Hidrojen ve Ötesi -- Temiz Enerji

Hidrojenin fosil yakıt yerine kullanılması 30 yıllık bir hayal. Son 3 yılda yapılan ilerlemelerse bu hayli gerçeğe dönüştürmek üzere. Önceleri hidrojen yakıtlı araçların düşük dinamik performansı umitleri zedelesene BMW hidrojen yakıtlı araçlar konusuna son noktayı Eylül 2004'te koydu. Fransa’daki Miramas Proving Grounds da yapılan hız rekor denemesi büyük bir başarıyla sonuçlandı. BMW ‘nin Hydrogen Racer H2R modeli V12 motoruyla saatte 302.4 km hıza ulaşarak hidrojen yakıtlı araçlara geçişteki en büyük endişeyi ortadan kaldırmış oldu... Peki neden bütün bu çalışmalar? Nedir çalışma prensibi bu araçların? Ve en önemlisi Nedir Hidrojenin yakıt olarak bize ve dünyaya katkıları ? İste bu yazıda bu sorunların cevabını bulmaya çalışacağız.

Neden hidrojen ...?

Şu anki yakıtların en büyük sorunları ne?

1)Tükeniyor olmaları
2)Çevre kirliliği...

İste bu noktada hidrojenin akla gelmesi hiç de şaşırtıcı değil aslında... Çünkü;

1) Hidrojen yeryüzündeki en yaygın ve en hafif element.

2) Suyun ve bütün organik bileşiklerin yapısında bulunmasının yanında biyolojik döngünün bir parçası olması nedeniyle çevreyle tamamen uyumlu.

Bunlara ek olarak hidrojenin birçok özelliği yakıt olarak kullanılmasını cazip hale getiriyor.

Öncelikle hidrojen hem gaz hem de siryojenik sıvı (düşük sıcaklıklarda sıvılaşan gaz) şeklinde depolanabildiği için taşınması sorun yaratmıyor. Ayrıca zehirli olmayan ve kokusuz bir gaz olan hidrojen (sıvı formda) tüketilen yakıt ağırlığı olarak benzinle karşılaştırıldığında , 3 kat daha fazla enerji veriyor. Ayrıca hidrojen yakıldığında ürün olarak karbondioksit değil su açığa çıkarıyor. İste bütün bu özellikler bir arada düşünüldüğünde uzmanlar geleceğin yakıtını bulduklarına inanıyorlar.


Hidrojen doğada bileşikler halinde bulunmasına rağmen saf halde bulunmuyor. Hidrojen çoğunlukla suda, çeşitli hidrokarbon formlarında ve diğer kimyasal bileşikler içinde mevcut. Bundan dolayı, hidrojenin enerji amacıyla kullanılabilmesi için bir takım dönüşüm proseslerinden geçmesi gerekiyor.

Şu anda dünyada her yıl yaklaşık 600 milyar metreküp hidrojen elde ediliyor. Peki bu hidrojen nasıl üretiliyor? Bu hidrojen; doğal gazın işlenmesi, kola üretimi veya klorun elektrolizi gibi proseslerde açığa çıkıyor.

Hidrojen enerjisi ile çalışan araçlarda temel prensip güneş enerjisi yardımıyla sudan elde edilen sıvı hidrojeni yakıt olarak kullanmak. Öncelikle güneş enerjisinden elde edilen elektrik (fotovoltaik hücreler yardımıyla), suyu bileşenleri olan hidrojene ve oksijene ayırmak için kullanılıyor. Ayrılan oksijen atmosfere salınırken, hidrojen çok düşük sıcaklıklarda (-253 C ) sıvılaştırılıp depolanıyor. Bu depolanma sırasında hidrojen gaz halinin 1000 de biri kadar bir hacme küçülmüş oluyor. Aracın iç ve dış duvarları arasında bulunan 70 kat alüminyum ve fiberglas tabaka hidrojenin bu düşük sıcaklıklarda kalmasını sağlıyor. İçten yanma sırasında sıvılaştırılan bu hidrojen oksijenle birleşiyor ve bu birleşme sırasında hidrojen doğaya tekrar su olarak dönerken, açığa çıkan enerji aracın çalışmasını sağlıyor.

Sıra geldi en önemli soruya:

Hidrojenin yakıt olarak kullanılmasının insanlığa yararı ne ölçüdedir?

Fosil yakıtlarla karşılaştırıldığında en önemli yarar tabi ki çevreci bir teknoloji olması. Çalışma prensibinde de anlaşılabileceği gibi hidrojenle çalışan bir motorun çalışması sonucu elde edilen tek yan ürün su. Bu da teknolojinin çevreciliğinin en büyük kanıtı. Diğer önemli bir yarar ise hidrojenin yeniden elde edilebilirliği. Sistemin çalışma prensibinde anlatıldığı gibi sistemin girdisi olan su aynı zamanda ürün olarak da karşımıza çıkıyor. Ayrıca hidrojenin yeryüzündeki en yaygın madde olması -ki fosil kaynakların 100 sene içinde tamamen tükeneceği de düşünülürse- hidrojenin yakıt olarak kullanılmasını vazgeçilmez kılıyor. Ayrıca bu teknolojide tüketilen kaynağın sadece su ve güneş enerjisi olduğu göz önünde bulundurulursa ekonomik açıdan çok daha ucuz yakıt tüketimi de sağlanabilecek.


İşte bütün bu yararlar ve araçların performansı göz önüne alındığında geleceğin yakıtının adı da akılarda yavaş belirmiş oluyor . Hidrojen...


E. Görkem GÜNBAŞ

Petrol Dar Boğazına Alternatif: Biyodizel

Bir sabah kalktınız canınız çekti ve patates kızarttınız kendinize. Üstünüzü değiştirip evden çıkarken hatırladınız ki otomobilinizin deposu boş. Mutfağa gidiyorsunuz ve biraz önce yediğiniz patates için kullandığınız yağ ile daha önceden bir kenarda biriktirdiklerinizi birleştiriyorsunuz, içine biraz etanol katarak iyice karıştırıyorsunuz ve aracınızın deposuna koyuyorsunuz hepsi bu. Yaklaşık 10 yıldır dünyanın birçok ülkesinde insanlar artık dizel araçlarda bitkisel yağlarla esterleştirilmiş biyomotorin kullanıyorlar çünkü hayatımızın vazgeçilmez enerji kaynağı olarak görülen petrolün saltanatı sona eriyor. Biyodizel de bilim dünyasının yok olan enerji kaynaklarının yerine sunduğu yeni alternatiflerden bir tanesi.

Günümüzde kömür, petrol, doğal gaz gibi fosil kökenli, birincil enerji kaynakları yanı sıra, yeni-yenilenebilir enerji kaynaklarının enerji teknolojisinde değerlendirilmesi konusuna artan bir ilgiye ve uygulama yoğunluğu gösterilmektedir. Yeni-yenilenebilir enerji kaynakları içinde en büyük teknik potansiyele “Biyokütle” sahiptir. Ana bileşenleri karbonhidrat bileşikleri olan bitkisel ve hayvansal kökenli tüm maddeler "Biyokütle Enerji Kaynağı", bu kaynaklardan üretilen enerji ise "Biyokütle Enerjisi" olarak tanımlanmaktadır. Bitkisel biyokütle, yeşil bitkilerin güneş enerjisini fotosentez yoluyla doğrudan kimyasal enerjiye dönüştürerek depolanması sonucu oluşmaktadır. Fotosentez ile enerji içeriği yaklaşık olarak 3.10 21 J/yıl olan organik madde oluşmaktadır. Bu değer dünya enerji tüketiminin 10 katı enerjiye karşılık gelmektedir. Odun (enerji ormanları, çeşitli ağaçlar), yağlı tohum bitkileri (kolza, ayçiçek, soya v.b), karbonhidrat bitkileri (patates, buğday, mısır, pancar, enginar, v.b.), elyaf bitkileri (keten, kenaf, kenevir, sorgum, miskantus, v.b.), protein bitkileri (bezelye, fasulye, buğday v.b.), bitkisel artıklar (dal, sap, saman, kök, kabuk, v.b.), hayvansal atıklar ile şehirsel ve endüstriyel atıklar biyokütle enerji teknolojileri kapsamında değerlendirilmekte ve mevcut yakıtlara alternatif çok sayıda katı, sıvı ve gaz yakıtlarına ulaşılmaktadır. Biyokütle kökenli, en önemli Diesel motoru alternatif yakıtı biyomotorindir. Biyomotorin ( Biyodiezel), biyodizel, Dizel-Bi, Yeşil Dizel adları ile de bilinmektedir.

Bitkisel yağlardan transesterifikasyon reaksiyonu (bir esterin bir alkolle asit ortamında tepkimesidir. sonuçta o alkolün esteri oluşur )[alkiliz] ile biyomotorin elde edilmektedir. Transesterifikasyon reaksiyonunda yağ, monohidrik bir alkolle (etanol, metanol), katalizör (asidik, bazik katalizörler ile enzimler) varlığında ana ürün olarak yağ asidi esterleri ve gliserin vererek esterleşir. Ayrıca esterleşme reaksiyonunda yan ürün olarak di- ve monogliseritler, reaktan fazlası ve serbest yağ asitleri oluşur. Biyomotorin üretiminde bitkisel yağ olarak kolza, ayçiçek, soya ve kullanılmış kızartma yağları, alkol olarak metanol, katalizör olarak alkali katalizörler (sodyum veya potasyum hidroksit) tercih edilmektedir. Hayvansal yağlar da biyomotorin üretiminde kullanılabilir. Üretim teknolojisinde zorluk bulunmamaktadır. Üretimdeki en önemli nokta biyomotorinin saflık derecesidir. Bu nedenle rafine edilme aşaması önem kazanmaktadır. Biyomotorin
%99 değeri üzerinde saf üretilmelidir.

Dizel motorlarda yakıt olarak kullanılan ve yenilenebilir biyolojik maddelerden türetilen yakıtlar biyodizel olarak adlandırılır . Hayvansal yağlar ile soya fasulyesi, mısır ve ayçiçeği gibi bitkisel ürünlerin yağlarından biyodizel yakıt üretiminde faydalanılır. Biodizel saf olarak kullanılabileceği gibi petrolden elde edilen dizel yakıtla karıştırılarak da kullanılabilir. Sebze yağlarının yakıt olarak kullanılabileceğini ilk olarak 1900'lü yılların başında Rudolph DIESEL yer fıstığı yağıyla dizel motoru çalıştırarak göstermiştir. Fakat petrol hazır bir sektör olduğu için yaygınlaşması ancak bazı özel olaylar sonucu ve kısıtlı olmuştur. İkinci Dünya Savaşı, 1970'lerdeki petrol darboğazı ve yeni dönemde çevre bilincinin artması yeni enerji kaynaklarına ilgiyi artırmıştır. Biyodizel ismi ilk olarak 1992 yılında Amerika Ulusal SoyDizel Geliştirme Kuruluşu tarafından telaffuz edildi. Kimyasal olarak yenilenebilir yağ kaynağından türetilen uzun zincirli yağlı asitlerin mono alkol esterleri olarak tanımlanır. Yani biyolojik kaynaklardan elde edilen ester tabanlı bir tür oksijenli yakıttır ve sıkıştırmalı (dizel) motorlarda kullanılabilir. Mazotla belli oranlarda karıştırılarak kullanılabilir. Bu oran; ekonomi, gaz emisyonu, yanma özelliği gibi birçok faktöre bağlıdır ve %20'lik karışım kullanılır. Bakterilerle ayrışabilen, zehirsiz, sülfürsüz ve hoş kokuludur. Bitkisel yağların metil veya etil esteridir. Bu konuda araştırma ve üretim yapan ülkelerin favori ürünü soya fasulyesidir. Elde edilen bitkisel veya biyolojik yağlar alkolle (genelde metanol) karıştırılır ve sodyum hidroksitle tepkime hızlandırılır. Kimyasal reaksiyon sonunda bir ester ve gliserin oluşur. Ester yakıt olurken gliserin de değerli bir ürün olarak birçok sektörde kullanılır. Biyodizel verim olarak mazota yakın ve motor performans olarak eşdeğerdir. Biyodizelin diğer yakıt türlerine göre avantajlarına gelince;

Çevre dostu

Yenilenebilir hammaddelerden elde edilebilen,

Atık bitkisel ve hayvansal yağlardan üretilebilen,

Anti-toksik etkili olan,

Biyolojik olarak hızlı ve kolay bozunabilen,

Kanserojen madde ve kükürt içermeyen,

Yüksek alevlenme noktası ile kolay depolanabilir, taşınabilir ve kullanılabilen,

Yağlayıcılık özelliği mükemmel olan,

Motor ömrünü uzatan,

Motor karakteristik değerlerinde iyileşme sağlayan,

Kara ve deniz taşımacılığında kullanılabilen,

Isıtma sistemleri ve jeneratörlerde kullanıma uygun,

Stratejik özelliklere sahip,

Mevcut Diesel motorlarında hiçbir tasarım değişikliği gerektirmeden kullanılabilen,

Ticari başarıyı yakalamış bir yeşil yakıttır.

AB ülkelerinde klasik dizel yakıt içerisine %2 oranında karıştırılıyor. 2005 yılında %5.75, 2010 yılında %10, 2020 yılında %20 oranları hedeflenmiştir. Çevreye çok daha az zarar verirken, sürekli yenilenen kaynaklardan elde edilmesi en büyük avantajı.

Aynı zamanda elde edilmesi gereken bitkisel üretimden sağlanma zorunluluğu, alternatif ürün konusunda sıkıntı çeken kırsal kesimde yasayan, hayatını tarımdan kazanan insanlara ciddi bir alternatif olabilir. Almanya ve Belçika'da başlı başına bir yakıt olarak, karıştırılmadan satılmaktadır. Dizel yakıtlardan biraz daha pahalı olmakla beraber, kalorisi daha yüksek olduğundan dolayı her hacim birim başına daha fazla yol katedilebilir ki bu da işin maddiyatını düşünenleri ikna etmekte.

Biodizel üretim işleminin yan ürünü olarak çıkan gliserin de diğer alanlarda kullanılmak için ayrılır. yenilenebilir kaynaklardan üretilmesi ve atık madde emisyonlarının fosil motorine göre daha düşük olması nedeniyle gelecekte benzine oldukça iyi bir alternatif olacağı düşünülmektedir. Günümüzde Avrupa ülkelerinin bir kısmında benzincilerde biyodizel satılmakta ve dizel araçlar herhangi bir motor modifikasyonuna gerek duymadan bu yakıtı kullanabilmektedir.

Tüm olumlu yanlarına rağmen biyodizelin viskozitesinin yeterli olmadığı için
özellikle yakıt donanımında tıkanma ve bir takım sorunlara sebebiyet verebilmektedir. Dizel motorların en problemli yanlarından birinin yakıt donanımları olduğu düşünülecek olduğunda biyodizelin daha da iyileştirilmesi veya katkı maddeleriyle desteklenmesi zaruret haline gelmektedir.

Ancak biyodizelin en temel ve düşündürücü olan problemi çok büyük miktarlarda bitkisel yağın bu yakıtın üretimine yöneltilmesi gerekliliğidir. Fiyatı, yetiştirme zahmeti ve hızı, içerdiği değerlendirilebilir yağ miktarı bakımından bu işe en uygun bitki olan kolza bitkisinden tüm fosil yakıtların yerine geçecek şekilde dizel üretimine geçilmesi durumunda, sadece Almanya'nın yakıt ihtiyacını karşılamak için bile bütün Avrupa'nın baştan başa kolza tarlalarıyla dolması gerekecektir. Biyodizel petrol kaynaklı dizellerle sorunsuz karıştırılabildiği için yapılacak en mantıklı iş satılan dizel yakıtlara üretilen miktar kadar bitkisel kaynaklı ürün eklemek olacaktır.

Biyodizel Türkiye'de mevcut olanaklarla uygulamaya alınabilecek en önemli alternatif yakıt seçeneklerinden biridir. Ülkemizde kara taşımacılığının önemli bölümünde ve deniz taşımacılığında Dizel motorlu taşıtlar kullanılmaktadır. Ayrıca endüstride jeneratörler için önemli miktarda motorin kullanılmaktadır. Petrol tüketimimizin ancak %15'i yerli üretimle sağlanabilmektedir. Petrol ürünleri tüketimi içinde ise, en büyük pay %34 değeri ile motorine aittir. Biyodizel kullanımı ile petrol tüketiminde ve egzoz gazı kirliliğinde azalma gerçekleşecektir. Biyodizel üretmek ve kullanmak için Türkiye yeterli ve uygun alt yapıya sahiptir. Türkiye'de kolza ( kanola) , ayçiçek, soya, aspir gibi yağlı tohum bitkilerinin enerji amaçlı tarımı mümkündür. Hükümetin aldığı son tasarruf önlemleri kapsamında tarımda sadece kanola ve soya ekimine destek verilme kararı alınmıştır. Bu durum, çiftçiye bir yön vermektedir. Kanola ve soya ekimi ek bir bedelle desteklenmektedir. Kışı ılıman geçen bölgelerimizde kanola ikinci ürün olarak da ekilebilir. Tarımı sorunsuz ve maliyeti buğday ve ayçiçeğinden az olan kanola, Türk çiftçisi için önemli bir kurtarıcı olacaktır. GAP Bölgesi'nde 10 milyon dekar alanda sulu tarım olanağı vardır; bölgede pamuk yanı sıra dönüşümlü olarak kanola ve/veya soya ekimi olumlu olacaktır. Çok genel bir hesaplama ile, GAP Bölgesi'nde kanola ve/veya soya ekimi ve biyodizel üretimi ile yılda 1.5 milyon ton biyodizel üretilebileceği söylenebilir. Enerji amaçlı tarımın, Türkiye tarım politikası içinde yer alması, çiftçinin yönlendirilmesi yararlı olacaktır.

Derleyen : Ümit Sarıyıldız

Kaynaklar :

www.aytbiodiesel.com
www.biyomotorin-biodiesel.com/info.html
www.biyomotorin.com
www.biyomotorin-biodiesel.com
www.petrogas.com.tr
www.avfenerji.com

Havai Fişek ya da Kimyalı Fişek

Hangimiz sevmeyiz ki havai fişekleri? Festivallerde ve gece şenliklerinde kullanılan havai fişekler genellikle kartondan yapılan ve içine özel bir patlayıcı karışımı konulan uzun silindirik biçimindeki kovanlardan oluşurlar. İçlerindeki bu dolgu malzemesi ‘Piroteknik Karışım’ olarak da adlandırılabilir. Bu çok özel karışım, havanın oksijeni olmadan da yanabilmeyi gerçekleştirir. Normal şartlar altında kapalı bir kabın içerisinde yanan mumun, içerdeki oksijen miktarı azaldıkça buna bağlı olarak sönmesi gerekirken, fişek kovanın içinde hava bulunmadığı halde karışımını tüketene kadar yanmasını sürdürür. Bunun sebebi, karışımdaki maddelerden birinin sürekli olarak oksijen açığa çıkarması ve kapalı kovandaki yanma olayının buna bağlı olarak sürmesidir.

Uzun yıllar boyunca bu fişek karışımında potasyum nitrat kullanıldı. Oksijen verici bir madde olan potasyum nitrata ‘Güherçile’ de denilmektedir. Havai fişek sanayisinin doğuda gelişmesinin en büyük sebebi olarak da güherçilenin daha çok doğu ülkelerinde bulunması gösterilebilir. Özellikle de Çin kükürt, güherçile tuzu ve de odun kömürünü harmanlayarak dünya tarihindeki ilk havai fişekleri piyasaya sürdü.

Bu yeni eğlence ürününe rağbet arttıkça havai fişek sanayii de kendini yeniledi ve renklileri üretilmeye başlandı. 19.yy. a kadar havai fişekler sadece sarı alev renginde yanarlardı. Oysaki 18.yy.da potasyum nitratın kimyasal bileşimle elde edilmesi renklilerinin yapılmasına olanak sağladı. Çünkü potasyum kloratlı karışım yeterince ısı çıkaracak kadar yandığında, bu karışıma katılan çeşitli metaller gaz haline gelerek alevi renklendirebiliyorlardı. Böylece baryum tuzlarıyla yeşil, stronsiyomla kırmızı, sodyumla da sarı kıvılcımlar saçan havai fişekler yapıldı. Bakırda ise potasyum kloratın yanmasıyla açığa çıkan klor gazının etkisiyle mavi renk verdiği anlaşıldı. İlginç değil mi?

Derleyen: Ayşegül Gizem Erboğa