Dogru kaynak Dogru kaynak Video Dogru kaynak Dogru kaynak

Kimya 10. sınıf-Alternatif enerji kaynakları hidrojen ve bor enerjisi

dogrukaynak Ödev-Ders » Kimya » Kimya 10. sınıf-Alternatif enerji kaynakları hidrojen ve bor enerjisi
Hit : 18365
Tarih : 14 Ekim 2010 18:19
Yükleyen : Paylasimci
Oy Ver (1/1277) :
HİDROJEN ENERJİ SİSTEMİ - Alternatif Enerji Kaynakları
Dünyanın enerji gereksiniminin büyük bölümünü karşılayan fosil kaynaklar hem gittikçe
azalmakta hem de çok ciddi çevre ve hava kirliliğine sebep olmaktadır. Hidrojen, bir enerji
taşıyıcısı olarak bu sorunların çözümü için bir potansiyel oluşturmaktadır. Bu sebeple son
yıllarda hidrojen enerjisi üzerinde yoğun araştırma ve geliştirme faaliyeti sürdürülmektedir.
Temiz ve yenilenebilir hidrojen enerjisinin dünyanın artan enerji gereksinimini
karşılayacağı bir gelecek için gelişmiş ülkeler çok yoğun bir şekilde büyük ölçekli
teknolojik araştırma ve geliştirme programları yürütmektedirler.
Hidrojen dünyada en çok bulunan elemanlardan biridir. Su, hidrojen ve oksijenden oluşur
ve akarsu ve denizlerde çok miktarda bulunmaktadır. Hidrojen doğada saf halde bulunmaz.
Ancak çeşitli yöntemlerle elde edilebilir. Bu sebeple yenilenebilir bir yakıttır. Bunun
yanında yakıtlar içerisinde çevresel açıdan en temizidir. Birincil enerji kaynakları
kullanarak hidrojen üretilip bunun gereksinim duyulan yerlere iletilerek çeşitli yöntemlerle
enerjiye çevrilmesine hidrojen enerji sistemi denir.
Hidrojen yakıtının en önemli kullanım alanı ulaşım sektörü (otomobil, otobüs, uçak, tren
ve diğer taşıtlar) olmaktadır. Hidrojen halen bir yakıt olarak uzay mekiği ve roketlerde
kullanılmaktadır. Düşünülen diğer kullanım yerleri ise mobil uygulamalar (cep telefonu,
bilgisayar, vs) ve yerleşik uygulamalar (yedek güç üniteleri, uzak mekanlarda güç
gereksinimi, vs) dır.
Hidrojen enerji sistemi şu kısımlardan oluşur:
- Hidrojen üretimi
- Depolama ve iletim
- Enerji çevrimi
Hidrojen enerjisi konusunda son yıllarda meydana gelen gelişmeler, 2010 yılından itibaren
hızlanan bir süreç içinde hidrojenin özellikle ulaşım sektöründe diğer yakıtların yerine
geçeceği bir geleceği işaret etmektedir. Bu vizyonda hidrojenin çeşitli üretim yerlerinden
kullanım yerlerine ulaşması için gereken dağıtım altyapısı ve hidrojen istasyonları da yer
almaktadır.

Hidrojen Üretimi:
Hidrojen üretme teknolojileri şöyle sayılabilir:
1. Kömür, doğalgaz, benzin gibi fosil yakıtlardan termokimyasal yöntemlerle hidrojen
elde edilmesi. Buharla reaksiyon yöntemi en çok kullanılan yöntemdir. Burada
fosil yakıt bir nikel esaslı katalizör vasıtası ile buharla reaksiyona girer ve hidrojen
açığa çıkar. Ayrıca biomasdan proliz yöntemi ile elde edilen bio-yağdan da
benzer şekilde buharla reaksiyon ile hidrojen elde edilir.
2. Suyun elektrolizi ile hidrojen elde edilmesi. Elektrik enerjisi kullanarak su hidrojen
ve oksijene ayrılır.
3. Fotoelektrokimyasal yöntemle güneş enerjisinden hidrojen elde etme. Elektroliz
yönteminin bir benzeridir. Elektrik akımı suya batırılmış güneş pillerinden elde
edilir. Normal elektroliz yönteminden daha verimlidir.
4. Fotobiyolojik yöntemle yeşil yosunlardan doğal fotosentez faaliyetlerinden
faydalanarak hidrojen elde etme.
5. Çeşitli hidrit bileşiklerinden kimyasal yöntemlerle hidrojen elde etme. Bunların en
önemlisi sodyum borohidrittir.
Hidrojen halen en ucuz olarak fosil yakıtlardan buharla reaksiyon yöntemi ile elde
edilmektedir. Ancak bu yöntem fosil kaynaklara olan bağımlılığı azaltmamakta ve aynı
zamanda hava kirliliğine sebep olmaktadır. Diğer en çok kullanılan yöntem elektolizle
suyun ayrıştırılmasıdır. Elektroliz yönteminin ve diğer yöntemlerin verimlerinin artırılması
ve üretim maliyetlerinin azaltılması için yoğun araştırmalar yapılmaktadır.
Hidrojenin Depolanması ve İletimi:
Hidrojen, gaz halinde, sıvı halinde veya bir kimyasal bileşik içinde depolanabilir. Daha çok
gaz halinde saklanmaktadır. Fakat düşük yoğunluklu olduğundan çok yer kaplar. Bunun
için basınçlı tanklarda ve tüplerde sıkıştırılmış olarak saklanır. Tank malzemeleri hafiflik
ve güvenlik açılarından geliştirilmektedir.
Sıvı hidrojen daha az yer kaplar. Fakat hidrojenin sıvılaştırılması için çok yüksek enerji
(sıvılaştırılan hidrojenin enerji değerinin 1/3ü kadar) gerekir.
Katı şekilde hidrojen depolaması için metal hidritler kullanılmaktadır. Hidrojen gazı metal
hidrit tarafından sünger gibi çekilerek gözenekleri içinde depolanır. Ancak metal hidritler
çok ağırdır. On kat daha hafif malzeme olarak karbon nanoyapıları geliştirilmektedir.

Hidrojenden Enerji Elde Edilmesi:
Hidrojenden şu yöntemlerle enerji elde edilir:
- Yakma-Hidrojen benzin ve doğal gaz gibi yakılabilir. Benzin ve doğal gaza
üstünlüğü emisyonlarının azlığıdır. Karbondioksit çıkmaz. Sadece benzin ve doğal
gaza göre çök az miktarda NOx çıkar. Askeri ve endüstriyel amaçlar için hidrojen
gaz türbinleri ve arabalar için içten yanmalı motorlar geliştirilmektedir.
- Yakıt pili-Yakıt pili elektrolizin tersidir. Hidrojen ve havadaki oksijen
birleştirilerek elektrik akımı elde edilir. Özellikle otomobiller olmak üzere bütün
uygulamalarda tercih edilen yöntemdir. Hidrojeni yakmaya göre daha verimlidir.
Çevreye zararlı hiç emisyonu yoktur. Çeşitli yakıt pili tipleri vardır. Bunlar anod ve
katod arasındaki elektrolit malzemeye göre farklılık gösterir. Şekilde son
zamanlarda en çok kullanılan tip olan PEM (Proton exchange membrane) yakıt pili
görülmektedir.

Linklerin Görülmesine izin Verilmiyor
Linki Görebilmek Için Üye Ol veya Giris Yap

Şekil 1. PEM Yakıt Pili

Hidrojen AR-GE Programları:
Hidrojen sisteminin gelişimi ile ilgili olarak gelişmiş ülkelerde kamu kuruluşlarının ve
otomotiv şirketlerinin yoğun faaliyetleri vardır. Bu çalışmalar gittikçe daha çok kaynak
ayrılarak artmaktadır.
ABD, AB ülkeleri ve Japonyada üretim yapan otomobil ve otobüs firmalarının hemen
hemen tümü yakıt pilli prototip modellerini geliştirmektedirler. Ayrıca hidrojen yakıtlı
içten yanmalı motorlu modeller de geliştirilmektedir. Bu prototipler araştırma amaçlı olup,
oluşabilecek problemleri görmek ve gidermek içindir. Ayrıca Airbus ve NASA da hidrojen
ile çalışacak gaz türbinli ve yakıt pilli yolcu uçağı geliştirmek için yoğun çalışmalar
yapmaktadırlar. Almanya, Rusya ve ABD yeni denizaltılar için hidrojen yakıt pilli
uygulamalarına geçmişlerdir.
Ford, Opel, Honda, Mazda, Nissan, Toyota ve Daimler-Crysler yakıt pilli ilk modellerini
2003den başlay-k çıkaracaklardır. Yakıt pilli arabalardaki önemli bir sorun hidrojen
deposudur. Hidrojen deposu hem büyük hem ağır olmaktadır. Ayrıca yüksek basınçlı
olduğundan kaza sırasında tehlike arzetmektedir. (Honda 2003 ve Ford 2004 hidrojen
depolu, Daimler-Crysler 2004 sıvı hidrojen depolu, Ford 2004 ve Toyota 2003 basınçlı
hidrojen depolu olarak yapılmaktadır.)
Bir alternatif, depo yerine hidrojeni bir sünger gibi emen metal hidritler kullanılmasıdır
(Toyota 2004). Hidrojen, yakıt pilinden çıkan artık ısı kullanılarak metal hidritin ısıtılması
ile metal hidritten ayrılır. Ancak bunlar da ağırdır ve kapasiteleri az olmaktadır.
Bir diğer seçenek hidrojenin arabanın üzerinde elde edilmesidir. Bunun için benzin ve
metanol gibi yakıtlardan buharla reaksiyon yöntemi ile hidrojen elde eden sistemler
geliştirilmiştir (Honda 2003, Nissan 2003, Mazda 2005, Toyota 2004, Opel 2004). Ancak
bu sistemler çok yer kaplamaktadır.
Hidrojenin arabanın üzerinde elde edilmesi için geliştirilen en uygun yöntemlerden biri ise
sodyum borohidritin yakıt olarak kullanıldığı yöntemdir ve Daimler-Cryslerın bir
modelinde geliştirilmektedir. Bor türevini yakıt olarak kullanan bu model özellikle ülkemiz
açısından önemlidir. Çünkü dünyadaki en zengin bor kaynakları ülkemizdedir. Şekil 2de
görülen bu sistemde yakıt tankına konan 1/3 sodyum borohidrit ve 2/3 sudan oluşan
solüsyon bir pompa vasıtası ile katalizör hücresine gönderilerek hidrojen gazı ayrılır. Yan
ürün olarak çıkan sodyum borat ise bir tanka alınır. Bir ısı değiştiricisinde hidrojen gazının
nemi ayarlanır. Nemlendirilmiş hidrojen ile yakıt pilinde elektrik üretilir.

Linklerin Görülmesine izin Verilmiyor
Linki Görebilmek Için Üye Ol veya Giris Yap

NaBH4 + 2H2O-----(katalizör)---→4H + NaBO

Şekil 2. Sodyum borohidrit yakıtlı sistem

Daimler-Cryslerın geliştirdiği minivan modelindeki yakıt sistemi yerleşimi Şekil 3de
görülmektedir. Bu araç, halihazırdaki arabalardaki kadar bir yakıt tankı ile 500 km lik bir
menzile sahip olacaktır.

Şekil 3. Sodyum borohidritli minivanın yakıt sistemi yerleşimi

Linklerin Görülmesine izin Verilmiyor
Linki Görebilmek Için Üye Ol veya Giris Yap

Hidrojen enerji sisteminin hem ulaşım hem de diğer uygulama alanlarında genel kabul
görmesi için hidrojen üretim maliyeti ile yakıt pili maliyetinin daha da azalması ve zaman
içinde bir hidrojen iletim altyapısının gelişmesi gerekmektedir. Hidrojen sisteminin dengeli
bir şekilde gelişimi için batılı ülkeler çok büyük AR-GE kaynakları ayırmaktadırlar. ABD
uzun zamandan beri yakıt pili gelişimini ve uygulamalarını teşvik etmektedir. 2000 yılında
başlatılan SECA programı, Enerji bakanlığı, ulusal laboratuvarlar ve endüstri arasında
yerleşik yakıt pili uygulamaları için oluşturulan bir ortak araştırma programıdır. 2002
yılında Enerji bakanlığı tarafından, ABDdeki otomotiv firmalarının da işbirliği ile, ulaşım
sektöründeki hidrojen kullanımına yönelik ´Freedom Car programı başlatılmıştır. Bu
programda AR-GE faaliyetleri, ulusal laboratuvarlar, otomotiv firmaları, üniversiteler ve
diğer araştırma kuruluşlarında yapılmaktadır. 1.7 milyar $lık ´Freedom Car programının
çoğu hidrojenle ilgili konuları (hidrojen depolama, yakıt pili ve yakıt pilli araba tahrik
sistemleri) kapsamakta, ancak bunların yanında elektrikli ve hibrid arabalarla ve arabalar
için hafif yapı malzemeleri geliştirilmesi gibi konuları da içermektedir. 2003 yılında ise
hidrojen iletim altyapısı ile hidrojen depolama konularında araştırma çalışmalarını
kapsamak üzere Hidrojen Yakıtı İnisiyatifi adı altında 1.2 milyar $lık bir program
başlamak üzeredir.
Japonya da çeşitli tiplerde yakıt pilleri geliştirilmesi konularında 1981 yılından beri 1
milyar $dan fazla AR-GE kaynağı ayırmıştır. Japonyanın 2002 hidrojen AR-GE bütçesi
220 milyon $, 2003 hidrojen AR-GE bütçesi ise 288 milyon $dır.
AB ülkeleri de hem kendi içlerinde hem de çerçeve programları olarak hidrojen
konusundaki araştırmaları düzenli olarak desteklemektedirler. Bu destek son yıllarda daha
da yoğunlaşmıştır. Hidrojen ve yakit pili ile ilgili araştırmalar için ayrılan kaynaklar, 1999-
2002 dönemini kapsıyan beşinci çerçeve programında 127 milyon Euro, 2003-2006
dönemini kapsıyan altıncı çerçeve programında ise 2.12 milyar Eurodur.
Hidrojen ve Yakıt Pili Maliyetleri:
Kıyaslama amacıyla, hidrojen maliyeti olarak bir litre benzinin eşdeğeri kadar enerji veren
hidrojenin maliyeti verilecektir. Baz olarak kullanılan benzinin maliyeti ise 0.3$/lt
(1.25$/gallon) olarak alınmıştır.
Doğalgazdan buharla reaksiyon yöntemi ile elde edilen gaz haldeki hidrojenin maliyeti
0.53$/lt.b.e. (litre benzin eşdeğeri)dir. Ancak doğalgaz fiyatları stabil olmadığından,
doğalgaz ithal bir kaynak olduğundan ve bu üretimde hava kirliliği yine söz konusu
olduğundan, hidrojenin elektrolizle üretiminin fiyatları daha önemlidir.
7
Elektrolizle hidrojen üretiminde, kullanılan elektriğin fiyatı, maliyeti doğrudan
etkilemektedir. Elektrik fiyatını 3 cent/kWs olarak kabul edersek bunun hidrojen
maliyetine etkisi 0.42 lt.b.e.dir. Elektroliz cihazının fiyatının 800 $/kW olması durumunda
bunun hidrojen maliyetine katkısı diğer işletme giderleri ile beraber 0.26 lt.b.e. olmaktadır.
Hidrojenin genel olarak sıvı halde taşınıp depolanması uygun olmaktadır. Hidrojenin sıvı
hale getirilmesi ise 0.1$/lt.b.e. bir yük getirmektedir. Böylece elektrolizle üretilen sıvı
hidrojenin maliyeti 0.78 $/lt.b.e.dir.
Eğer hidrojen, hidrojen yakıtlı içten yanmalı motorda kullanılacaksa, bu motor benzin
motoruna göre daha verimlidir. Ayrıca hidrojen motoru organik asit ve karbon depozitleri
üretmediğinden benzin motoruna kıyasla daha uzun ömürlüdür. Benzinin çevreye yaydığı
kirliliğin maliyeti de hesaba katıldığında (ve hidrojen motorunun birim maliyetinin seri
üretim durumunda benzin motoru ile aynı olacağı gözönüne alındığında) hidrojenin
maliyeti benzin ile rekabet eder duruma gelmektedir.
Eğer hidrojen, yakıt pilinde elektrik üretimi için kullanılacaksa verimlilik daha da
artmaktadır, çünkü içten yanmalı motorun %30 verimliliğine karşı yakıt pilinin verimliliği
%60dır. Ancak buna karşın yakıt pillerinin halihazırdaki maliyetleri çok yüksektir.
Arabalar için üretilen 5000 saat ömürlü yakıt pillerinin yaklaşık maliyeti 300$/kWdır.
´Freedom Car programında yürütülen AR-GE faaliyetlerinin sonucu olmak üzere hidrojen,
yakıt pili ve hidrojen motorunun birim maliyetleri için belirli hedefler konmuştur.
Hidrojenin maliyeti ile ilgili hedef, elektroliz cihazının daha verimli bir hale getirilmesi ve
diğer hidrojen elde etme yöntemlerindeki gelişmelerle hidrojenin pazar fiyatının 2010
yılında 0.4$/lt.b.e. olmasıdır. ´Freedom Car programının, teknolojik gelişme ile beraber
seri üretim sayesinde elde edilmesi hedeflenen yakıt pili maliyeti ise 2010 yılı için 45
$/kW, 2015 yılı için ise 30$/kWdır. Ayrıca yakıt pilli arabalar için gereken elektrik tahrik
düzenleri ve elektrik bataryasının 2010 yılı fiyat hedefi 32$/kWdır. Hidrojen motorlu
modellerde ise hidrojen motoru ve hareket iletim sisteminin 2010 yılı hedef maliyeti
45$/kW, 2015 yılı hedef maliyeti ise 30$/kWdır.
Türkiyenin Yapması Gerekenler:
Ülkemiz hidrojen enerjisinden hangi zamanlarda ne şekilde faydalanacağını planlamalıdır.
Eğer Türkiye hidrojen enerjisi konusundaki gelişmeleri uzaktan izlerse gelecekte büyük
bedeller ödemek zorunda kalır. Yakıt pilleri ile ilgili olarak ve özellikle yenilenebilir enerji
kaynaklarını değerlendirmek üzere bu konulardaki teknolojik yenilikleri uygulamak ve
geliştirmek için AR-GE çalışmaları yapmalıdır. Avrupa Birliği Altıncı Çerçeve programı
Türkiye için bir fırsattır, çünkü Türkiyenin de katılmakta olduğu bu programda hidrojen
ile ilgili çalışmalara çok yüksek bir kaynak ayrılmıştır. Bilindiği gibi AB Çerçeve programı
8
projelerinde amaçlardan biri AR-GE çalışmalarının Avrupa üzerinde yaygın bir şekilde
yapılmasıdır. Herbir proje için çok sayıda ülkenin üniversite ve şirketlerinin katılımı
aranmakta ve bilgi iletişimi ile ortak AR-GE çalışmaları özendirilmektedir. Ülkemizdeki
enerji ile ilgili AR-GE kurumlarının ve otomobil üretici firmalarının bu projelere aktif
olarak katılmaları sağlanmalıdır. Dikkat edilmesi gereken bir diğer nokta olarak, oluşan
bilgi birikimin AR-GE çalışmalarının sürekliliğini sağlamak üzere kişilerde değil
kurumlarda kalması sağlanmalıdır.
Hidrojen için gereken elektrik üretiminde birincil enerji kaynakları olarak özellikle
ülkemizde bulunan ve yenilenebilir kaynaklara rağbet edilmelidir. Bunların başında, çok
düşük maliyetle elektrik elde edilebildiği için hidroelektik enerjisi gelmektedir. Halen
%20sinin kullanıldığı hidroelektrik potansiyelinin tümünün kullanılması gerekir. Ayrıca
rüzgar enerjisi de önemli bir potansiyele sahiptir. Ancak rüzgardan elektrik üretimi
düzensiz olduğu için belli bir miktardan sonra şebeke kullanımına uygun değildir.
Hidrojen, saklanabilir bir enerji taşıyıcısı olduğu için rüzgarın bu potansiyelinin uygun
olarak değerlendirilmesine fırsat vermektedir. Halen rüzgar santrallarında elde edilen
elektriğin maliyeti 3.6 cent/kWsdir. Ancak 2010 yılında bu maliyetin 2.6 cent/kWsa
düşmesi beklenmektedir. Yine düzensiz elektik enerjisi kaynaklarından olan güneş
enerjisinden hidrojen elde edilmesi ise en önemli potansiyellerden birisini oluşturmaktadır



 »ses enerjisi nedir, »2010 2011 7 SINIF MÜZİK YILLIK PLANI, »10 sınıf coğrafya topografya ve kayaçlar videolu ders anlatımı, »tarıh dersı 10 sınıf taşra ve eyalet yönetımı anlat, »dil ve anlatım11 sınıf ders kitabı cevapları, »lise sınıf arkadaşlarının mektuplaşmasına örnek, »özgün yayınevi matematik planı 3 sınıf, »11 sınıf inkılap tarihi etüt odası, »11 sınıf ingilizce workbook cevapları, »11 sınıf edebiyat yazılı soruları,

Yorumlar

Adınız :

E-Mail Adresiniz :

Yorumunuz :

çok uzun kısası alsa süper olur

Yazan: zaaaaaaaaaa | Tarih: 2016-04-07 19:17:16


çok uzun kısası alsa süper olur

Yazan: mdfsrg | Tarih: 2015-10-24 10:33:06


çok uzun kısası olsa süper olur

Yazan: adem | Tarih: 2015-01-06 15:29:43