Niğde Universitesi
Muhendislik Fakültesi
Makine Müh Bölümü
Sunum Planı
 Hidrojen Enerjisine giriş
 Hidrojen Üretim Metotları
 Hidrojenin Depolanması
 Hidrojen Enerjisi Uygulamaları
 Niğde Üniversitesinde Yapılan Çalışmalar(Hidrojen
Üretimi)
 Sonuç ve Öneriler
Niçin Hidrojen
 Fosil Yakıt kaynakları hızla azalmaktadır.
 Fosil yakıtlar çevremize ve sağlığımıza zarar vermektedir
 Güneş, rüzgar, hidroelektrik, temiz yenilenebilir enerji
kaynakları fakat istendiğinde hazır olmayabiliyorlar
 Nükleer enerji fosil yakıtlara bağımlı değil fakat üretilen
elektrik enerjisinin araçlarda kullanımı zordur
 Ülkemizde önemli ölçüde linyit kaynakları var fakat bunu
etkin bir şekilde fosil yakıtlar yerine kullanamıyoruz
Niçin Hidrojen
 Hidrojen temel enerji kaynağı değil
 Hiçbir yerde hidrojen kaynağı yok, hidrojen bileşik
halinde
 En önemli kaynağı su, doğalgaz metan, biyo yakıtlar
 Fakat hidrojenin eldesi için enerji gerekiyor
 Hidrojen İkincil Enerji Kaynağı, enerji taşıyıcı
 Hidrojen ile rüzgar, güneş, ve diğer yenilenebilir enerji
kaynakları etkin bir şekilde kullanaılabiliyor
HİDROJENİN TEMEL ÖZELLİKLERİ
YAKITLARIN ENERJİ KARŞILAŞTIRMASI
Yakıtların Enerji İçeriği [MJ/kg]
Odun
Kömür
Ham petrol
Gaz yağı
Ethanol
Methanol
Metan
Doğal gaz
Benzin
Hidrojen
Yanma Ürünü
sadece su
Yakıt pilleri ile
daha yüksek
verim
Hidroje
n
Yenilenebilir
enerji
kaynaklarında
n elde
edilebilir
Az yakıtla
daha uzun
mesafe
Fosil yakıtlara
bağımlı değil
Güneş-Hidrojen
Hidrojen, güneş enerjisi kullanılarak PV veya konsantre
güneş enerjis kullanarak elektrolizörler yardımıyla sudan
elde edilir.
Rüzgar-Hidrojen
Rüzgar temiz ve tükenmez bir enerji kaynağı olup,
türbinlerden üretilen elektrikten elektrolizör
yardımıyla hidrojen üretilebilir.
H2
Elektrik
Biyokütle-Hidrojen
Hidrojen tatlı sorgum, şeker pancarı gibi
ürünlerden kimyasal işlemlerle ekonomik
olarak üretilebilir.
H2
Jeotermal-Hidrojen
Jeotermal kaynaklar (sıcak sular veya
kayalar) hidrojen üretimi için ucuz ve
temiz enerji sağlar.
H2
DOĞALGAZDAN HİDROJEN ve ELEKTRİK
ÜRETİMİ
H2 ZENGİN YAKIT
ATIK GAZ
ISI
DOĞALGAZ
120/240
YAKIT
İŞLEMCİSİ
VAC
DC - AC
INVERTER
YAKIT PİLİ
YIĞINI
SU
BATARYA
HAVA
KAPASİTÖR
BATARYA
SU
 H
CH
4
 H
2
O  CO  3H
ıs ı

2
2O

ıs ı

C O2  3H
2
Metanolden Hidrojen Üretimi
Kömürden Hidrojen Üretimi
Hidrojen Ekonomisine Geçişin Etkileri
70
H 2 in 2 0 0 0
60
H 2 in 2 0 2 5
50
40
750
no H 2
30
20
10
1950
a c tu a l
d a ta
1975
2000
2025
2050
2075
ca rb o n d io xid e in th e a tm o sp h e re (p p m )
g ro ss w o rld p ro d u ct (trillio n U .S .$ )
80
700
no H 2
650
600
H 2 in 2 0 2 5
550
2100 500
450
H 2 in 2 0 0 0
400
350
a c tu a l
d a ta
1950
1975
2000
The results of techno-economic analysis and simulation performed at
University of Miami (1992)
2025
2050
2075
2100
Hidrojen Ekonomisine Geçişin Etkileri
UYGARLIK DEVRİMLERİ
Hidrojen
Hidrojen Enerjisi Devrimi
1974
Bilgi Devrimi
Doğal
Gaz
1948
Otomobil Devrimi
1913
Petrol
Elektrik Devrimi
1881
Kömür
Endüstriyel Devrim
1860
Odun
HİDROJEN YAKITI GÜVENLİĞİ
 Havadan 14 kat hafif olduğundan hızla yayılarak
zararsız hale gelmektedir
 Hidrojen deposu delinmesi durumunda 35-40 cm
yakına gelmeden yakılamamaktadır
 Yandığı zaman saf su oluşturmaktadır
 Yanabilmesi için havadaki konsantrasyonun en az
% 4 olması gerekmektedir
 Radyasyon etkisi bulunmamaktadır
HİDROJENİN GÜVENİRLİĞİ
Hidrojenli Araç
Benzinli Araç
Hidrojen Depolama
Depolama Kapasiteleri
kg H2 /kg
kg H2/m3 l/kg
Gaz Tankı *
0.05
15
66
Sıvı Hidrojen
0.10
55
18
Metal Hidrür
0.02
55
18
*200 bar basıçta
Hidrojen Depolama Metotları
Niğde Üniversitesinde yapılan çalışmalar
 Yüksek basınçlı elektrolizör geliştirilmesi
 Niğde Üniversitesi
 Hidronerji AŞ (Ankara)
 ODTU
Amaçlar
 Hidrojen teknolojilerinde ülkemizin söz sahibi olması
 Güneş veya rüzgar enerji kaynaklı uygulamların




ülkemizde yaygınlaşması
İleriki yıllarda kullanıcının evinin aracının elektirk
hidrojen ihtiyacını PV-Elektrolizör sistemi ile
sağlayabilmesi
Dünyada elektrolizör üreten 4-5 firma var
Hidronerji AS nin 6. firma olarak pazarda ülkemizi
temsil etmesi
Üniversite Sanayi iş birliğini geliştirmek
E lektrik
E n erjisi
H 2O

H
2
 1 / 2O 2
Elektrolizör Hücresi
Metal
bilezikler
Mem
bran
Akım dağıtma
plakaları
Son
plakala
r
Literatürde karşılaşılan bazı
çalışmaların elektrolizör verimleri
100
Verim
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Marshall ve arkadaşları [6]
Rasten ve arkadaşları [4]
Deschamps ve arkadaşları [26]
Badwal ve arkadaşları [27]
Niğde Üniversitesi 4. Dönem
Grigoriev ve arkadaşları [28]
Millet ve arkadaşları [29]
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
1
2
3
4
5
6
7
Elektrolizörde zamanla performans
değişimi
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
1yıl önce
1
6 ay önce
Şimdi
2
3
İlk Prototip
VERİM
Verim iki metotla hesaplanmaktadır.
1. Metot
Teorik Voltaj ;
ΔH: Reaksiyon entalpisi
n: Reaksiyonda yeralan elektron sayısı
F : Faraday sabiti
2. Metot
Örneğin ürettiğimiz elektrolizörde 1,83 Voltta 50 Amper çekiyoruz.
Anottan katoda geçen yük (1 dakika içinde);
Her bir proton q = 1,6 x 10-19 C yüke sahiptir.
Oluşan H2 molekül sayısı
NŞA da 1 mol gaz 6,02 x 1023 tanecik içerir
9,375 x 1021 hidrojen molekülü ise 0,349 litre hacim kaplar.
50 Amper ile 349 ml/dak hidrojen gazı üretilmektedir.
ρ = 0,08988 kg/m3
Hidrojenin yoğunluğu
Bir dakikada üretilen hidrojenin kütlesi m = 3,145 x 10-5 kg
Hidrojenin üst ısıl değeri 140,9 MJ/kg
Üretilen enerji ;
140,9 MJ/kg x 3,145 x 10-5 kg = 4424,26 Joule
Tüketilen enerji ; 1,85 V x 50 A x 60s = 5490 Joule
1. Metot la verim hesabından
Aradaki fark ölçüm cihazının hassasiyetinden kaynaklanmaktadır.
Hidrojen Bilgileri
ΔH = 286 kJ /mol
 18 gram sudan 2 gram hidrojen elde edilebilir.
 1 litre sudan 111 gram hidrojen elde edilebilir.
 18 gram sudan 22,4 litre hidrojen elde edilebilir.
 1 kg hidrojen 33,3 kwatt-saat enerji vermektedir.
 1 gram hidrojen 33,3 waat-saat enerji vermektedir.
 1 litre sudan elde edilen hidrojenin enerji değeri 3,8 kwatt-saat’dir.
 1 metreküp hidrojen 530 kwaat-saat enerji vermektedir.
 1 metreküp hidrojen elde etmek için gerekli enerji ????? dir.
(hangi yolla)
Download

Hidrojen Teknolojileri - Makine Mühendisliği Bölümü