Alternatif Yakıtlar Hakkında

Azot Oksit Emisyonlarının Hava Fazlalık Katsayısına Göre Değişimi

Hidrojen yakıtının yanma odasına soğuk püskürtülmesi, normal sıcaklıkta püskürtülmesi ve önceden karışım hazırlanarak yanma odasına gönderilmesi durumlarında oluşan NO_x emisyon miktarı, benzin motorları emisyon miktarlarına göre karşılaştırılmıştır. Görüldüğü gibi egsoz gazlarındaki NO_x emisyonu hidrojenin yanma odasına soğuk olarak püskürtülmesi durumunda en iyi olmaktadır

Hidrojen Yakıtının Taşıtlarda Depolama Şekilleri

Hidrojen yakıtının, taşıtlarda alternatif bir yakıt olarak kullanılmasında karşılaşılan en önemli sorunlardan birisi, hidrojenin depolanmasıdır. Hidrojenin taşıtlarda kullanımı, metil hibrit, sıvı hidrojen ve basınçlı gaz şeklindedir. Gaz hidrojenin birim kütle başına düşen ısıl enerjisinin yüksek olmasına karşın; birim hacim başına düşen ısıl enerjisi oldukça düşüktür. Hidrojenin taşıt motorunda gaz olarak kullanılması durumunda bu özelliği dolayısıyla taşıt içerisinde büyük hacimleri ihtiyaç olmakta, bu durum taşıtın faydalı kullanım alanını küçültmektedir. Her ne kadar yüksek basınçlı gaz olarak depolama şekli ile birim hacimde depolanabilecek hidrojen miktarı arttırılabilmekteyse de bu basınçlı deponun kendi ağırlığının da sınırlı olması gereği nedeni ile, bir depo hidrojenle taşıtın alabileceği yol oldukça kısa olmaktadır. Hidrojenin bir taşıtta sıvı olarak depolanması durumunda, sıvılaştırma maliyeti artmakta ve hidrojenin depoda çok düşük sıcaklıklarda tutulması gerektiğinden taşıt şartlarında dış havadan olan ısı kazancı nedeni ile buharlaşma kayıpları söz konusu olmaktadır. Hidrojenin metal hibritler şeklinde depolanmasında da taşıtlarda büyük boyutlarda yer gerekmektedir.

Hidrojenin Taşıtlarda Metal Hibrit Şeklinde Depolanması

Bu yöntemle depolamada prensip olarak gaz hidrojenin küçük moleküllere sahip oluşu ve yüksek difüzyon özelliğinden faydalanılır. Bu özelliğe sahip olan gaz hidrojen katı metallerin kafes şeklindeki aç yapılarına nüfuz ederek kristal yapının çeşitli yerlerine bağlanır. Metal hibrit uygulamaları hidrojen gazının birtakım metal alaşımları üzerine gönderilmesi ve bu alaşımlarla egzotermik bir reaksiyona girerek tüketilmesi şeklindedir. Bu reaksiyon sonucunda hidrojenin hacmi hemen hemen sıfır olur. Eğer egzotermik reaksiyon sonucu açığa çıkan ısı enerjisi ile, aynı miktarda ısı enerjisi ortama verilirse, reaksiyon tersine çevrilerek hidrojen geri kazanılabilir. Reaksiyonu ters yönde oluşturacak ısı, soğutma suyu veya egsoz gazlarından sağlanabilir, metal hibrit uygulamalarında metallerin seçiminde şu özelllikler istenir :

· Düşük ayrışma ısısı

· Hızlı ayrışma

· Düşük ayrışma basıncı

· Hidrojen depolama miktarının fazlalığısistem ağırlığının büyük olması metal hibrit depolama şeklinin arabalar için kullanılmasını sınırlamaktadır.

Metal hibritler genel olarak düşük sıcaklık metal hibriti ve yüksek sıcaklık metal hibriti olmak üzere iki çeşittir. En yaygın kullanılanı FeTiH_x düşük sıcaklık metal hibritidir. Sıcaklık düşük oladğundan basınçta düşük olmaktadır. Yapılan enerji yoğunluğu hesaplamalırına göre, FeTiH_x’in kimyasal formülünde x =1.95 olduğunda, FeTiH_x maksimum miktarda hidrojen içermektedir. Hidrojenin maksimum yoğunluğu %1.88 olmaktadır. 30 litre petrole eşdeğer ısıl değere sahip metal hibrit ağırlığı 435 kg olmaktadır. Bu ağırlığa birde hidrojenin egzotermik reaksyona girerek tüketilmesi sonucu tüketilen hidrojenin tekrar geri kazanımı için gerekli ısıyı sağlayacak, soğuk ve sıcak su borularının oluşturduğu ısı eşanjörü sistemi de eklenirse, bu ağırlık yaklaşık 790 kg olmaktadır. Termik petrole göre %20 daha yüksek olmasına rağmen, kullanılan taşıyıcı tank sistemi ile beraber düşünüldüğünde, petrolden ağırlıkça 20 kat fazladır. Mg₂NiH_y, yüksek sıcaklık metal hibriti olarak bilinmektedir. Mg₂NiH_y’nin kimyasal formülünde y =4 olduğundan, sahip olduğu hidrojen yoğunluğu FetiH_x’in iki misli olmaktadır. Fakat reaksiyonların yüksek sıcaklıkta olmasından dolayı tek başına kullanımı yerine düşük sıcaklık metal hibritleri ile beraber kullanılması düşünülmektedir.

Hidrojenin Taşıtlarda Sıvı Hidrojen Şeklinde Depolanması

Hidrojenin sıvı halde depolanmasının birtakım yararları ve zararları vardır:

a) Ağırlık olarak nispeten hafif bir depolama şeklidir.

b) Hidrojen yakıtı, yüksek basınç sıvı hidrojen pompası yardımı ile silindire, direkt olarak püskürtülebilir. Eğer gaz silindire ölü hacmin tam merkezinden püskürtülürse sıkıştırma oranı dizel motorlarındakine yakın bir değere çıkartılabilir.

c) Taşıtta eğer klima ünitesi varsa sıvı hidrojen soğutma amaçlı kullanılabilir.

d) Anormal yanma önlenir ve NO_x emisyonlarında azalma sağlanır.

e) Sıvılaştırma için gerekli enerji büyüktür. Sıvılaştırma için hidrojen gazı kullanılmaktadır. Hidrojenin gaz halden sıvı hale geçerken bir kısmı buharlaşır bu sebeple faz değişiminin hızlı bir şekilde gerçekleşmesi gerekmektedir.

f) Sıvı olarak hidrojenin tanklarda depolanması ve kullanılması sırasında buharlaşma kayıpları meydana gelir. Hidrojenin tanklarda depolanması, düşük sıcaklıklarda gerçekleştiğinden kullanılacak yakıt tankının, ısı yalıtımının çok iyi yapılması gerekmektedir. Depo yalıtımının tam anlamı ile yapılması nedeni ile oluşan ısı transferi, depo basıncının artmasına eden olur. Basıncın artmasını önlemek için buharlaşan hidrojenin atmosfere atılması gerekir.

Hidrojenin minimum tutuşma enerjisin düşük olması ve yüksek alev hızına sahip olması nedeni ile, kullanılan deponun herhangi bir kaza durumunda hasar görmesi emniyet açısından riskli olmasına rağmen, aynı zamanda hidrojenin yanma kabiliyetinin yüksek olması nedeni ile, en ufak bir gaz kaçağında çok kısa bir süre içinde ortama yayılarak yanıcı olmayan bir karışım oluşturması, bu riskli durumu oldukça azaltmaktadır. Hidrojenin dışarı sızması durumunda herhangi bir kıvılcımla tutuşması halinde, zayıf bir karışım oluşturmasından dolayı zayıf bir alev meydana gelir. Hidrojenin kendi kendine tutuşma sıcaklığı yüksektir ve alev süresinin kısa olmasından dolayı ortaya çıkan radyasyon ısısı düşüktür ve bunun sonucunda alev sıcaklığı düşük olur. Bu sebeplerden dolayı hidrojenin güvenli bir yakıt olup olmadığı sonucuna varılmadan önce, bu konuda yapılan araştırmaların kesin sonuçlarının beklenmesi gerekmektedir. Fakat şimdiye kadar yapılan araştırmalarda herhangi bir ciddi olaya rastlanmamıştır.