Akademik Veri Yönetim Sistemi
Kökkülünk G. (Yürütücü), Özdemir O. K., Elçiçek H., Karagöz Y., Aydın Z.
TÜBİTAK Projesi, 2022 - 2025
Bu proje çalışmasında,
sürdürülebilir enerji dönüşümü hedefleri doğrultusunda hidrojen ve amonyak gibi
alternatif yakıtların içten yanmalı motorlarda kullanılabilirliğini çok boyutlu
olarak ele almakta; deneysel, simülasyon temelli ve yaşam döngüsü değerlendirme
(LCA) yaklaşımlarını bir arada kullanarak bütüncül bir analiz sunmaktadır.
Çalışmanın ilk bölümünde, hidrojenin kimyasal bir taşıyıcısı olan sodyum bor
hidrür (NaBH₄) çözeltisinden hidrojen üretimini katalitik olarak hızlandırmak amacıyla yeni bir kobalt
borid (CoB) katalizörü geliştirilmiştir. Triton X-100 yüzey aktif maddesi
kullanılarak sentezlenen CoB-Triton 150 katalizörü, referans CoB katalizörüne
kıyasla %40 oranında daha yüksek hidrojen üretim hızına ulaşmış, bu katalizörle
optimum performansın %5 NaBH₄ ve %5 NaOH konsantrasyonlarında ve 44,2 kJ/mol aktivasyon enerjisiyle
elde edildiği belirlenmiştir. Üretilen hidrojen daha sonra içten yanmalı motor testlerinde
alternatif bir gaz yakıt
olarak değerlendirilmiştir.
Çalışmanın ikinci
aşamasında, hidrojen ve amonyağın içten yanmalı motor performansı üzerindeki
etkileri, tek silindirli bir dizel motor üzerinde farklı yük koşullarında
deneysel olarak incelenmiştir. Emme manifoldundan motora sırasıyla hidrojen ve
amonyak gazları beslenmiş, motorun tork üretimini sabit tutmak amacıyla pilot
dizel yakıt oranları %20, %40 ve %60 olarak değiştirilmiştir. Hidrojenin yüksek
yükte tek başına yeterli olmadığı durumda, amonyakla birlikte kullanılarak üçlü
bir yakıt kombinasyonu (dizel + hidrojen + amonyak) ile %60 dizel ikamesi
sağlanmıştır. Deneysel sonuçlara göre hidrojen kullanımı CO ve is emisyonlarını
azaltmış, aynı zamanda HC emisyonlarını da düşürmüştür. Ancak, yüksek alev
sıcaklığına sahip olan hidrojenin NOx emisyonlarını keskin bir şekilde
artırdığı gözlemlenmiştir. Buna karşılık, amonyak yakıtı düşük yük koşullarında
NOx emisyonlarında azalma sağlarken, yüksek yükte bu etki tersine dönmüş ve NOx
salımı artmıştır. Ayrıca amonyak kullanımıyla birlikte sistemde malzeme hasarı,
korozyon ve sızdırmazlık problemleri de rapor edilmiştir.
Çalışmanın bir
diğer aşamasında, deneysel verilerin doğrulanması amacıyla ANSYS Forte yazılımı
kullanılarak simülasyonlar gerçekleştirilmiş ve bu verilerle enjeksiyon
stratejileri (ön, ana, post enjeksiyon zamanlamaları) parametrik olarak
incelenmiştir.
Son olarak, bu
çalışmada alternatif yakıtların çevresel etkileri “kuyudan-gemi egzozuna”
(Well-to-Wake) yaşam döngüsü perspektifinden değerlendirilmiş ve uluslararası
denizcilik sektöründe kullanılabilirlikleri analiz edilmiştir. Bu kapsamda,
GREET 2023 modeli kullanılarak yapılan LCA analizinde, dizel, amonyak ve
hidrojenin üretimden tüketime kadarki süreçteki sera gazı emisyonları
karşılaştırılmıştır. “1 MJ motor çıkış enerjisi” fonksiyonel birimi esas
alınarak yapılan analizde, yeşil hidrojen kullanılan %40 hidrojen + %60 dizel
karışımı en düşük sera gazı emisyonunu (2.47 kgCO₂-eq/MJ) sağlarken; doğal gazdan elde edilen amonyakla oluşturulan %40 amonyak + %60 dizel karışımı en yüksek sera gazı emisyonuna (11.56 kgCO₂-eq/MJ) neden olmuştur. Bu bulgu, alternatif yakıtların yalnızca motor verimliliği ve emisyon performansı açısından değil, aynı zamanda üretim süreçlerinin çevresel etkileri açısından da dikkatle değerlendirilmesi
gerektiğini ortaya koymaktadır.
Genel olarak bu
çalışma, hidrojen ve amonyak gibi alternatif yakıtların performans, emisyon,
maliyet ve çevresel etkileri açısından kapsamlı bir şekilde analiz edilerek,
karbon nötr motor teknolojileri ve sürdürülebilir ulaşım çözümleri için yol
gösterici bir kaynak olmayı amaçlamaktadır.