve bu da sisteme
ayrca ekonomik maliyet getirmektedir.
Gne enerjisinin kullanld dier sistem olan fotokatalitik yntem ise, suyun
bileenleri olan H2 ve O2 ye uygun katalizrler zerinden gne enerjisi kullanlarak
ayrmas eklindedir ve gelecekte hidrojen retimi iin byk bir potansiyel olarak
grlmektedir. Grnr blgedeki n dk enerji ierii ile uygun ve yksek
verimli katalitik reaksiyonun bir araya gelme gl bu sistemin verimli almas
nnde grlen en byk engeldir [20].
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
43/125
28
4.3. Metann Sentez Gazna Katalitik Seici Oksidasyonu
Metann oksidasyonu ile CO ve H2 gazlarna ayrmasnn istendii proseste, E. 4.1de
verilen ekilde reaksiyonun gereklemesi istenmektedir, ancak beklenenin tersine CO2
ve H2O olumas da mmkndr uygun katalizrler ile istenen reaksiyona ait verimin
ykseltilmesi almalar srdrlmektedir [20].
2 CH 4 + O2 2 CO + 4 H2 (4.1)
4.4. Kat Oksit Yakt Hcreleri ile Hidrojen retimi
Son yllarda ounlukla metanoln yakt olarak kullanld retim proseslerinde 1 atm
ve altndaki basnlarda H2 yakt hcrelerinde retilmektedir. Metanoln yan sra
doal gazn da kullanld yakt hcreleri ise daha ok hareketli aralarda
kullanlmaktadr. Bu yakt hcrelerinin rnleri olan H2 ve CO yu oksijenle reaksiyona
sokarak kimyasal g retmeleri ve retilen gcn fosil yaktlara gre daha yksek
olmas bu yakt hcrelerine olan ilginin artmasn salamaktadr [21].
4.5 Gne Enerjisi, CO2 ve Ca(OH) 2 CaCO3 Dngs ile Hidrojen retimi
Nikulshina ve arkadalarnn gelitirdii bu retim metodunda aamal allmakta
ve ilk aamada aerosol tipte karbonlatrc havadan CO2 nin Ca(OH) 2 spreyi altnda
tutulmas iin kullanlmaktadr. Oluan CaCO3n kalsinasyon ilemi iin gne
enerjisinden faydalanlr ve sl olarak kalsinasyon frnnda muamele edilerek CaO ile
saf CO2 elde edilmesi ikinci aamay oluturmaktadr. nc aamada ise sentez gaz
reaksiyonu ile CH4n CO2 ile reaksiyonu sonucu H2 ve CO elde edilmektedir [22].
Bu metot ile hidrojen retimine ait akemasekil 4.1de verilmitir.
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
44/125
29
ekil 4.1. CO2 ve Ca(OH) 2 CaCO3 dngs ile hidrojen retimi akemas
Ak havada CO2nin dk deriimlerde olmas ve ok yksek hava hacimlerinin
Ca(OH) 2 zeltisinden geirilme gereksinimi nedeni ile enerji retim maliyeti olduka
ykselmekte bu nedenle fosil yaktlarn yaklmas ile oluan ve genellikle
kullanlmayan CO2in bu proseste kullanlmasnn uygun olduu dnlmektedir
dolays ile CaCO3 solsyonu elde edilmesi iin bu deneysel prosesin temel olarak g
santrallerinin ve endstriyel yerleim yerlerinin yaknnda kurulmas nerilir [22].
Bu alma metodu ile hidrojen retimine ait reaksiyonlar E. 4.2, E. 4.3, ve E. 4.4te
verilmitir.
Ca(OH) 2(aq) + CO2(g) = CaCO3 (aq) + H2O(l) (4.2)
CaCO3(aq) + ISI CaO (s) + CO2(g) (4.3)
CH4(g) + CO2(g) = 2 H2(g) + 2CO (g) (4.4)
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
45/125
30
Temel olarak hedeflenen bu reaksiyonlara E.4.5te verilen reaksiyon ile de
ula
labilmektedir. Bu reaksiyon, kalsiyum karbonat zeltisi ierisinden metan gaz
geirilerek gerekletirilebilmektedir. Tekrar kullanlmaya uygun kalsiyum oksit ise tek
bir proses ile elde edilmi olur [22].
CaCO3 + CH4 = CaO + 2 CO + 2H2 (4.5)
Proses ierisinde CaCO3n CaO elde edilmesinde kullanlmas aamasnda 13000C
scakla klmas gerektiinden NOx, COx, SOx ve dier kirleticilerden kanmak
amacyla bu scakla kmak iin konsantre gne enerjisi kullanlmaktadr [22].
Karbondioksitin tutulmas ilemi esnasnda havadan elde edilen karbondioksitin
reaksiyon verimi iin kontroll stlmas gerekmektedir. Bu stma ilemi iin gereken
gcn endstriyel s deitiricilerden alnan gazlar ile doal ortamdan s deitiricisiz
olarak alnan gazlara ait uygun reaksiyon verimi iin gerekli g miktarlarekil 4.2de
verilmitir.
ekil 4.2. Ak havadan ve prosesten alnan CO2in karbonasyonu iin enerji gerekleri
A
k havadan karbondioksit elde edilerek al
lmas
n
n karbonasyon aamas
nda ggerektirmesine karlk, deneysel prosesin ak emasndan grlecei gibi konsantre
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
46/125
31
Gne enerjisi yalnz kalsinasyon aamasnda deil, karbonasyon aamasnda da
kullan
labilmekte dolay
s
ile bu enerji maliyeti de drlebilmektedir [22].
4.6. yot - Slfr Termokimyasal Su Ayrma Yntemi ile Hidrojen retimi
Bu alma iin soutmal yksek scaklk reaktrleri kullanlmaktadr. Ksaca HTGR
eklinde verilen bu reaktr tipindeki kkrt iyot almalar S-I olarak
adlandrlmaktadr [23].
Temel reaksiyonun gerekletirildii Bunsen reaksiyonuna ait sistem ekil 4.3te
verilmitir.
ekil 4.3. Bunsen Reaksiyon Reaktr
Bu ynteme ait temel alma reaksiyonlar E. 4.6, E. 4.7 ve E 4.8de verilmitir.
SO2 (g) + I2(l) + 2 H2O (l) 2 HI (aq) + H2SO4(aq) (4.6)
2 HI (aq) H2(g) + I2(g) (4.7)
H2SO4(aq) H2O (g) + SO2(g) + O2(g) (4.8)
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
47/125
32
ekil 4.4. Basitletirilmi ak diyagram
Basamak basamak bunsen reaksiyonu ve oluan HI ile H2SO4 n ayrtrlmaproseslerini gsteren akemasekil 4.4te verilmitir.
Cam materyal ve dzeneklerin kullanld alma sistemi demonstrasyon amal
kapal evrim ile srekli hidrojen retmektedir. Bunsen reaksiyonu olarak tanmlanan
reaksiyon gerei karm halde HI, H2SO4, I2 ve H2O bulunmaktadr.
Cam reaktr ierisinde bulunan saf su ierisine enjeksiyon ucu ile enjekte edilen gazfazdaki SO2 ile zelti ile sisteme sv olarak eklenen iyot zelti ierisinde reaksiyon
vererek gl iki tr asit oluumu gereklemektedir. Asitlerin ayrtrlmas ilemi
ikinci basamak olarak fazlarn ayrmeklinde gerekletirilmektedir [23].
Sv fazdaki HI nin hidrojen ve iyoda ayrtrlmas ilemi 500 0C de scaklkta
gerekletirilmekte ve hidrojen gaz ile iyot gaz elde edilmektedir. Slfirik asidin
ayrmas ilemi ise 900 0C de gereklemekte ve su ile SO2 gaz eklinde
ayrtrlmaktadr.
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
48/125
33
Sistemden elde edilen iyot ve SO2 tekrar reaktre beslenmekte ve kapal evrim ile
hidrojen retimi gerekletirilmektedir.
retilen hidrojenin ve oksijenin zamanla oluum miktarekil 4.5te verilmitir.
ekil 4.5. retilen hidrojen ve oksijenin zamanla deiimi
Deneysel alma esnasnda retimi gerekletirilen hidrojen miktar 50 Lt/h olarak
belirtilmitir [23].
4.7. inko Tozu ve Su Buhar ile Hidrojen retimi
Berman A. ve arkadalar 1-10 mikron partikl byklndeki inkonun eritilerek
ierisinden Argon tayc gaz eliinde su buhar geirilmesi ile hidrojen elde
edilmesine almlardr.
Bu metotta su buhar faznda sisteme beslenmekte ve reaksiyon parametreleri olarak
enjeksiyonun reaktr i zeminine olan 2, 3, 4, 5 cm yksekliklerde yaplmas, 450, 500,
550, 600, 650 0C scaklklarda reaksiyon dnm oranlarnn hesapland almalar
yaplarak alnan su buhar ile inkonun oksidasyonu reaksiyon dnmleri
gzlemlenmi ve deneysel veriler ile teorik reaksiyon verileri grafik halinde
sunulmutur [24].
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
49/125
34
Bu almaya ait reaktr sistemi ekil 4.6da verilmitir.
ekil 4.6. Ayrntl reaktr alma sistemi
Bu alma ierisinde su buharnn oluturulmas, kontroll enjeksiyon iin Argon gaz
eliinde reaktre su buharnn beslenmesi ve eriyik inko ierisinden geirilerek suyun
ayrmas reaksiyonu ve rndeki su buharnn tutulmas amal su tutucu ve rnn
analiz edildii GC sistemleri grlmektedir. Sistemin tamamn gsteren ak emas
ekil 4.7de verilmitir.
inkonun 450 0C, 490 0C ve 500 0C scaklklarda su buhar ile farkl su buhar ksmi
basnlarndaki reaksiyon gerekleme orann gsteren grafikekil 4.8de verilmitir.
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
50/125
35
ekil 4.7. Sistem akemas [24].
ekil 4.8. 450, 490 ve 500 0C de suyun buhar basncna gre reaksiyon oranlar [24].
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
51/125
36
Bu alma esnasnda deitirilen parametrelerden su buharnn Reaktr ierisine
enjeksiyon derinlii deiimine kar
l
k inkonun oksidasyonunun deiimi incelenmive bu almalarekil 4.9da verilmitir.
Grafikten grlecei gibi reaktr zemininden uzaklatrlan dolays ile reaksiyon yolu
ksaltlan deneysel almalarda inkonun oksidasyon oran dmektedir.
Bu tez ieriindeki deneysel almalar iin enjeksiyon derinlii verileri ekil 4.9da
verilmitir.
Bu alma verileri gz nnde bulunularak deneysel almamzda reaktr maksimum
reaksiyon yolu iin reaktr zemininden 1 cm ykseklikte enjeksiyon yolu balayacak
ekilde reaktr tasarlanmtr.
ekil 4.9. 500 0C de Enjeksiyon derinlii ile reaksiyon dnm oran deiimi [24].
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
52/125
37
ekil 4.10. inkonun deneysel ve teorik oksidasyonuna ait veriler [24].
Reaksiyon iin farkl scaklklara ait dnm oranlarnn deneysel ve teorik olarak
hesaplanan veriler ile mukayese edildii grafik gsterim ekil 4.10da verilmitir.
almann deneysel verileri ile teorik olarak beklenen sonular itibariyle birbirine
yakn sonular verdii ekil 4.10da grlmektedir.
4.8. Modler Helyum Reaktrde Hidrojen retimi
Modler helyum reaktr (MHR) tipteki reaktrlerin temel avantaj birka retim
sistemini ierecek yapda olmalardr. Bu reaktrlerde hidrojen retimi iin ayn proses
ierisinde (SI) Sulfur Iodine prosesi ile (HTE) High Temperature Electrolysis
yksek scaklk elektroliz prosesi birlikte iletilmektedir. Bu almalar genel olarak
slfr-iyot bazl hidrojen retim metotlarndandr. Texas A&M niversitesinde ve
Idaho ulusal laboratuarnda Nuclear Energy Research Initiative kurumu projesi ile
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
53/125
38
desteklenen SI almalarnn yan sra son zamanlarda birleik yksek scaklk
elektroliz (HTE) uygulamalar
ile hidrojen retim alanlar
nda 600 MW gte elektrikve s enerjisi retme almalar yaplmaktadr [25].
ekil 4.11. Modler helyum reaktr [25].
Bu almaya ait temel reaksiyonlar E. 4.9, E. 4.10 ve E. 4.11de verilmitir.
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
54/125
39
H2SO4 H2O + SO2 + O2 (4.9)
SO2 + I 2 + 2 H2O 2 HI + H2SO4 (4.10)2 HI H2 (g) + I2 (g) (4.11)
Helyum gaz tayclnda yksek scaklk elektroliz ynteminin uygulanmasnda ise
Brayton evrimi kullanlmaktadr bu evrim gerei yksek scaklkta su buharnn
elektrolize tabi tutulmas iin SI evriminde oluan yksek scaklktaki su buhar
kullanlmaktadr [25].
4.9. Sezyum Oksit ile Hidrojen retimi
Bu retim metodunda CeO2/Ce2O3 oksitleri kullanlm ve retim dngs
gerekletirilmitir. ki basamaktan oluan bu almann birinci basamanda
indirgenme eklinde E. 4.12deki reaksiyon gerekleir [26].
2CeO2 Ce2O3 + O2 (4.12)
almann ikinci aamasn ise hidroliz oluturmakta ve E. 4.13 ile verilen reaksiyon
gereklemektedir [26].
Ce2O3 + H2O 2 CeO2 + H2 (4.13)
Cesiumun Ce+4 ten Ce+3e indirgenmesi endotermik reaksiyon olup ilk basamakta
gereklemekte ve enerji ihtiyac kontroll inert atmosferdeki gne kollektrlerinden
salanmaktadr. Bu ilk basaman alma scakl 2000 0C ve 100-200 mbar dr [26].
Hidrojen retiminin gerekletii ikinci basamakta ise sabit yatakl reaktrde 400-6000C aralnda hzl bir kinetik reaksiyon olarak gereklemektedir.
Cesiumun hidrojen retim dngsnde kullanlmas nedeni ile sisteme hammadde
olarak su, enerji olarak ise s verilmektedir. retilen hidrojenin saf halde ve CO, CO2
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
55/125
40
gibi gazlar iermemesi nemli bir avantaj olup dorudan yakt hcrelerinde kullanma
uygundur.
Bu sonulardan dolay sezyumoksitin iki basamakl termokimyasal ayrmas hidrojen
retimi iin mit verici bir metottur [26].
Bu metoda ait her iki basaman gsterildii ema ekil 4.12de verilmitir.
Fosil yaktlarn fiyatlarnn srekli ykseliyor olmas ve sera etkileri nedeni ile enerji
tanmnda gn getike nemi artan hidrojenin deerlendirilme zorunlulamaktadr.
ekil 4.12. retim temel akemasdr [26].
Hidrojen retiminin ilk basama olan suyun bir hidrojeninin alnmas ile hidrojenin
aa kmasna ait alma dzenei ekil 4.13te verilmitir.
Bu deneysel almaya ait sistemin ayrntl olarak belirtildii akemasekil 4.14te
verilmitir.
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
56/125
41
ekil 4.13. Hidrojen retimi basama [26].
ekil 4.14. Hidrojen retim aamasnn ayrntlematik gsterimi [26].
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
57/125
42
Bu alma iin bir proses ierisinde hem retim hem de rejenerasyona ait bir metodun
gelitirilmesi gerei vard
r prosesin ikinci aamas
n
uygulamak iin elde edilen beyazrenkli CeO2 nin yaklarak gne nlarn absorbe edebilmesi iin siyah renge
dntrlmesi ilemide bulunmaktadr [26].
Metalin rejenerasyonu amal olarak tasarlanan ilem emasekil 4.15te verilmitir.
ekil 4.15. Rejenerasyon basamana ait Ce2O3n CeO2e indirgenme emas [26].
alma iin Ce IV kulanlm ve hidrojen retimi iin 400-600 0C aralnda sabit
yatakl ve elektrikli stc ile stlan reaktrde suyun ayrtrlmas reaksiyonu ile ilk
basamak tamamlanmaktadr, ardndan elde edilen Ce2O3 n rejenerasyonu ilemi iin
pellet haldeki oksit pyrex sperikal malzemeden yaplm inert ortam aldnda inert gaz
beslemesi ve vakum uygulanmas ile oluan oksijen sistemden alnmaktadr. Bu ilem
esnasnda 1,5 m apl solar enerji toplaycs kullanlm ve 1,600 W/cm2 g ile
salanmaktadr [26].
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
58/125
43
5. HDROJEN DEPOLAMA UYGULAMALARI
Hidrojenin etkin ve verimli kullanlabilmesi doru ve ekonomik ekilde
depolanabilmesine baldr. Tanabilir uygulamalarda depolamada hafiflik ve farkl
artlar altnda gvenlik nem kazanmaktadr. Hidrojen gaz veya sv olarak saf halde
tanklarda depolanabilecei gibi fiziksel olarak nanotplerde veya kimyasal olarak
hidrr bileikleri eklinde depolanabilmektedir. Hidrreklinde depolama ilemi hem
kat halde hem de sv halde depolama imkan sunmaktadr. Farkl depolama yntemleri
ile hidrojen miktar, hacimsel younluk, enerji younluu bilgilerini ieren bilgiler
hidrojen depolama uygulamalar blmnde verilmitir [27].
5.1. Hidrojen Depolama Yntemleri
Hidrojenin depolama yntemleri ve farkl depolama usullerine ait depolama kapasitesi
arlka % hidrojen ierii gibi verileri izelge 5.1de verilmitir.
izelge 5.1. Hidrojen depolama yntemlerinin kyaslanmas [27].
Depolama tipiHidrojen miktar
% ArlkDepolama
kapasitesi g/ml
Yanma ssnn EnerjiYounluu
Cal/g Cal/ml
MgH2 7,0 0,101 2373 3423
MgNiH4 3,16 0,081 1071 2745
VH2 207 ? 701 ?FeTiH1.95 1,75 0,096 593 3245
TiFe0.7Mn0.2H1.9 1,72 0,090 583 3050
LaNi5 He7 1,37 0,089 464 3051
R.E.Ni5H 1,35 0,090 458 3050
Sv Hidrojen 100 0,070 33900 2373
Gaz Hidrojen (100atm basnta)
100 0,007 33900 244
N-Oktan ? ? 11400 8020
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
59/125
44
5.1.1. Sv olarak tanklarda depolama
Hidrojen yaklak 20 K ve 2 bar basn altnda svlamaktadr. Bu dk scaklk iin
sper izoleli ift cidarl tasarlanm kaplar ile depolama yaplmaktadr. Bu svlatrma
ve tanr hale getirme yntemleri Japonya Almanya ve Amerikada gsterim amal
olarak kullanlmaktadr. Yaygn kullanma engel olan faktrler aada belirtilmitir
[27].
Depolama sistemlerinin yksek hacmi
Sv Hidrojen maliyetinin ykseklii
Hidrojenin buharlama kayplar
Sv hidrojen tanklar arlk olarak dier yakt depolarna gre fazlaca ar
olmamalarna karlk hacim olarak byktrler rnein bir sv Hidrojen (LH2) deposu
iin 117 lt lik bir depo 65 kg tank arlna ve sistem olarak 73 kg a ulamaktadr
5.1.2. Gaz olarak tanklarda depolama
Gaz olarak depolama baz lkeler tarafndan kullanlm petrol ve doal gaz
maaralarnda, madencilik sektrne ait kullanlmayan madenlerde halen gaz
depolamaseklinde yaplmaktadr. Fransada Baynes yaknlarnda petrol ve doal gaz
maaras ierisinde hidrojen depolanmaktadr. Difzyon ve pompalama sisteminden
kaynaklanan kayplar yaklak gazn % 3 olmaktadr. Suni depolamalarn yerleim
blgeleri iin nerilen depolama ekli olmas ve kullanm kapasitesine uygun llerde
yaplmas almalar srmektedir [27].
Hidrojenin doal gazlarn depoland ekilde Alminyum tanklar ierisinde 200 bar
altnda saklanmas mmkn deildir bunun iin 690 bar basnta karbon /alminyum
depolama kab ile depolanabilmekte ancak ayn amala kullanlacak bir baka yakt
deposundan yaklak 3 kat daha ar ve 9 kat daha byk olmaktadr [4].
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
60/125
45
5.1.3. Metal hidrrler eklinde depolama
Hidrojenin metal hidrrleri eklinde depolanmas ilemi kk hacimler iin tercih
edilmektedir. Metal alamlar ile kimyasal bileikleri eklinde depolanabilen ve daha
sonra sistemin stlmas eklinde hidrojenin tekrar gaz haline getirildii sistemlerdir.
arj prosesinin egzotermik ve dearj prosesinin endotermik olduu reaksiyonlar E. 5.1
ve E. 5.2de verilmitir [4].
arj ilemi M + xH2 MH2x + Is (5.1)
Dearj ilemi MH2x + Is M + xH2 (5.2)
Reaksiyon hznn metal yzey alan ile doru orantl olduu sistemler genellikle
reaksiyon hznn artmas iin toz veya granl haldeki metal ile muamele edilirler. En
ok kullanlan metaller Demir, Magnezyum, Nikel, Manganez ve Titanyumdur. Bu
amala kullanlacak metalin seiminde esas alnan kriterler aada sunulmutur.
Fiyatnn dkl
Enerji younluunun yksek olmas
Atk miktarnn az olmas
Yksek Hidrojen Absorbe kapasitesine sahip olmas
Gaz ierisinde bulunabilecek yabanc maddelere kar drenli olmas
lem sonras hacimsel genilemenin dk olmas
Hidrr eklinde depolama uygulamalar iin kullanlmakta olan farkl alamlarn
hidrojen depolamadaki performanslar izelge 5.2de verilmitir.
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
61/125
46
izelge 5.2. Hidrr depolamada kullanlan alamlarn preformans kyaslamalar [27].
Hidrr Maddeler100 g metale denHidrr miktar (g)
Dier GazlarnEtkisi (Su ve
Oksijen)
Absorbsiyon nisbioranlar
LaNi5 1,52 Az Hzl
LaCuNi4 1,3 Az Hzl
La0.7Ce0.3Ni5 1,6 Az Hzl
MmCO5 0,67 Az Hzl
MmNi5 1,5 Az Hzl
Mm0.85Ce0,15 Ni5 1,5 Fazla Hzl
Vanadyum 5,9 Fazla Hzl
Niyobyum 2,1 Fazla Hzl
Magnezyum 7,6 Fazla Hzl
FeTi 1,8 Fazla Hzl
Mg0.93Ni0,07 5,7 Fazla Hzl
V(Si%0,93) 5,6 Fazla Hzl
Hidrojenin metal hidrrleri eklinde depolama amal olarak tasarlanan ve kullanlan
yatay ve dikey tiplerde tanklarda depolanmas gncel uygulamalardandr.
Hidrojen depolama uygulamalar iin ekil 5.1de rnek tank verilmitir. Sistem
hidrojen gaznn sl etki ile tanka beslenmesi sonras kimyasal balanma ile
depolanmas ve kullanm amalandnda ise yine sl ilem vastas ile tersine ilem
uygulanarak hidrojenin aa kmas ve k hattndan alnmas eklinde
kullanlmaktadr.
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
62/125
47
ekil 5.1. Dikey tip metal hidrr depolama tank [4].
Metal hidrrler eklinde depolama ileminin gram metal bana depolanan hidrojen
hacminin arlka % 0-5 ila 2 arasnda olmas bu yntemin yksek depolama verimi
sunmad iin mobil kullanmlar iin uygun olmad gereini ortaya koymaktadr.
Ayrca bu ynteme esas olan Hidrojenin safszlk ierme ihtimali metal yapnn tekrarl
arj dearj ilemleri sonras ciddi performans kaybn netice vermekte ve metal yapnn
deiim gereklilii nedeni ile kullanmlarn snrlandrmaktadr [4].
5.1.4. Sodyum alanatlarda depolama (NaAIH4)
Hidrojen depolamada bir dier yntem olan Alanatlarn kullanmn ekilleri de yine toz
olarak kullanmdr. Genel olarak sodyum alminyum hidrr zerinde durulmaktadr
ancak sodyum lityum alminyum hidrr gibi daha kompleks alanatlar konu alan
almalar da yaplmaktadr. Sodyum alanat ile arlka toplam % 7,4 hidrojen
depolanabilmekte ama alanattan geri alnan normal koullarda arlka %5,55dzeylerinde kalmaktadr [4].
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
63/125
48
5.1.5. Sodyum bor hidrr esasl depolama
Bor elementinin yapsal zellii nedeni ile ok hidrojen balayabilecei zerine son
ylarda birok alma yaplmaktadr. Bu amala sodyum bor hidrr kullanm esas
alnmaktadr. NaBH4 kat halde arlka % 10,5 hidrojen iermektedir. Su ve NaOH
ilavesi ile sodyum bor hidrr birlikte kullanlarak NaBH4 n sv ierisindeki oran
arlka % 20-35 arasnda olabilmektedir [4].
Sodyum bor hidrrn depolamada tercih edilmesinin en nemli nedeni depolanan
hidrojenin oda scaklnda geri alnabilmesidir. NaBH4 n hidrojen depolamada
yaygn olarak kullanlabilmesi iin geri dnmnn nispeten basit ve ekonomik
tercihen ayrtrma gerektirmeyen yntemlerle gerekletirilmesi byk nem
tarmaktadr.
5.1.6. Nanotplerde depolama
Grafit tabakalarn tp ekline dntrlmesi ile elde edilen Karbon nano tpleri,
aplar birka nanometre veya 10-20 nano metre mertebesinde boylar ise mikron
civarndadr. Nano tpler tek cidarl olarak retilebilecei gibi ok duvarl tplerde
retilebilmektedir. eitli ilavelerle oluturulan, Li-K ieren nanotpler de mevcuttur.
Hidrojenin nanotplerde depolanmas iki ekilde gereklemektedir. Fiziksel
depolamada hidrojenin tamam geri alnabilmekte ancak kimyasal depolamada ise
ancak ok yksek scaklklara ulaldnda geri kazanm gereklemektedir. Bu alanda
yaplan almalar karbon nanotplerinde % 4 ila 14 arasnda hidrojen
depolanabildiini gstermitir [4].
Karbon nanotplerinin hidrojen depolama kapasitesi tek veya ok duvarl yaplar
olmasna ve tplerin kapal veya ak olmasna tp llerine ve tp yzeylerinin
aktifliine gre deiiklik gstermektedir.
-
8/3/2019 Kontrollu Hidrojen Uretimi Controlled Hydrogen Production
64/125
49
6. MATERYAL VE METOT
6.1. Termokimyasal Yntem ile Hidrojen retiminde Materyal Seimi
Deneysel almamzda, termokimyasal metot kullanlarak inkonun oksidasyonu
yntemi ile hidrojen retimi amalanmtr. Bu konu zerinde alma yapmamza
temel tekil eden aratrmalarmza ait bilgiler aada sunulmutur.
Hidrojen retimi iin nc ve drdnc blmlerde ayrntlar verilen birok farkl
kaynaktan yararlanan farkl