Içten Yanmalı Motorlarda Hidrojen Kullanımı
Hidrojen doğru yanmalı motorlar için çok iyi bir yakıttırHidrojen enerjik içten yanmalı motorlar benzinli motorlara göre %20 daha verimlidir
Doğru yanmalı motorlarda ideal termal verim oranı:
Burada;
r sıkıştırma oranı
k Spesifik ısılar oranı (CpCv)
Bu denklem termal verimin spesifik ısılar oranı veya sıkıştırma oranını arttırmakla arttırılabileceğini gösterirHidrojen motorlarında, hidrojenin düşük kendinden ateşleme sıcaklığı ve yoksul karışımlarda yanma yeteneği dolayısıyla bu oranlar benzin motorlarına kadar daha yüksektir
Hidrojen Motoru Emisyon Oranı
Benzin Motoru Emisyon Oranları
Hidrojen yakıtının dürüst yanmalı motorlarda yani otobüs,kamyon,traktör,ile tarım makineleri gibi tüm taşıtlarda kullanılabilmesi,sınırlı rezerve sahip petrol ürünlerinin yerini alması ve çevreye arkadaş bir enerji olması,son yıllarda vasıta üreten şirketlerin büyük ilgisini çekmiştirBenzin ya da mazot yerine motorlarda hidrojen gazı kullanılması motorların ışıklandırma sisteminde bir takım şartların değişmesi gerektirmektedirHidrojen yakıtlı motor tasarımlarında bugüne dek kullanılan 3 temel usul altında verilmiştir
1Hidrojenhava karışımı, değişmeyen bir oranda silindirlerin giriş manifolduna verilmekte olup,motor gücü hidrojenhava karışım miktarlarını değiştiren bir valf vasıtasıyla ayarlanmaktadırSistemde özellikle yüksek hızlarda düzgün çalışmayı temin etmek için,hidrojenhava karışımına su buharı ilave edilmesi gerekebilir
2Hidrojen gazı basınç altında silindirlere enjekte edilirHava ise diğer bir antre manifoldu aracılığı ile ayrı olarak silindirlere geldiği için,hidrojenhava patlayıcı karışımı silindirlerin dışarıya oluşmazBu yöntem ilk yönteme göre daha emniyetlidir
3Bu yöntemde de ikinciye aynı şekilde silindirlere ayrı olarak hidrojenhava karışımı verilmesine rağmen hidrojen yüksek basınç yerine adi veya orta basınçta tutulur ve motor gücü hidrojen miktarını değiştirmekle ayarlanırBurada silindirlere giden hava tutarı değişmediği için değişim yalnızca hidrojenhava karışımında meydana gelirBöyle bir ayarlama hidrojenhava karışım oranının oldukça geniş bir aralıkta patlama özelliğine sahip olması sebebiyle kolayca gerçekleştirilebilir
Hidrojen ve Yakıt Motorları için Yanma Odası Hacimsel ve Enerji Karşılaştırmaları
İster dürüst yanmalı,isterse yakacak pilli olsun taşıtlara esas sorun hidrojenin depolanmasıdır Bu konuda yapılan çalışmalarda yeniden 3 farklı yöntem geliştirilmiştir
1Basınçlı hidrojenin, çelik tüpler içine yerleştirerek taşınması, bu güne dek geliştiren bir fazla deneme amaçlı hidrojenle çalışan taşıtta kullanılan usul olmuştur Burada görülen en bük sorun çelik tüplerin kendi ağırlıklarıdır Benzin li bir araba sıradan olarak 65 litre (47kg) benzin almakta olup, bu da enerji olarak 17 kg hidrojene karşılık gelmektedir
2Hidrojeni akışkan olarak depo etme yük sorununu çözmekle birlikte, tank hacmi ve maliyeti yükseltmektedir Öteki bir sorun ise, hidrojenin gaz haline geçmesi ile oluşan kayıplar ve yakıt ikmali zorluğudur
3Metal hidritler hidrojen depolamak için fazla uygun bir yöntem olmasına rağmen, bunlarında kendi ağırlıkları ciddi sorun olarak ortaya çıkmaktadır
Daha önce açıklanmış üç metal hidritten, MagnezyumNikel, en fazla hidrojen depolaması ve en ucuz olmasına rağmen, tekrar ağırlık olarak taşıta 500kg gibi bir ek ağırlık getirmektedir Bir diğer sorun da, hidrojen gazını belirli basınç da elde olabilmek için, metal hidritin, 250 0C ye ısıtılması gereğidir Bu sıcaklık araç çalışırken egzost çıkışından elde edilen sıcak gazla sağlanabilmekle beraber, motorun ilk ilk önce soğukken çalıştırılması sorun yaratmaktadır Bu sorun, Almanya da otobüslerde denen yeni bir yöntemle çözülmüştür Bu otobüslerde, düşük sıcaklıkta hidrojen sağlayan DemirTitanyum alaşımı ile MagnezyumNikel alaşımı birlikte kullanılmıştır Buna kadar, birincil alaşım motor soğukken devreye girmekte daha sonra ikinci bileşik devreye girerek devamlılık sağlanmaktadır Birinci alaşımda depolanan hidrojen, daha sonraki bir ilk çalıştırma için yedekte tutulmaktadır
Tüm bu sorunlara karşın, hidrojenin özellikle, otobüs, kamyon ve traktör gibi ağır taşıtlarda kullanımı gitgide artmakta ve büyüyen teknoloji ile birlikte sorunlar gitgide artarak çözülmektedir Petrolün sınırlı ömrü ve artan çevre kirliliği, hidrojen yakıtı kullanımının yaygınlaşmasına yol açmaktadır
Hidrojen yakıtının ilk tatbik alanlarından biri jet uçakları olup, bu konuda ilk olarak 1957 yılında yapılan denemelerden sora yapılan incelemeler artık ticari başvuru formu aşamasına gelmiştir Dünya Enerji Ajansı Hidrojen Programı çerçevesinde yürütülen çalışmalarda, Airbus tipi uçakların yakıt olarak hidrojen kullanması 2007 yılında başlayacaktır Değişken hidrojen aracısız ya da dolambaçlı olarak motorları ve dış yüzeyi soğutmak için de kullanılabileceği için, yüksek hızı supersonic uçaklar için ideal bir yakıt olarak görülmektedir
Hidrojen Doğru Yanmalı Motoru
Buhar Üretimi
Hidrojen saf oksijen ile yakıldığında neticede ;
2H2+O2 » 2H2O elde edilir
Üstteki tepkime 3000 ºC üzerindeki sıcaklıklarda elde edilir bu yüzden harici bir su buhar sıcaklığı istenen düzeyde kalabilsin diye ek edilir
Hidrojen buhar jenaratörleri şiddet santrallerinde buhar üretmek,elektrik üretiminde yokuş değerlere ulaşmak ve tıbbi teknoloji ile biyoteknolojide kullanılır
Tipik Bir Buhar Jenaratörü
Katalitik Yanma
Hidrojen ve oksijen yerinde bir katalizör eşliğinde alışılagelmiş alevli yanmadan daha düşük sıcaklıklarda yanabilirlerBu ilke katalitik yakıcılar ve ısıtıcılarda kullanılır Katalitik yakıcıların kullanılabileceği yerler arasında yemek yemek pişirme,mekan ısıtma gibi evsel uygulamalar yer alabilir
Katalitik Brülör
Metal Hidritler
Hidrojenin metal hidritler ile alaşım oluşturabilme özelliği yalnızca hidrojen depolamasında değil ayrıca farklı enerji dönüşümlerinde de kullanılabilirBunlara örnek olarak aşağıdaki maddeleri verebiliriz
1Isı Depolama
2Elektrik Depolama
3Isıtma ve Soğutma
4Elektrik Üretimi
5Pompalama
6Hidrojen Saflaştırılması
7Döteryum Ayrıştırılması
Hidrojen doğru yanmalı motorlar için çok iyi bir yakıttırHidrojen enerjik içten yanmalı motorlar benzinli motorlara göre %20 daha verimlidir
Doğru yanmalı motorlarda ideal termal verim oranı:
Burada;
r sıkıştırma oranı
k Spesifik ısılar oranı (CpCv)
Bu denklem termal verimin spesifik ısılar oranı veya sıkıştırma oranını arttırmakla arttırılabileceğini gösterirHidrojen motorlarında, hidrojenin düşük kendinden ateşleme sıcaklığı ve yoksul karışımlarda yanma yeteneği dolayısıyla bu oranlar benzin motorlarına kadar daha yüksektir
Hidrojen Motoru Emisyon Oranı
Benzin Motoru Emisyon Oranları
Hidrojen yakıtının dürüst yanmalı motorlarda yani otobüs,kamyon,traktör,ile tarım makineleri gibi tüm taşıtlarda kullanılabilmesi,sınırlı rezerve sahip petrol ürünlerinin yerini alması ve çevreye arkadaş bir enerji olması,son yıllarda vasıta üreten şirketlerin büyük ilgisini çekmiştirBenzin ya da mazot yerine motorlarda hidrojen gazı kullanılması motorların ışıklandırma sisteminde bir takım şartların değişmesi gerektirmektedirHidrojen yakıtlı motor tasarımlarında bugüne dek kullanılan 3 temel usul altında verilmiştir
1Hidrojenhava karışımı, değişmeyen bir oranda silindirlerin giriş manifolduna verilmekte olup,motor gücü hidrojenhava karışım miktarlarını değiştiren bir valf vasıtasıyla ayarlanmaktadırSistemde özellikle yüksek hızlarda düzgün çalışmayı temin etmek için,hidrojenhava karışımına su buharı ilave edilmesi gerekebilir
2Hidrojen gazı basınç altında silindirlere enjekte edilirHava ise diğer bir antre manifoldu aracılığı ile ayrı olarak silindirlere geldiği için,hidrojenhava patlayıcı karışımı silindirlerin dışarıya oluşmazBu yöntem ilk yönteme göre daha emniyetlidir
3Bu yöntemde de ikinciye aynı şekilde silindirlere ayrı olarak hidrojenhava karışımı verilmesine rağmen hidrojen yüksek basınç yerine adi veya orta basınçta tutulur ve motor gücü hidrojen miktarını değiştirmekle ayarlanırBurada silindirlere giden hava tutarı değişmediği için değişim yalnızca hidrojenhava karışımında meydana gelirBöyle bir ayarlama hidrojenhava karışım oranının oldukça geniş bir aralıkta patlama özelliğine sahip olması sebebiyle kolayca gerçekleştirilebilir
Hidrojen ve Yakıt Motorları için Yanma Odası Hacimsel ve Enerji Karşılaştırmaları
İster dürüst yanmalı,isterse yakacak pilli olsun taşıtlara esas sorun hidrojenin depolanmasıdır Bu konuda yapılan çalışmalarda yeniden 3 farklı yöntem geliştirilmiştir
1Basınçlı hidrojenin, çelik tüpler içine yerleştirerek taşınması, bu güne dek geliştiren bir fazla deneme amaçlı hidrojenle çalışan taşıtta kullanılan usul olmuştur Burada görülen en bük sorun çelik tüplerin kendi ağırlıklarıdır Benzin li bir araba sıradan olarak 65 litre (47kg) benzin almakta olup, bu da enerji olarak 17 kg hidrojene karşılık gelmektedir
2Hidrojeni akışkan olarak depo etme yük sorununu çözmekle birlikte, tank hacmi ve maliyeti yükseltmektedir Öteki bir sorun ise, hidrojenin gaz haline geçmesi ile oluşan kayıplar ve yakıt ikmali zorluğudur
3Metal hidritler hidrojen depolamak için fazla uygun bir yöntem olmasına rağmen, bunlarında kendi ağırlıkları ciddi sorun olarak ortaya çıkmaktadır
Daha önce açıklanmış üç metal hidritten, MagnezyumNikel, en fazla hidrojen depolaması ve en ucuz olmasına rağmen, tekrar ağırlık olarak taşıta 500kg gibi bir ek ağırlık getirmektedir Bir diğer sorun da, hidrojen gazını belirli basınç da elde olabilmek için, metal hidritin, 250 0C ye ısıtılması gereğidir Bu sıcaklık araç çalışırken egzost çıkışından elde edilen sıcak gazla sağlanabilmekle beraber, motorun ilk ilk önce soğukken çalıştırılması sorun yaratmaktadır Bu sorun, Almanya da otobüslerde denen yeni bir yöntemle çözülmüştür Bu otobüslerde, düşük sıcaklıkta hidrojen sağlayan DemirTitanyum alaşımı ile MagnezyumNikel alaşımı birlikte kullanılmıştır Buna kadar, birincil alaşım motor soğukken devreye girmekte daha sonra ikinci bileşik devreye girerek devamlılık sağlanmaktadır Birinci alaşımda depolanan hidrojen, daha sonraki bir ilk çalıştırma için yedekte tutulmaktadır
Tüm bu sorunlara karşın, hidrojenin özellikle, otobüs, kamyon ve traktör gibi ağır taşıtlarda kullanımı gitgide artmakta ve büyüyen teknoloji ile birlikte sorunlar gitgide artarak çözülmektedir Petrolün sınırlı ömrü ve artan çevre kirliliği, hidrojen yakıtı kullanımının yaygınlaşmasına yol açmaktadır
Hidrojen yakıtının ilk tatbik alanlarından biri jet uçakları olup, bu konuda ilk olarak 1957 yılında yapılan denemelerden sora yapılan incelemeler artık ticari başvuru formu aşamasına gelmiştir Dünya Enerji Ajansı Hidrojen Programı çerçevesinde yürütülen çalışmalarda, Airbus tipi uçakların yakıt olarak hidrojen kullanması 2007 yılında başlayacaktır Değişken hidrojen aracısız ya da dolambaçlı olarak motorları ve dış yüzeyi soğutmak için de kullanılabileceği için, yüksek hızı supersonic uçaklar için ideal bir yakıt olarak görülmektedir
Hidrojen Doğru Yanmalı Motoru
Buhar Üretimi
Hidrojen saf oksijen ile yakıldığında neticede ;
2H2+O2 » 2H2O elde edilir
Üstteki tepkime 3000 ºC üzerindeki sıcaklıklarda elde edilir bu yüzden harici bir su buhar sıcaklığı istenen düzeyde kalabilsin diye ek edilir
Hidrojen buhar jenaratörleri şiddet santrallerinde buhar üretmek,elektrik üretiminde yokuş değerlere ulaşmak ve tıbbi teknoloji ile biyoteknolojide kullanılır
Tipik Bir Buhar Jenaratörü
Katalitik Yanma
Hidrojen ve oksijen yerinde bir katalizör eşliğinde alışılagelmiş alevli yanmadan daha düşük sıcaklıklarda yanabilirlerBu ilke katalitik yakıcılar ve ısıtıcılarda kullanılır Katalitik yakıcıların kullanılabileceği yerler arasında yemek yemek pişirme,mekan ısıtma gibi evsel uygulamalar yer alabilir
Katalitik Brülör
Metal Hidritler
Hidrojenin metal hidritler ile alaşım oluşturabilme özelliği yalnızca hidrojen depolamasında değil ayrıca farklı enerji dönüşümlerinde de kullanılabilirBunlara örnek olarak aşağıdaki maddeleri verebiliriz
1Isı Depolama
2Elektrik Depolama
3Isıtma ve Soğutma
4Elektrik Üretimi
5Pompalama
6Hidrojen Saflaştırılması
7Döteryum Ayrıştırılması