Hidrojenin sodyum bor hidrürde depolanması ve dizel motorlarda amonyak ile üçlü yakıt olarak kullanılması
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, -, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2024
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: CENK KAYA
Danışman: Görkem Kökkülünk
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Bu çalışmada, hidrojenin "depolanması" ve "güç üretiminde kullanımı" hususlarında bir dizi çalışma gerçekleştirilmiştir. Mevcut çalışma temel olarak iki bölümden oluşmaktadır: Katalizör geliştirme çalışmaları ve içten yanmalı motor çalışmaları. Katalizör geliştirme çalıştırmalarında, sodyum bor hidrürde depolanan hidrojenin, hidroliz reaksiyonunda, daha hızlı açığa çıkması adına kobalt borid (CoB) katalizörü hazırlanırken; hazırlama aşamasında Triton X-100 yüzey aktif maddesi kullanılmış ve daha yüksek hidrojen üretim hızına (HGR) sahip CoB-Triton 150 katalizörü elde edilmiştir. Katalizörün farklı NaBH4 ve farklı NaOH oranları, farklı sıcaklıklarda performansı incelenmiş ve yakıt hücresi performansı, endüstriyel hidrojen ile karşılaştırılmıştır. İkinci aşamada içten yanmalı motor deneyleri tek silindirli dizel motorda, hidrojenin dizel motora emme manifoldundan beslenmesiyle gerçekleştirilmiştir. Hidrojen yakıtının performansı, bir diğer karbonsuz yakıt olan amonyakın aynı deney şartlarında motora beslenmesiyle karşılaştırılmıştır. Deneyler %25, %50 ve %75 yükte, motorun maksimum torkunu veren 1500 devir/dakika' da gerçekleştirilmiştir. Her yükte dizel yakıt miktarı %20, %40 ve %60 azaltılarak aynı tork ve aynı devir sağlanacak şekilde emme portundan sırasıyla hidrojen ve amonyak yakıtları beslenmiştir. Hidrojenin sağlandığı %75 yük şartlarında dizel oranının %60' a düşürülememesi sonrası hidrojene amonyak karıştırılarak (hidrojen+amonyak+dizel) dizel oranı %60' a düşürülmüştür. Çalışmanın son aşamasında ise amonyak ve hidrojenin endüstriyel basınçlı tüplerden ve hidrojenin sodyum bor hidrürden karşılanması durumunda oluşacak yakıt maliyetleri karşılaştırılmıştır. Sonuçlara bakıldığında, geliştirilen CoB-Triton 150 katalizörü, referans CoB katalizörüne göre %40 daha yüksek HGR değerine sahiptir. CoB-Triton 150 katalizörünün optimum NaBH4 ve NaOH oranları %5 ve %5 olarak belirlenmişken, katalizörün aktivasyon enerjisi 44.2 kJ/kmol olarak elde edilmiştir. Dizel motor deney çalışmalarında yüksek yükte hidrojen kullanımıyla dizel yakıt oranının düşürülememesi problemi hidrojene amonyak karıştırılarak çözülmüştür. Sonuçlara göre gaz yakıtların kullanımıyla egzoz sıcaklıkları, is emisyonları ve CO emisyonları azalmaktadır. Gerek is, gerekse CO emisyonlarında hidrojen yakıtı amonyak yakıtına kıyasla daha iyi sonuçlar vermektedir. HC emisyonları amonyak kullanımıyla artarken, hidrojen kullanımıyla azalmaktadır. En önemli hususlardan NOx emisyonlarında, hidrojen kullanımıyla NOx emisyonları keskin bir şekilde artmaktadır. Amonyak kullanımıyla ise düşük yüklerde (%25 ve %50) düşük oranda amonyak kullanımı NOx emisyonlarını arttırırken, amonyak oranının artmasıyla NOx emisyonları azalmıştır. %75 yükte ise tüm amonyak oranlarında NOx emisyonları artmaktadır. Ayrıca deneyler esnasında amonyak kullanımı ile devrede korozyon ve malzeme hasarları gözlemlenmiştir. Son olarak motor yakıt maliyet akışlarına göre maliyetler dizel yakıtına kıyasla gaz yakıtlarla artmakta, hidrojen yakıtıyla ve özellikle sodyum bor hidrür kullanımı olması durumunda maliyetler ciddi oranda artmaktadır.