Hidrojenden nasıl elektrik elde edilir

+ Yorum Gönder
Yudumla ve Soru(lar) ve Cevap(lar) Bölümünden Hidrojenden nasıl elektrik elde edilir ile ilgili Kısaca Bilgi
  1. 1
    Ziyaretçi

    Hidrojenden nasıl elektrik elde edilir





  2. 2
    Forumacil
    Özel Üye





    Cevap: hidrojenden nasıl elektrik elde edilir


    Hidrojenin Elde Edilmesi
    Hidrojen evrende bolca bulunan bir malzeme olup,tüm maddelerin yaklaşık olarak ¾’lük bir oranını kapsar.Tüm yıldızlar ve birçok gezegen çok büyük miktarda hidrojen ihtiva eder ancak Dünya üzerinde serbest olarak dolaşan hidrojen miktarı çok düşüktür.Atmosferde yaklaşık olarak onbinde 7 oranında bulunur.Bu yüzden hidrojen üretilmelidir.Hidrojenin yerel kaynakları fosil yakıtlar(CxHy) ve su(H2O) olarak gösterilebilir.Günümüzde hidrojen çoğunlukla doğalgaz,petrol ve kömür gibi fosil yakıtlardan üretilmektedir.
    Ancak uzay programları dışında şimdiye kadar hidrojen bir yakıt veya enerji taşıyıcısı olarak pek kullanılmamıştır.Bazı kimyasal ve metalürjik uygulamalar ile rafinerilerde ham petrol yükseltgenmesi gibi işlerde kullanılmıştır.Günümüzde dünya çapında yıllık hidrojen üretimi 40 milyon ton(5,6 EJ) civarındadır.Bir enerji taşıyıcı olarak hidrojen ileriki yıllarda çok daha fazla miktarlarda üretilmeye ihtiyaç duyacaktır.
    Fosil Yakıtlardan Hidrojen Üretimi
    Doğalgazın Buhar Reformasyonu
    Hidrokarbonların(genellikle doğalgaz) buhar reformasyonu hidrojen üretimi için en yaygın,ekonomik ve verimli yöntemdir.Yöntem basitçe 3 ana adım içerir.
    1-Gaz Üretim Sentezi 2-Su-Gaz Değiştirmesi 3-Gaz Arıtması
    CH4 + H2O » CO + 3H2 ; CO + H2O » CO2 + H2 ; CO + 3H2 » CH4 + H2O
    Reformasyon reaksiyonu doğalgaz veya fuel oil’in yanmasıyla oluşan çok güçlü bir endotermik ve enerji sağlayıcı reaksiyondur.Reaksiyon sıcaklığı genelde 700-925 ºC arasındadır. Buhar reformasyon yöntemi verimliliği enerji girişi ve üretilen hidrojen oranı ile hesaplanır ki bu değer yaklaşık olarak %65 ile 75 arasındadır.Üretilen hidrojenin fiyatı yaklaşık olarak 6$/GJ dır.





    Parçalı Oksidasyon
    Parçalı oksidasyon hidrokarbonları neftyağından daha ağır hale çevirmek için kullanılır. Çok yakında doğalgaz,etanol hatta benzinin parçalı oksidasyon dönüştürücüleri otomobil tahrikinde yakıt hücreleri ile beraber kullanılacaklar.Bu işlemde işlem sıcaklığı yaklaşık olarak 1.150 ºC ile 1.350 ºC arasındadır.
    Genel olarak parçalı oksidasyonun verimi buhar reformasyonundan düşük olup %50 civarındadır.Hidrojen yaklaşık olarak 10 $/GJ fiyatla üretilebilir.



    Doğalgazın Termal Olarak Parçalanması
    Doğalgazın termal ayrımı uzun yıllardır değişik ürünler elde etmek için kullanılan bir yöntemdir.Bir metan-hava alevi sıcaklığı 1.400 ºC’nin üzerine çıkarmak için kullanılır.Yan ürün(siyah karbon) üretebildiğinden dolayı bu yöntem ekonomik olarak oldukça uygundur. Ayrıca hidrokarbonlardan hidrojen üretiminde CO2 emisyonu sağlamayan tek yöntem olması da dikkate alınmalıdır.



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



    Biyokütleden Hidrojen Üretimi
    Biyokütleden hidrojen bir pirolisis/gazlaştırma işlevi ile elde edilebilir.Biyokütle bir reaktör içinde yüksek sıcaklık ve düşük basınç altında işleme alınır.İşlem sonunda hidrojen,metan ,CO2,CO ve nitrojen elde edilir.Gaz akımlarının yüksek sıcaklıkta bulunmalarından dolayı hidrojen içeriği artar ve bu işlem sonunda oldukça yüksek saflıkta hidrojen elde edilebilir.
    Tüm sistem biyokütle hazırlama birimi ve reaktör dizaynı dışında kömür gazlaştırma santraline çok benzer.Ayrıca biyokütlenin daha düşük kalorifik değerinden dolayı kömür gazlaştırma santralinden daha büyük bir alana kurulmuşlardır.



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

    Suyun elektrolizi için, normal basınç ve sıcaklıkta, ideal olarak 1.23 volt yeterlidir. Tepkimenin yavaş olması ve başka nedenlerle, elektroliz işleminde daha yüksek gerilimlerde kullanılır. Hidrojen üretim hızı, gerçek akım şiddeti ile orantılı olduğundan, ekonomik nedenlerle yüksek akım yoğunlukları yeğlenmektedir. Bundan dolayı pratikte suyun ayrıştırılması için hücre başına uygulanan gerilim genelde 2 volt dolayındadır.
    Kuramsal olarak, her metreküp oksijen için 2.8 kW-saat elektrik enerjisi yeterli olmakla birlikte, yukarıda özetlenen nedenlerle pratikte kullanılan elektrik enerjisi miktarı bir metreküp hidrojen üretimi için 3.9-4.6 kW-saat arasında değişmektedir. Buna göre elektroliz işleminin verimi %70 dolayında olmaktadır. Ancak, son yıllarda bu alanda yapılan çalışmalar ve gelişen teknoloji sayesinde %90 verim elde edilmiştir. Pratikte kullanılan elektroliz hücrelerinde, nikel kaplı çelik elektrotlar kullanılmaktadır.
    Elektroliz bol miktarda hidrojen üretimi için fosil yakıt devrinde geliştirilebilecek olan tek yöntem olarak gözüküyor.Su elektrolizinden hidrojen üretimi 50 yılı aşkın bir süredir bilinen basit bir altyapıya sahip olan,verimliliği yüksek ve hareketli parçası olmayan bir sistemdir.



    Aşağıda elektroliz reaksiyonu kimyasal olarak verilmiştir.
    Katot Reaksiyonu: 2H2O (l) + 2 e¯ » H2 (g) + 2OH¯ (aq)
    Anot Reaksiyonu: 2OH¯ (aq) » ½ O2 (g) + H2O (l)
    Tüm Hücre Reaksiyonu: H2O (l) » H2 (g) + O2 (g)

    Geliştirilen birkaç ileri elektroliz tekniği aşağıda belirtilmiştir;
    - İleri alkalin elektrolizler %90’a kadar çıkabilen verimlere sahiptir.
    -Katı polimer elektrolitik işlem ise elektrolit olarak proton iletimli bir iyon değişim elemanı kullanır.Bu tip elektrolizörler çok yüksek akımlarda (2 A/cm²) çalışabilirler.
    -700-1000 ºC arasında çalışan yüksek sıcaklıklı buhar elektrolizi elektrolit olarak oksijen iyon iletici seramikler kullanır.



    Suyun Direk Termal Ayrıştrılması(Termoliz)
    Su termal olarak 2000 K sıcaklığının üzerinde ayrılabilir.Bu ayrışma aşağıdaki denklem ile gösterilebilir.
    H20 » a H2O +b OH + c H + dO + e H2 +f O2
    Ayrışma işleminin sadece % 1’lik kısmı 2000 K de,% 8,5’i 2500 K de ve % 34’ü 3000 K de gerçekleşir.Gazların karışım ürünü oldukça yüksek sıcaklıklardadır.Bu işlemin en büyük problemi reaksiyonu gerçekleştirmek için gerekli olan malzemelerin bu sıcaklığa dayanamamasıdır.İleriki yıllarda daha yüksek sıcaklıklara dayanan malzemeler bulundukça bu yöntem daha yaygınlaşabilir.







+ Yorum Gönder
elektrik nasıl daha verimli elde edilir
5 üzerinden 5.00 | Toplam : 3 kişi