Canpolat ÇAKAL tarafından 09.03.2009 tarihinde eklendi ve 394 defa okundu.

Çevre Dostu Yakıt Hücreleri

Yakıt hücresi; elektrokimyasal yöntem ile elektrik üreten cihazdır. Elektrik üretimi için doğada bol miktarda bulunan hidrojen elementi kullanıldığından yanma ürünü olarak ortaya sadece su (H2O) çıkar.

Teknolojinin her geçen gün gelişmesi buna bağlı olarak kullanılan makine ve ekipmanlarda enerji ihtiyaçlarının artmasına sebep olurken, farklı alanlardaki enerji ihtiyacı, enerjinin değişik kaynaklardan temin edilmesi gerekliliğini doğurmaktadır.

Enerji kaynaklarının tüketilmesi esnasında oluşan zararlı gaz ve atıkların etkileri dünyamızı tehdit ederken gelecek nesillere bırakılacak mirası olumsuz etkilemektedir. Bu sebeple enerji tüketiminde çevreye duyarlı teknolojiler kullanmak ve aynı enerji ile daha fazla iş üretmek birincil görevimizdir.

Yeni teknolojilerde kullanılmak üzere geliştirilen yakıt hücreleri kullanım çeşitliliği ve çevreye olan duyarlılığı ile gelecek vaat etmektedir.

Yakıt hücreleri ilk olarak 1839 yılında bulunmuş ancak günümüze kadar ilgisiz kalmıştır. Gelişen teknoloji ile uzay programları çerçevesinde tekrar ele alınmış ve gelişimi hız kazanmıştır.

Yakıt hücresi, elektrokimyasal yöntem ile elektrik üren cihazdır. Elektrik üretimi için doğada bol miktarda bulunan hidrojen elementi kullanıldığından yanma ürünü olarak ortaya sadece su (H2O) çıkar.

Yakıt pilleri çeşitli alanlarda kullanılmasına rağmen en büyük talep otomotiv sektöründen gelmiştir. Genellikle otomobillerde elektrik motoruna güç vermek için kullanılır. Birçok otomotiv firması bu konudaki prototiplerini hazırlayarak seri üretim aşamasına gelmiştir.

Yakıt pilleri kullandıkları elektrolite ve hidrojen kaynağına göre çeşitlilik gösterir. Pozitif (katot) ve negatif (anot) elektrotlardan oluşan yakıt pillerinde anot ucundan sisteme verilen hidrojen katalizörler yardımıyla proton ve elektronlara ayrılır. Meydana gelen protonlar katot ucuna doğru hareketlenir.

Negatif yüklü iyonlarsa pozitif yüklü katota doğru harekete zorlanarak elektrik akımını oluşturur. Katotta oksijen ve hidrojen iyonları ile elektronların reaksiyona girmesiyle su elde edilir.

Yakıt pilleri, yakıtı ve okside eden maddeyi kimyasal olarak yanma olmaksızın bir araya getirerek geleneksel yanmadaki enerji kayıplarını önler ve kirliliğe neden olmaz. Tehlikeli maddeler içermezken sessiz ve hareketsiz çalışır.

Yakıt pilleri tarafından üretilen doğru akım (DC) gerekli olduğu durumlarda bir çevirici vasıtasıyla alternatif akıma (AC) çevrilebilir. Genellikle bir tek yakıt pili yaklaşık 0,7 - 0,8 V üretir. Daha yüksek güçlerin gerekli olduğu durumlarda seri ve/veya paralel bağlantılarla yığın haline getirilerek kullanılabilirler.

AVANTAJLARI
Normal piller ile yakıt pilleri arasındaki çalışma prensipleri benzerlik gösterse de teknik olarak yakıt pilleri daha üstün enerji kaynaklarıdır. Normal piller kimyasal reaksiyonlarını tamamladıktan sonra tekrar şarj gerektirir. Yakıt hücreleri ise gerekli yakıt sağlandığı sürece, sürekli enerji üretebilir. Ömürleri ise normal pillere oranla daha uzundur. Ayrıca hareketli parça içermemeleri verimliliğin yüksek olmasına imkan vermektedir. Modüler olmaları, sessiz çalışmaları, katı atık oluşturmamaları diğer avantajlarından bazılarıdır.

Çevre konusundaki en büyük avantajı ise yakıt olarak saf hidrojen kullanıldığı taktirde enerji üretirken hiçbir zararlı atığın ortaya çıkmamasıdır. Ayrıca içten yanmalı motorlarda toplam kontrol edilemeyen emisyonlar 2000 ppm dolaylarında iken, yakıt hücreli sistemlerde sadece 5 ppm civarındadır.

Yakıt pili kullanımı petrol tüketiminde azalma meydana getirecek ve sera etkisi oluşturan gaz salınımları nispeten azalacaktır. ABD enerji bakanlığının yaptığı bir çalışmaya göre ABD’deki otomobillerin sadece %10’u yakıt hücresi ile çalıştırıldığında günde 800 bin varil petrol daha az tüketilecek ve bunun sonucunda yılda bir milyon ton zehirli maddenin ve 60 milyon ton karbon dioksitin açığa çıkması engellenecektir.

TAŞITLARDA KULLANIMI
İlk olarak 1959 yılında bir motoru çalıştırabilecek 5 kW’lık yakıt hücresi üretilmiştir. Aynı yılın sonlarına doğru 20 beygir gücünde bir traktör üretilmiş ve yakıt hücresi kullanarak çalışan ilk araç unvanını almıştır.

1960 yılında “Bacon Hücresi” adı verilen sistem patentlenmiş, uzay araştırmalarında elektrik ve su üretmek için lisanslanmıştır. General Electric, Bacon hücresini temel alarak, NASA’nın Gemini ve Apollo uzay kapsülleri için yakıt hücresi tabanlı elektrik güç sistemleri üretmiştir. Günümüzde uzay mekiklerinin elektriği ve mürettebatın su ihtiyacı yakıt hücreleri tarafından karşılanmaktadır.

1993 yılında yakıt hücresi ile çalışan ilk otobüs üretilmiştir. Daimler Benz ve Toyota 1997 yılında yakıt pilli prototip arabaları üretmişlerdir.

General Motors, Ford, Chrysler, Toyota, Honda, BMW, Renault yakıt pilleri ile çalışan otomobilleri ticari anlamda üretmek çabasındadırlar. Daimler Chrysler’in ürettiği, yakıt pilini Ballard’dan sağladığı, NECAR4 (sıvı hidrojenle çalışır) ve metanol dönüştürücülü NECAR5, General Motors’un Opel “Zafira” adı verilen ve 75 kW’ lık Ballard “tescilli” yakıt pili taşıyan aracı, Ford tarafından üretilen “Think FC5”ler, Toyota’nın RAV-4 ve Fine- N’i, Nissan Renessa ve Mitsubishi, Daihatsu, Honda ve Mazda ortaklığı Demio FCEV, Renault’un 30 kW Nora cell kullanan Laguna’sı prototiplere birer örnektir.

Taşıtlarda hidrojenin içten yanmalı motorlar veya yakıt pilleri aracılığıyla kullanımı konusunda da, Daimler- Benz şirketinin sıfır salımlı minübüs’ü, BMW, Dodge, Buick, Suzuki firmalarının deneme otomobilleri, Macchi- Ansoldo’nun ve MAN firmasının SL202 otobüsleri, Kanada Demiryolları’nın Lokomotifi ile Almanya, Avustralya ve Kanada donanmaları için imal edilen deniz altılar sayılabilir.

Mercedes-Crysler firması, büyük şehirlerde çevre kirliliğini önlemek için, 30 adet hidrojen ile çalışan 70 kişilik toplu taşım araçlarını 10 Avrupa başkentinde, her türlü iklim ve arazi şartlarında denemektedir. Bu araçlarda sistem elektrik motoru ile hareket eder, motor, piston, grank ve şanzıman yoktur.

Bir İngiliz şirketi olan Intelligent Energy, hidrojenle çalışan ilk motosikleti üretmiştir. Motosiklet, dört saat yolculuk için yeterli hidrojeni taşımakta, 100 mil seyahat edebilmekte ve 50 mil/saat hıza erişebilmektedir. Honda da yakıt hücreli motosiklet üreteceğini duyurmuştur.

İlk hidrojen istasyonu 2003’de Reykjavik-İzlanda’da hizmete girmiştir. İstasyon, Reykjavik otobüs ağındaki, Daimler Chrysler tarafından üretilen üç otobüse hizmet vermekte olup Norsk Hydro şirketince üretilen bir elektroliz ünitesi ile kendi hidrojenini üretmektedir. Olası bir hidrojen kaçağının rahatça atmosfere karışabilmesi için istasyonun tavanı bulunmamaktadır.

YAKIT PİLLERİNDE BOR
Yakıt pilleri ile enerji üretiminde kullanılan hidrojenin depolanmasında ve hidrojen kaynağı olarak bor hidrürü bileşiklerinin kullanımı önemli ve yeni uygulama alanı olarak yoğun bir şekilde araştırılmaktadır. Özellikle hidrojen kaynağı olarak sodyum bor hidrür üretimi ve yakıt pillerinde hidrojen üretiminden sonra oluşan sodyum boratın tekrar sodyum bor hidrüre dönüştürülmesi ileriye yönelik önemli bir araştırma konusu olarak dikkat çekmektedir. Borlu bileşiklerin hidrojen depolanmasında kullanımına yönelik bilimsel gelişmeler yakıt pillerinin ekonomik olarak kullanımına olanak sağlayabilecektir.

Ayrıca yakıt pillerinde proton iletkenliğini artıran membran geliştirilmesinde de bor bileşiklerinin kullanımı araştırılmaktadır. Bor rezervinde önemli bir paya sahip olan Türkiye, bu alandaki teknolojik gelişmeler ile önemli bir merkez konumuna gelme potansiyelindedir.

SONUÇ
Yenilenebilir enerji olarak yakıt pilleri, fosil enerji kaynaklarına olan bağımlılığı azaltması, çevreci konumları, basit çalışma prensipleriyle gelecek vaat etmektedir. Yakıt hücrelerinin ticari hayata geçebilmesi için öncelikle maliyetlerinin düşmesi gerekmektedir. Otomobillerde ani ivme kazanabilecek gücü üretmeleri ve soğuğa karşı dayanıklı olabilmeleri de geliştirilmesi gereken konular içerisindedir. Yakıt kaynağı olarak kullanılan hidrojenin taşınması depolanması ve güvenli bir şekilde kullanımı konusunda çalışmalar ise devam etmektedir.