Akademik Veri Yönetim Sistemi
Torpi H., Gonca G. (Yürütücü), Elçiçek H., Şahin B.
TÜBİTAK Projesi, 2022 - 2025
Proje Özeti
Karbon emisyonlarının sera gazı etkisine ve küresel ısınmaya neden olduğu bilinmektedir. Otomobiller ve kara taşıtlarında içten yanmalı motorların karbonsızlaştırılması ile ilgili çalışmalar devam etmektedir. Denizcilik sektöründe ise, Uluslararası Denizcilik Örgütü (IMO)'nün aldığı kararlar doğrultusunda gemilerden yayınan karbon emisyonunun 2035'e kadar sıfırlanması amaçlanmaktadır. Biyodizel, etanol, metanol ve doğalgaz, dizele alternatif olarak düşünülse de karbon içermeleri nedeniyle karbon emisyonu oluşumuna neden olmaktadırlar. Bu nedenle, IMO'nun sıfır emisyon isterini karşılayamazlar. Bu hedefe ulaşmak için, en kolay elde edilebilir yakıtın amonyak olduğu öngörülmektedir. Ayrıca hidrojen de karbonsuz temiz yakıt özelliği taşımaktadır. Fakat her iki yakıtın oluşturduğu emisyon çıktısı farklı bileşimlerde azotoksit (NOx) gazları olmaktadır. Çevreye atılan bu gazlar da zararlı ve istenmeyen emisyonlar olup, IMO standartları kapsamında düşürülmesi gerekmektedir. Ostwald prosesi, nitrik asit ve amonyum nitrat üretmek için uzun yıllardır kullanılan bir proses olup, özellikle gübre ve savunma sanayinde tercih edilmektedir. Bu prosesle, amonyağın kimyasal yükseltgenme reaksiyonu ile NOx üretimi ve daha sonra NOx gazlarından nitrik asit üretimi gerçekleşmektedir.
Literatürde, hidrojen ve amonyağın ayrı ayrı ve karışım biçiminde dizel motorlarda yakılması ile ilgili çalışmalar olmasına rağmen, NOx'lerin nitrik asite dönüştürülüp depolanması ile ilgili kapsamlı bir çalışma mevcut değildir. Bu projede, Hidrojen-amonyak karışımlarıyla çalıştırılan bir dizel motorun performans karakteristikleri incelenecek ve oluşan NOx emisyonlarının, su-hidrojen peroksit karışımlarıyla ne derece düşürüleceği ve nitrik asit dönüşüm oranı araştırılacaktır. NOx'lerin hangi oranda düşürüleceği ve nitrik asitin hangi oranda oluşacağının belirlenmesi projenin en önemli çıktılarından olacaktır. Tutuşmayı kolaylaştırmak için, benzin ve dizel yakıtların pilot ateşleyici veya karışım şeklinde motorda kullanıldığı literatürde görülmüştür. Bu projede, pilot ateşleyeci etki incelenmekle beraber, literatürden farklı olarak, hidrojen ve amonyak karışımlarının tutuşturulmasını kolaylaştırmak için mikrodalga kullanımının fizibil olup olmayacağı da teorik ve deneysel olarak araştırılacaktır. Ayrıca mikrodalga uygulamasının NOx oluşumunu nasıl etkilediği araştırılacaktır.
Literatürde, mikrodalga kullanılarak tutuşturma ile ilgili sınırlı sayıda çalışma olduğu görülmüştür. Hidrojen-amonyak karışımlarının mikrodalga ile tutuşturulması iki farklı yöntemle incelenecektir. 1. yöntemde enjektör çıkarılarak, enjektör yerine mikrodalga anteni kullanılacak yakıt emme manifoldundan alınacaktır. 2. yöntemde enjektöre müdahale edilmeden, silindir içine mikrodalga anteni yerleştirilecektir. Amonyak enjektörden püskürtülürken hidrojen emme manifoldundan alınacaktır. Optimum mikrodalga gücü, frekansı ve zamanlaması her iki yöntem için belirlenecektir. Emisyon minimizasyonu ve performans maksimizasyonunu sağlayan optimum yakıt karışımları yapay sinir ağları (YSA) ve genetik algoritma (GA) kullanılarak belirlenecektir. Literatürde, her ne kadar hidrojen ve amonyak karışımlarının yanma ve emisyon karakteristikleri incelenmiş olsa da, geliştirilen bu yöntemler için ilk defa bu projede araştırma yapılacaktır. Projeden elde edilen veriler, emisyon ve performans karakteristikleri açısından motorun optimum koşullarda çalışmasını sağlayan bir elektronik kontrol ünitesi geliştirilmesini sağlayabilecek ve yeni projelerin önünü açabilecektir.