ATÖLYE ÇALIŞMASI I - Deneme Sınavı - 10

Hidrojen gazının özellikleri;
• Zehirsizdir ve yanıcıdır.
• Çevreyi kirletmez.
• Kokusuzdur.
• Tatsızdır.
• Kolay uçucudur.
• Kendi başına patlayıcı değildir.
• Radyoaktif değildir.

Hidrojen molekülü iki hidrojen atomunun bir araya gelmesiyle oluşur. Hidrojen molekül (H2) halinde bulunur. Hidrojen molekülü iki hidrojen atomunun bir
araya gelmesiyle oluşur. Doğada hidrojen molekülü serbest halde nadir olarak bulunur. Hidrojen molekülü oksijen (O) atomuyla çok çabuk bağ yaparak H2O (su) molekülünü meydana getirir. Dünyanın ¾’nün su ile kaplı olduğu düşünüldüğünde, yer küredeki hidrojen miktarının bolluğu daha iyi anlaşılmış olacaktır. Hidrojen diğer elementlerle de bağ yaparak çeşitli bileşikler oluştururlar.

Hidrojen gazının tutuşma sıcaklığı 560 °C'dir.  Kolayca tutuşmaz. Hidrojen gazı diğer yanıcı gazlara oranla yapısında karbon bulunmadığından yanma sırasında çevresine daha az ışıma yapar ve alevi gözle görünmez.

Hidrojen gazı alevli yanma özelliği ile içten yanmalı motorlarda, gaz türbinlerinde ve ocaklarda yakıt olarak kullanılabilmektedir. Hidrojen gazının direkt buhara dönüşüm özelliği, buhar türbinleri uygulamasında kolaylık sağlamaktadır. Bu özelliği ile endüstriyel buhar üretimi de kolaylaşmaktadır. Hidrojen gazının katalitik yanma özelliğinden mutfak ocakları, su ısıtıcılar ve sobalara uygulanmasında yararlanılmaktadır. Hidrürleşme özelliği, emniyetli hidrojen depolaması açısından önemlidir. Hidrojen gazı yakıt pillerinde
elektrokimyasal çevrimle doğrudan elektrik üretiminde de kullanılabilmektedir. Doğru cevap E şıkkıdır.

Hidrojen gazından elde edilen elektrik enerjisinden teknolojinin çeşitli alanlarında yararlanılmaktadır. Teknolojide yakıt hücrelerinin kullanıldığı yerler:
• Otomobiller,
• Scooter ve bisikletler,
• Golf arabaları,
• Küçük ölçekli güç sistemleri,
• Yedek güç sistemleri,
• Taşınabilir güç sistemleri,
• Uçaklar,
• Lokomotifler,
• Gemiler,
• Sualtı araçları.

Doğru cevap C seçeneğidir.

Türkiye’de hidrojen yakıtı üretiminde kullanılabilecek olası kaynaklar; hidroelektrik enerji, güneş enerjisi, rüzgâr enerjisi, gel-git enerjisi, jeotermal enerji ve adım atılması gereken nükleer enerjidir. Türkiye gibi gelişme sürecinde ve teknolojik geçiş aşamasındaki ülkeler açısından, uzun dönemde güneş pili-hidrojen sistemi uygun görülmektedir. Güneş pili panellerinden elde edilecek elektrik enerjisi ile suyun elektrolizinden hidrojen üreten bu yöntemde, 1 m3 sudan 108,7 kg hidrojen elde edilebileceği ve bunun 422 litre
benzine eşdeğer olduğu ifade edilmektedir. Türkiye’nin hidrojen üretimi açısından bir şansı, uzun bir kıyı şeridi olan Karadeniz’in tabanında kimyasal biçimde depolanmış hidrojen bulunmasıdır. Karadeniz’in suyunun % 90’ı anaerobik (oksijensiz) ve hidrojen sülfid (H2S) içerdiği bilinmektedir. Elektroliz
reaktörü ve oksidasyon reaktörü gibi iki reaktör kullanılarak, H2S’den hidrojen üretimi konusunda yapılmış teknolojik çalışmalar vardır. Doğru cevap E şıkkıdır.

Hidrojenden elektronu ayırma işlemi zar ve gözenekli elektrotların arasında bulunan katalizörlerde meydana gelir. Zar ve elektrot ara yüzeylerinde bulunan platin katalizörler aracılığı ile hidrojenden bir elektron sökülür. Böylelikle her bir hidrojen atomundan bir proton ve bir elektron açığa çıkar. Hidrojenden sökülen elektron kolektörde toplanırken bir elektron kaybetmiş hidrojen yani proton zar içinde yoluna devam ederek diğer kolektöre ulaşır. İletken kolektörlerde toplanan elektronlar potansiyel elektrik enerjisi oluştururlar. Kolektörlerde toplanan elektronlar devreye bağlanan lamba veya motor gibi yük
üzerinden geçerek bu devre elemanının çalışmasını sağlarlar. Başka bir deyimle devreyi tamamlayarak diğer kolektöre ulaşan elektronlar elektriksel iş yapmış olurlar. Zarın bir ucundan diğerine geçen protonlar zarın diğer ucundaki oksijen molekülleriyle karşılaşırlar. Bu karşılaşma sonucunda, bir oksijen, iki proton ve iki elektron (lamba üzerinden gelen) H2O molekülünü oluştururlar yani suyu meydana getirirler. Doğru cevap B şıkkıdır.

Türkiye’nin hidrojen üretimi açısından bir şansı, uzun bir kıyı şeridi olan Karadeniz’in tabanında kimyasal biçimde depolanmış hidrojen bulunmasıdır. Karadeniz’in suyunun % 90’ı anaerobik (oksijensiz) ve hidrojen sülfid (H2S) içerdiği bilinmektedir. Elektroliz reaktörü ve oksidasyon reaktörü gibi iki reaktör kullanılarak, H2S’den hidrojen üretimi konusunda yapılmış teknolojik çalışmalar vardır. Doğru cevap B şıkkıdır.

Elektrik devre modülleri:
1. Su/gaz tank modülü
2. Su elektroliz modülü
3. Hidrojen yakıt hücresi modülü
4. Tek yuvalı modül
5. Köşe modül
6. Çift yuvalı modül
7. Reosta modül
8. Düz modül
9. Çark modül
Elektrik devre modülleri yardımıyla önce saf sudan H2 gazı elde edilecek ve elde edilen H2 gazı kullanılarak yakıt hücresi yardımıyla elektrik enerjisi üretilecektir. Doğru cevap C şıkkıdır.

Üretilen hidrojen gazının depo edilmesi veya bir noktadan başka bir noktaya taşınması oldukça zordur. Hidrojen atomu diğer atomlara göre oldukça küçüktür. Bu nedenle çoğu malzemenin içinden sızarak (malzemeye diffüz eder) geçer. Hidrojen gazını bir malzeme içinde tutmak oldukça zordur. Doğru cevap E şıkkıdır.

Güneş pilleri, güneş enerjisini doğrudan doğruya elektrik enerjisine dönüştüren aygıtlardır. Güneş pillerini, çalışma ilkelerine göre, fotodirenç, fotosel lamba ve fotovoltaik (veya yarıiletken) güneş pilleri olarak sıralayabiliriz. Bunların içerisinde fotovoltaik güneş pilleri büyük miktarda elektrik üretiminde kullanılırken diğer ikisi ise elektrik ve elektronik devrelerin açılıp kapanmasında anahtar olarak kullanılmaktadır. Doğru cevap C şıkkıdır.

Güneş’ten enerjinin bize taşınması nasıl olmaktadır? Aslında, “evrenin dört bir yanına iletilmesi nasıl olmaktadır?” diye sormak gerekir. Bu sorulara verilecek en kısa ve uygun cevap “ışık ile olmaktadır” olacaktır. Bu cevap tam olmamakla beraber bir ölçüde doğrudur. Doğru cevap “elektromanyetik dalgalarla olmaktadır” şeklinde olmalıydı. Eksik olarak kabul ettiğimiz cevapta geçen “ışık” da elektromanyetik dalgadır. Ancak; Güneş’ten çıkan elektromanyetik dalgaların tamamı ışık değildir. Işık tanımı gereği gözlerimizin algılayabildiği elektromanyetik dalgalardır. Işık, elektromanyetik dalgaların görünür bölgesini oluşturur. Bu bölge ve dışında kalan kısım genellikle ışın olarak (x-ışını ve ultraviole ışını gibi) veya ışının sahip olduğu dalgaboylarına uygun isimlerden esinlenerek (mikro dalga ve radyo dalgaları gibi) adlandırılmışır. Elektromanyetik dalgalar hem dalga özelliği ve hem de parçacık (tanecik veya foton denilmektedir) özelliği gösterirler. Sahip oldukları dalgaboylarına göre enerjileri vardır. Enerjileri, dalgaboyları büyük olanların küçük, dalgaboyları küçük olanların büyüktür. Örnek olarak, ışık ile ultraviole (morötesi) ışını karşılaştıralım. Ultraviole ışınının dalgaboyu ışığın dalgaboyundan küçüktür. Bu durumda ultraviole ışınının enerjisi ışığın enerjisinden büyük olacaktır. Doğru cevap B şıkkıdır.

Elektromanyetik dalga maddelerle nasıl etkileşmektedir? Sizlerin de gözlemlediği olayları açıklayarak soruya cevabı bulmaya çalışalım.

Bir madde üzerine gelen ışın:
• yansıyabilir; ayna ve metal yüzeylerde olduğu gibi,
• kırılmaya uğrayarak geçebilir; camdan geçmesi ve yağmurlu havalarda su zerrecikleri tarafından kırılarak gök kuşağının görülmesi gibi,
• soğurulabilir; Güneşin etkisi altında kalan cisimlerin ısınması gibi

olmak üzere madde ile üç farklı durumda etkileşir. Burada belirtmek gerekir ki; bu etkileşimler ışının dalgaboylarına önemli ölçüde bağlı olduğu kadar maddeye de bağlıdır. Örneğin; bir maddenin ışınla etkileşmesinde, yukarıda sözü edilen üç olaydan birisi görünür bölge ışınları ile oluyorsa, diğer olaylar da bu bölgenin dışında kalan ışınlarla olabilir. Doğru cevap E şıkkıdır.

Güneş pili veya pillerinin çeşitli bağlanma biçimlerindeki işlevlerini kısa devre akımını (iki yuvalı modüle ampermetrenin bağlanarak ışık altında güneş pilinin oluşturduğu akımdır) ve açık devre voltajını (iki yuvalı modüle voltmetrenin bağlanarak ışık altında güneş pilinin oluşturduğu voltajdır) ölçerek belirleyeceksiniz. Bu ölçümler için hem dc voltmetre ve hem de dc ampermetre olabilen bir multimetre kullanacaksınız. Doğru cevap B şıkkıdır.

Güneş pillerinin seri olarak bağlanması, pillerdeki seri bağlanma ile aynıdır. Yani; yanyana konulan pillerin birinin “-” ucunu diğerinin “+” ucuna bağlayarak sonunda ilk baştakinin + ucundan ve en sondakinin de - ucundan alınan çıkışlarla devreye potansiyel fark uygulanır. Bu tür bağlamanın amacı devreye uygulanan potansiyel farkın artmasını sağlamaktır. Çok sayıda güneş pillerinin bu şekilde bağlanması oldukça yüksek gerilim elde etme imkanı sağlar. Bu da yüksek güç demektir. Anlamı; devrede hem yüksek potansiyelin oluşturulduğu ve hem de yüksek akımın olabileceğidir. Doğru cevap A seçeneğidir.

Güneş pillerinin bu tür bağlanması, pillerin “+” uçlarının kendi aralarında ve “-“ uçlarının da kendi aralarında bağlanmasıyla gerçekleşir. Bu şekilde bağlanacak pillerin uçları (terminalleri) arasındaki potansiyel farkların ve dirençlerinin hemen hemen aynı olması istenir. Çok sayıda güneş pillerinin bu şekilde bağlanması, devrede gücün artmasına katkı sağlar. Bu bağlanma biçiminin en önemli avantajı pillerden bir veya birkaç tanesinin bağlantı kablolarının kopması ile devre dışı kalması yahut işe yaramaz olması durumlarında bile devreyi en son bir tanesinin besleyebilir olmasıdır. Doğru cevap B şıkkıdır.

Güneş pilleri polikristal silisyumdan yapılmıştır. Piller, Güneş’i temsil eden bir lamba ile aydınlatılacaktır. Güneş pili modülü üzerinde gördüğünüz “+” ve “-” işaretleri pilin çalıştırılması durumundaki polaritesini göstermektedir. Güneş pilleri dc akım ve dc voltaj üretirler. Işın kaynağı ile pil  arasına bir engelin girmesiyle, devre çıkışlarında ölçtüğünüz değerlerin değişimini de gözleyebilirsiniz. Güneş pilleri seri ve paralel bağlanarak önce güneş panellerini ve bunlar da kendi aralarında uygun bağlanma biçimleriyle geniş yüzeyler elde edilerek yüksek güç üreten elektrik santrallerini oluştururlar. Doğru cevap B şıkkıdır.

Ateşin keşfinden sonra insanoğlunun günlük hayatına enerji kavramı girmiştir. İlk zamanlarda sadece değişen damak tadı için enerji kullanan insanoğlu, 16.yüzyılın başlarında kömürün, 19. yüzyılın ikinci yarısında petrolün ve 20. yüzyılın başlarında da doğalgazın keşfi ile daha çok enerji tüketmeye başlamıştır. Bu üç fosil kökenli enerji kaynaklarının kullanımının artması küresel ısınmayı beraberinde getirmiştir. 1974-1975 yıllarında dünyada ilk büyük petrol krizinin baş göstermesi, özellikle sanayileşmiş ülkeleri, başka enerji kaynaklarına yöneltmiştir. Bunların başında güneş, rüzgar, biyokütle, biyogaz, hidrojen gibi temiz enerji kaynakları gelmektedir. Dünyada kullanılan enerji türlerinden nükleer, jeotermal ve gel-git dışında kalan hangi tür enerji olursa olsun hepsinin özünde güneş enerjisinin olduğu görülür. Yeryüzüne Güneş’ten bir yılda gelen enerji, Dünya’da bulunan ve yenilenemeyen fosil (kömür, petrol, doğalgaz) ve uranyum rezervlerinin sağlayacağı toplam enerjiden fazladır. Doğru cevap D şıkkıdır.

Dünya'mızdan yaklaşık olarak 150 milyon km (kilometre) uzaklıkta bulunan Güneş’in çapı, Dünya çapının 109 katı, kütlesi Dünya'nın kütlesinin 330 bin katıdır. Güneş’in merkezindeki yoğunluğu 1,6x105 kg/m3 (=160 kg/dm3), ortalama yoğunluğu da 1,4x103 kg/m3’tür. Merkezindeki sıcaklık 15,7 milyon °C, yüzey sıcaklığı ise 5500 °C’dir. Güneş’in kütlesel olarak 3/4’ü hidrojen, kalanının çoğu da helyumdur. Güneş’in enerjisi, nükleer füzyonla dört hidrojen çekirdeğinin kaynaşarak helyum çekirdeğine dönüşümü sonucu açığa çıkan enerjiden oluşmaktadır. Güneş’in, Dünya'mız dahil, uzayın dört bir yanına dağılan enerjisi için kullandığı hidrojen miktarı saniyede 620 milyon tondur. Doğru cevap E şıkkıdır.

Güneş pili yapımında yaygın olarak kullanılan malzemeler silisyumdan (Si) yapılmışlardır. Silisyum doğada kum içerisinde bol miktarda bulunmaktadır, ancak bu kumdan saf silisyum elde etmek hem zor hem de pahalı bir işlemdir. Tercihen güneş pillerinde polikristal yapıda olanlar kullanılır. Bu yapıların kullanım süreleri en az yirmi sene olarak öngörülmektedir. Doğru cevap B şıkkıdır.