Temiz bir yakıt olarak çeşitli isimlerle anılan hidrojen yakıtı, yakıtların en ulaşılabilir ve geleceği olan sıfır karbonlu yakıttır. Yakıt, enerji açığa çıkarmak için diğer maddelerle reaksiyona sokulabilen herhangi bir şeydir ve biyokütle, doğal gaz, nükleer enerji gibi yerli kaynaklarda hidrojenin bulunması, onu geleceğin yakıtı haline getirmektedir. Hatta güneş ve rüzgar gibi yenilenebilir enerjilerle de üretilebiliyor. Tüm bu nitelikler bir araya gelerek onu ulaşım, elektrik üretim uygulamaları, taşınabilir elektronik cihazlar ve güç yedekleme sistemleri için alternatif bir yakıt seçeneği haline getiriyor.
Hidrojen birçok bakımdan mükemmel bir yakıttır. Yenilenebilir ve çevreye zararsız bir enerji döngüsü yaratan, en temiz ve en verimli yanmadır. Hidrojen çoğu elementle kimyasal olarak birleştiğinden uzun yıllardır endüstriyel bir kimyasal olarak geniş bir uygulama yelpazesinde kullanılmaktadır. Bol varlığıyla üretim şeklinin çok olduğu ortaya çıkıyor. Hidrojen üretimine geçelim.
Hidrojen yakıtı üretiminde çığır açan teknolojiler
Hidrojen, yalnızca bir proton ve bir elektrondan oluşan kimyasal bileşimi nedeniyle en basit elementtir ve bu, çeşitli maddelerle reaksiyona girerek gelecekteki yakıtın bazı önemli sorunlarını çözebilecek bir forma dönüşmesini kolaylaştırır. Hidrojenin enerji verimliliği ve çevresel etkisi tamamen nasıl üretildiğine bağlıdır. Endüstride hidrojen yakıtı yapmak için kullanılan çeşitli yöntemler vardır. Bunlardan birkaçı aşağıda tartışılmaktadır:
Elektrolitik Süreç: Suyun elektronik akım kullanılarak hidrojen ve oksijene ayrılması yöntemine elektroliz denir. Güneş veya rüzgar gibi yenilenebilir kaynaklardan üretilen elektriğin ve ortaya çıkan hidrojenin de yenilenebilir olarak kabul edileceği ve çok sayıda emisyon faydasına sahip olacağı açıktır. Yenilenebilir elektriğin fazlasının, mevcut olduğunda, elektroliz yoluyla hidrojen üretmek için kullanıldığı, enerjiden hidrojene dönüşüm projeleri başlıyor.
Metan Piroliz: Doğal gaz metan pirolizi kullanılarak hidrojen üretimi, yeni bir "sera gazı içermeyen" tek adımlı işlemdir. Bu yöntemi kullanarak hacimli üretim geliştirmek, endüstriyel süreçlerde, yakıt hücreli elektrikli ağır kamyon taşımacılığında ve gaz türbinli elektrik üretiminde hidrojen kullanılarak daha hızlı karbon azaltımı sağlamanın anahtarıdır. Metan pirolizi, yüksek hacimde, düşük maliyetle kirletici olmayan hidrojen H4 gazı üretmek ve kirletici olmayan katı karbon üretmek için yüksek sıcaklıklarda (1340 K, 1065°C veya 1950 °F) erimiş metal katalizörden kabarcıklar halinde çıkan metan CH2'ü kullanır. C sera gazı emisyonu olmadan.
CH4 (g) → C(s) + 2 H2 (g) ΔH° = 74 kJ/mol
Metan pirolizi geliştirme aşamasındadır ve ticari toplu hidrojen üretimi için uygun olduğu düşünülmektedir.
Buhar Reformu (Endüstriyel Yöntem): Hidrojen genellikle doğal gaz kullanılarak üretilir; bu, hidrojenin hidrokarbonlardan çok yüksek sıcaklıklarda çıkarılmasını içerir ve hidrojen üretiminin %48'i buharla reformasyondan gelir. Ticari dökme hidrojen genellikle doğal gazın atmosferik sera gazı salınımıyla buharla dönüştürülmesiyle veya CCS ve iklim değişikliğinin azaltılması kullanılarak yakalanmasıyla üretilir. Buhar reformasyonu aynı zamanda Bosch süreci olarak da bilinir ve hidrojenin endüstriyel hazırlanmasında yaygın olarak kullanılır.
Yüksek sıcaklıklarda (1000–1400 K, 700–1100 °C veya 1300–2000 °F), buhar metanla reaksiyona girerek karbon monoksit ve H2 verir.
CH4 + H2O → CO + 3 H2
Biyolojik Süreç: Biyolojik süreçler bakteri ve mikroalg gibi mikropları kullanır ve biyolojik reaksiyonlar yoluyla hidrojen üretebilir. Mikrobiyal biyokütle dönüşümünde mikroplar, biyokütle veya atık su gibi organik maddeleri parçalayarak hidrojen üretirken, fotobiyolojik işlemlerde mikroplar, enerji kaynağı olarak güneş ışığını kullanır.
Güneş Enerjili Süreç: Güneş enerjisiyle çalışan temel olarak hidrojen oluşturmak için güneş ışığını veya radyasyonu kullanıyor. Temel olarak bu türden üç güneş enerjisiyle çalışan süreç vardır; fotobiyolojik, foto elektrokimyasal, güneş termokimyasalı. Fotobiyolojik süreçler, hidrojen üretmek için bakterilerin ve yeşil alglerin doğal fotosentetik aktivitesini kullanır. Foto elektrokimyasal işlemler, suyu hidrojen ve oksijene ayırmak için özel yarı iletkenler kullanır. Güneş enerjili termokimyasal hidrojen üretimi, genellikle metal oksitler gibi diğer türlerle birlikte suyun parçalanma reaksiyonlarını yönlendirmek için konsantre güneş enerjisi kullanır.
Teknoloji Sektöründe Pratik Uygulamalar
Otomobil endüstrisindeki uygulamalar
Hidrojenin yüksek verimliliği ve sıfır karbon emisyonu nedeniyle otomobil endüstrisi için alternatif yakıt olacağı düşünülmektedir. Araçlarda hidrojen kullanımı, yakıt hücresi araştırma ve geliştirmesinin ana odağıdır. Amerika Birleşik Devletleri gibi ülkelerde de hidrojen dolum istasyonları var. Hidrojen yakıtlı araçların çoğu, hidrojen yakıt hücresinden güç alan bir elektrik motoruna sahip otomobiller ve toplu taşıma otobüsleridir. Bu araçların birkaçı doğrudan hidrojen yakıyor. Yakıt hücrelerinin yüksek maliyeti ve hidrojen yakıt istasyonlarının sınırlı bulunması, hidrojen yakıtlı araçların sayısını sınırladı. Almanya'da trenlerde hidrojen yakıt hücresi bile kullanılıyor ve önümüzdeki beş yıl içinde Büyük Britanya, Fransa, İtalya, Japonya ve Amerika Birleşik Devletleri'ne ulaşacağı tespit edildi. Kişisel kullanım araçları için, büyük otomobil üreticilerinden dokuzu kişisel kullanıma yönelik hidrojen yakıt hücreli elektrikli araçlar (FCEV'ler) geliştiriyor. Önemli modeller arasında Toyota Mirai, Honda Clarity, Hyundai Nexo ve BMW yer alıyor.
Elektrik üretiminde
Hidrojen yakıt hücreleri, hidrojen ve oksijen atomlarını birleştirerek elektrik üretir. Hidrojen, elektrik, su ve az miktarda ısı üretmek için pilinkine benzer bir elektrokimyasal hücre boyunca oksijenle reaksiyona girer. Çok çeşitli uygulamalar için birçok farklı tipte yakıt hücresi mevcuttur. Küçük yakıt hücreleri dizüstü bilgisayarlara, hatta cep telefonlarına ve askeri uygulamalara güç sağlayabilir. Büyük yakıt hücreleri binalarda yedek veya acil durum gücü için elektrik sağlayabilir ve elektrik şebekelerine bağlı olmayan yerlerde elektriği sağlayabilir.
Bunun dışında hidrojen, bir dizi Denizcilik uygulamasında, Uzay uygulamalarında ve güç yedekleme üretiminde de büyük ölçüde kullanılmaktadır.
Alternatif yakıt olarak Hidrojenin yarattığı zorluklar
Her zaman bir madalyonun iki yüzü olduğunu duyduk, aynısı yeni geleceğin yakıtı için de geçerli. Endüstrilerde hidrojen yakıtı kullanmanın zorluklarından bahsetmişken, pek çok zorluk makul ve kaçınılmazdır. Bunlardan birkaçı aşağıda listelenmiştir: -
Hidrojen Ekstraksiyonu
Evrende bu kadar bol miktarda bulunmasına rağmen çıkarılması oldukça zordur. Hidrojen kendi başına mevcut olmadığından elektroliz yoluyla sudan çıkarılması veya karbon fosil yakıtlarından ayrılması gerekir. Bu süreçlerin her ikisinin de gerçekleştirilmesi önemli miktarda enerji gerektirir. Bu enerji, hidrojenden elde edilen enerjiden daha fazla olabileceği gibi pahalı da olabilir.
Hammadde maliyeti ve daha fazla yatırım
Hidrojeni çıkarmak için katalizör olarak platin ve iridyum gibi değerli metallere ve elektroliz için az sayıda elektrolizöre ihtiyaç vardır. Tüm bu ekstra masraflar hammadde maliyetini artırıyor. Yüksek maliyet, bazılarını hidrojen yakıt hücresine yatırım yapmaktan caydırdı teknoloji. Hidrojen yakıt hücrelerinin herkes için uygun bir yakıt kaynağı haline getirilmesi amacıyla bu tür maliyetlerin azaltılması gerekmektedir. Hidrojen yakıt hücrelerinin gerçekten uygulanabilir bir enerji kaynağı haline gelebilecekleri noktaya kadar geliştirilmeleri için yatırım yapılması gerekmektedir. Bu aynı zamanda teknolojiyi geliştirmek ve olgunlaştırmak için siyasi iradenin kalkınmaya zaman ve para yatırmasını da gerektirecektir.
Altyapı ve hidrojen depolama
Fosil yakıtlar onlarca yıldır kullanılıyor ve bu güç kaynağının altyapısı zaten mevcut. Otomotiv uygulamaları için hidrojen yakıt hücresi teknolojisinin büyük ölçekli benimsenmesi, bunu destekleyecek yeni yakıt ikmali altyapısı gerektirecek, ancak ağır vasıtalar ve dağıtım kamyonları gibi uzun menzilli uygulamalar için baştan sona yakıt ikmali kullanılması muhtemeldir.
Hidrojenin depolanması ve taşınması fosil yakıtlara göre daha karmaşıktır. Bu, bir enerji kaynağı olarak hidrojen yakıt hücrelerinin dikkate alınması gereken ek maliyetler anlamına gelir.
Hidrojen yakıtı yakın gelecek için en iyi sürdürülebilir ve alternatif yakıt seçeneğidir ve uygulamaları yalnızca çevre için değil aynı zamanda artan yakıt talepleri açısından da kritik öneme sahiptir. Araştırmacılar ve yenilikçi şirketler, hidrojenin tıpkı su gibi sadece endüstriyel kullanım için değil kişisel kullanım için de kullanılabilir hale getirilmesi için ellerinden geleni yapmalı.
sheeba chauhan
-
sheeba chauhanhttps://www.eletimes.com/author/sheebaOtomotiv ve Enerji Tasarrufu Uygulamaları için Geniş Bant Aralığı Yarı İletkenleri (SiC ve GaN) Teknolojisinde Yükselen Trendler
-
sheeba chauhanhttps://www.eletimes.com/author/sheebaFabrikamızın Şekli: Pandemi Sonrası Dönemde Üretim