YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI

Sera Etkisi Yapan Gazlar ve Sera Etkisine Olan Katkıları

Sera Gazları

Yüzde (%)

Karbondioksit

50

Halokarbonlar (CFC, HCFC, HFC)

17

Metan

13

Ozon

7

Azot Oksitler

5

Hidrojen kelimesi Yunanca Hydro (su) ve Genes (jeneratör) kelimelerinin birleştirilmesiyle oluşturulmuştur. Günümüzde kabul gören evrenin oluşumu kuramında da belirtildiği gibi, hidrojen bütün yıldızların ve gezegenlerin temel adresidir. Renksiz, kokusuz, tatsız ve zehirli olmayan bir yapıya sahip olan hidrojen, doğadaki en basit atom yapısına sahip olup en hafif ve en yaygın elementtir. Periyodik cetvelin en başında yer alan ve ilk elementi olan hidrojenin atom numarası 1, atom kütlesi 1,00797 olup evrenin kütlesinin %75’ini ve hacminin %90’nını oluşturduğu düşünülmektedir. Su içerisinde hidrojen, oksijen ile bileşik hâlindedir ve suyun %11,2’sini hidrojen oluşturmaktadır. Ayrıca hidrojen insan vücudunun yaklaşık %10’unu teşkil eder. Atmosferde serbest hâlde eser miktarda, yaklaşık on binde yedi oranda bulunan hidrojen, hemen tüm organik moleküllerin yapısında yer alır. Kömür ve ham petrol içinde karbonla bileşik hâlde bulunur.

Kovalent bağ yapma eğiliminden dolayı tabiatta atomik hidrojen (H) neredeyse hiç bulunmaz. Atom olarak hidrojen çok reaktif olup diğer bir hidrojenle birleşerek hidrojen molekülünü (H2) oluşturur.

Hidrojenin tarihsel gelişimine bakıldığında, 1820’lerde hidrojenin yenilenebilir bir enerji kaynağı olarak kullanılması ile ilgili düşüncelerin ortaya atıldığı ve yakıt olarak kullanılması fikrinin hayata geçirilmeye çalışıldığı anlaşılmaktadır. William Robert Grove, 1839 yılında, hidrojenden elektrik enerjisini üretebilmek için yakıt hücresini keşfetmiştir. Bu keşif hidrojen gazının gerekliliğini daha da arttırmıştır.

Alev sıcaklığı: Hidrojenin hava ile stokiyometrik karışımlarında alev sıcaklığı 2207°C olup metanın alev sıcaklığı olan 1914°C’den daha yüksek ve benzinin alev sıcaklığı olan 2307°C’den daha düşüktür.

Kömür dünyanın en zengin fosil yakıtı olup bilinen kömür yataklarına biçilen güvenilir ömür 200 yıl kadar olsa da bunun 400 yıla uzanabileceği söylenmektedir. Hidrojenin kömürün gazlaştırılmasıyla elde edilmesi en eski üretim metodudur ve dünya üzerinde üretilen hidrojenin %18’i bu prosesle elde edilmektedir.

Ototermal reforming yöntemi kısmi oksidasyon ve su buharı reformingi yöntemlerinin birleştirilmiş hâlidir. Kısmi oksidasyon, hidrokarbonların gerekenden az oksijenli ortamda yakılmasıdır. Ototermal terimi, endotermik buhar reformingi ile ekzotermik kısmi oksidasyon reaksiyonları arasındaki ısı alış verişini tanımlar.

Fotokimyasal yöntem, suyu hidrojen ve oksijenlerine ayrıştırmak için, yüksek sıcaklık veya elektriğe gerek olmadan, doğrudan güneş enerjisinin mor ötesi (UV) bölgesini kullanmaktadır. Güneşten gelen UV ışınımları suyun doğrudan ayrıştırılması için yeterli enerjiye sahip olmakla birlikte, atmosferdeki ozon tabakası tarafından büyük miktarlarda tutulduklarından çok az bir kısmı dünyaya gelebilmektedir.

Sodyum bor hidrürde hidrojen depolamanın en önemli avantajı depolanan hidrojenin oda sıcaklığında geri alınabilmesi ve geri alımın katalizör yardımı ile kolaylıkla kontrol edilebilmesidir.

Yakıt hücresi özellikleri:

Termal enerji sistemlerine oranla daha yüksek verimle çalışırlar. Termal sistemlerde elektrik enerjisi üretimindeki verim %35-40 civarındayken yakıt hücresi sistemlerinde verim %70’e kadar çıkabilir.

Saf hidrojen kullanılması durumunda yakıt hücrelerinde zararlı gaz emisyonu sıfırdır. Yan ürün olarak sadece su oluşmaktadır. Yakıt olarak hidrojenin kullanılmadığı durumlarda bile zararlı gaz emisyonu geleneksel sistemlere oranla oldukça düşüktür.

Hareketli aksam içermezler ve sessiz çalışırlar.

Dayanıklı ve güvenli sistemlerdir.

Basit bir yapıya sahiptirler. İstenilen boyutta ve kapasitede üretilebilirler.

Modülerdirler. İstenen güç değerine ulaşabilmek için çok sayıda hücre seri veya paralel bağlanabilir ve böylece gerekli görülen her yerde kullanılabilirler.

Otomobillerde güç sağlayan sistemlerde aranılan özelliklere bakıldığında; hızlı yanma, yakıt ekonomisi, düşük oranda egzoz gazı miktarı ve istenilen gücü sağlama öne çıkmaktadır. Bugünkü araç karakteristiklerine göre yakıt hücreleri ile elde edilmesi gereken güç ortalama 80–90 kW’tır. Yakıt pili ile çalışan bir araca, 160 litre saf hidrojen dolduruldu- ğunda ortalama 400–430 km yol almakta ve çıkabileceği maksimum hız ise 160 km/h’e ulaşmaktadır.

İnsanların çeşitli aktiviteleri ve fosil yakıtların enerji elde etmek amacıyla yoğun bir şekilde tüketilmesi sonucu, başta karbondioksit (CO2) olmak üzere halokarbonlar, metan, ozon, azot oksitler gibi gazların ve partikül maddelerin miktarları atmosferde giderek artmakta ve özellikle sebep oldukları sera etkisi nedeniyle küresel ısınmaya neden olmaktadırlar. Doğru cevap B’dir.

CO2 miktarına bağlı olarak dünyamızın ortalama sıcaklığında bir artış yaşanmakta olup Bu sıcaklık artışının yeryüzüne yakın yerlerde neden olduğu ısınma ve hava kürenin yukarı kısımlarındaki soğuma nedeniyle yüksek basınç sistemlerinin etkilendiği, buna bağlı olarak da nem, yağış ve hava hareketleri gibi diğer iklim elemanlarında değişimlerin olduğu tespit edilmiştir. Bunun sonucunda son zamanlarda küresel ısınmadan kaynaklanan çok sayıda fırtına ve kasırganın meydana geldiği, kuraklığın birçok bölgede etkili olduğu, kutuplardaki buzulların erimeye başladığı, su baskını afetlerinin artan sıklık ve şiddette yaşanmaya başlandığı bilinmektedir. III. maddede verilen deniz sularının çekilmesi yapılan araştırmalar deniz sularının yükseldiğini göstermektedir. Diğer verilen maddeler küresel ısınmanın sonuçları olduğu için doğru cevap C’dir.

Fosil Yakıtların Salımları (1 Ton Petrol Eş Değeri Enerji Üretimi İçin Kg Olarak) incelendiğinde en çok CO₂ salınımına neden olan enerji kaynağı kömürdür (bkz. Çizelge 7.3). Doğru cevap D’dir.

Hidrojeni cazip kılan avantajlardan bazıları şu şekilde sıralanabilir:

Hidrojen büyük ölçekli alt yapı ihtiyacı duymadığı için VI. Madde dışında tüm seçenekler doğru olduğu için doğru cevap E’dir.

Hidrojen, alevli yanmaya, katalitik yanmaya, direkt buhar üretimine, hidridleşme ile kimyasal dönüşüme ve yakıt hücresi ile elektrik enerjisi üretimine uygundur. Hidrojen alevli yanma özelliği ile içten yanmalı motorlarda, gaz türbinlerinde ve ocaklarda yakıt olarak kullanılabilmektedir. Hidrojenin direkt su buharına dönüşüm özelliği, buhar türbinleri uygulamasında kolaylık sağlamaktadır. Bu özelliği ile endüstriyel buhar üretimi de kolaylaşmaktadır. Hidrojenin katalitik yanma özelliğinden mutfak ocakları, su ısıtıcıları ve sobalara uygulanmasında yararlanılmaktadır. Hidridleşme özelliği, emniyetli hidrojen depolaması açısından önemlidir. Hidrojen Carnot çevriminin sınırlayıcı etkisi altında kalmadan, yakıt hücrelerinde elektrokimyasal çevrimle direkt elektrik enerjisi üretiminde kullanılmaktadır. Buna göre I ve II maddeler yanlış olduğundan doğru cevap B’dir.

Hidrojen üretim yöntemlerinin başında suyun elektrolizi gelir. Bir diğer hidrojen üretim yöntemi ise doğal gazın ve gaz hidrokarbonların katalitik su buharı dönüşümü (reformasyonu) dür. Biyolojik kökenli katı atıklar da hidrojen üretimi için hammadde olup bu maddelerden gazlaştırma işlemine bağlı olarak elde edilen sentez gazının katalitik su buharı reformasyonu ile hidrojen elde edilebilmektedir. Hidrojen, kömürün gazlaştırılmasıyla da üretilebilmektedir. Hidrojen üretimi için sıralanan yukarıdaki teknikler dışında fotoelektrokimyasal, biyolojik ve biyokimyasal gibi başka teknikler de bulunmaktadır. Termokimyasal çevrimlerle sudan, fotokimyasal işlemle organometalik bileşiklerden veya enzim su karışımlarından hidrojen üretilebilmektedir. Gelecek için üzerinde en çok durulan hidrojen üretim yöntemi ise fotovoltaik güneş üreteçlerinin kullanılmasıdır. Hidrojen, suyun ısıl parçalanması ile de üretilebilmektedir. Hidrojen üretiminde ısıl termal birleştirme kullanılmadığından Doğru cevap C’dir.

Hidrojen üretiminde kullanılan en popüler metot katalitik su buharı reforming prosesidir. Prosesin temeli buharla hidrokarbonların nikel katalizör varlığında 750-1000°C’de reaktörde (reformer) reaksiyona sokularak hidrojen ve karbon oksitlerin elde edilmesidir. Doğru cevap D’dir. 169

Ormanlardaki ağaç atıkları, samanlar, yerleşim yerleri katı atıkları, vs. gibi biyokütlenin yüksek sıcaklık ve düşük basınçta gazlaştırılmasıyla da hidrojen elde edilebilir. Biyokütleden hidrojen üretimi (Proliz) fosil yakıtlarından hidrojen üretimine benzer. Doğru cevap B’dir. 173

Hidrojen diğer gazlarda olduğu gibi uygun nitelikli tanklarda gaz veya sıvı olarak depolanabilmektedir. Nitekim otomotiv firmalarınca geliştirilen araçların büyük çoğunluğu hidrojenin tanklarda depolanmasını esas almaktadır. Doğru cevap C’dir. 173

Güç (P)= Akım (I) x Potansiyel (V)

Güç: 5 A x 0,6 V: 3,00 Watt