Akademik Veri Yönetim Sistemi
Çakır M. (Yürütücü), Üst Y., Kayadelen H. K., Başak M. E.
TÜBİTAK Projesi, 2021 - 2024
Uluslararası
Denizcilik Örgütü'nün (International Maritime Organization, IMO) gemilerden
kaynaklı sera gazı emisyonlarını 2050 yılına kadar en az %50 azaltma vizyonunu
yerine getirme ihtiyacı göz önüne alındığında, gemi makineleri için amonyak (NH3)
karbon içermeyen bir enerji kaynağı olarak şu anda gündemdedir. Hidrojen ve
nitrojenden üretilen amonyak, özellikle yenilenebilir kaynaklar vasıtasıyla
üretilmesiyle, karbon içermeyen bir yakıt olarak gemi operasyonları ve gaz
türbinli sistemler için üretiminden son kullanıma kadar ideal bir yakıttır. Bununla
birlikte, amonyağın yanması, yüksek tutuşma sıcaklığı, düşük alev hızı ve
yüksek NOX emisyonları gibi dezavantajlı sonuçlar doğurur.
Gemi motoru
üreticisi iki lokomotif firma olan MAN Energy ve Wärtsilä Technology, tek ve
çift yakıt kullanarak geliştirecekleri amonyak motorlarını 2024 yılında sektöre
sunmayı planlamaktadırlar. Ayrıca Japon NYK firması Ar-Ge amaçlı olarak amonyak
taşıyan bir gemisini amonyak yakıtlı bir tahrik sistemiyle donatacağını rapor
etmiştir. Ancak amonyağın yanma özelliklerinden dolayı çift yakıtlı bir tahrik
sistemi planlamıştır.
Güç üretim
sistemlerinde amonyağın yanması sonucunda su buharı ve NOX açığa
çıkmaktadır. Bu nedenle NOX oluşum modeli ve yakıt kinetiğinin iyi
bilinmesi en verimli performansa ulaşmak için gereklidir. Amonyak, benzinin
yanma hızına göre yaklaşık beşte bir oranında yavaş yanar. Amonyağın alev hızı
~6-8 cm/s iken metan (CH4) ~40 cm/s ve hidrojen (H2) ~140-150 cm/s
düzeyindedir. Bu tür yavaş yanma termal verimliliği düşürür ve motorun NOX
oluşumunun önlenebileceği fakir karışım bölgesinde çalışmasını önler. Bu
zorluğun üstesinden gelebilmek için iki farklı yöntem uygulanabilir. İlk yöntem
amonyak yakıtına alev hızını artırmak amacıyla hidrojen ve metan gibi yakıt
ilaveleri yapmaktır. İkinci yöntem ise yanmayı bir türbülans odasında başlatan
ve jet etkisi sağlayan bir pasif ön yanma odası kullanmaktır.
Motor
simülasyonları ve güç üretim sistemlerinde gerçekleşen yanmanın kimyasal
kinetik mekanizmalarının doğrulanması ve yanma modelleri için temel veri olması
bakımından yakıtların alev hızı önemlidir. Laminer alev hızı, karışım
sıcaklığına, basıncına, eşdeğerlik oranına ve inert bileşenlerin varlığına
bağlı yakıta ait temel bir özelliktir. Alev hızları, Sabit Hacimli Yanma Odası
(SHYO) “Combustion Bomb” adı verilen
deney sistemleri ve yüksek hızlı kameralar yardımıyla belirlenmektedir.
Proje kapsamında amonyak
yakıtının yanma kinetiğinin belirlenmesi amacıyla SHYO deneylerinin yapılması, amonyak/hidrojen/metan
karışım oranlarına bağlı optimum eşdeğerlik oranlarının elde edilmesi ve
laminer alev hızlarının belirlenmesi amaçlanmıştır. Amonyak alev hızının
artırılması amacıyla tasarlanan pasif ön yanma odası geometrik özelliklerinin
belirlenmesi, akış analizlerinin yapılarak tasarımın oluşturulması ve NH3/H2/CH4
karışım oranına bağlı optimizasyonu araştırılacaktır. Bu sayede yakıt
karışımları ile yavaş yanmanın üstesinden gelinebileceği ve pasif ön yanma
odası sayesinde ise ilave yakıt ihtiyacını azaltabileceği öngörülmektedir. Dolayısıyla
amonyak yakıtının laminer alev hızının artırmak amacıyla tasarlanan pasif ön
yanma odası sayesinde H2/CH4 katkı miktarları azaltılarak
yanma hızının artırılabileceği öngörülmektedir. Bulunan sonuçlar, özellikle
amonyak yakıtlı motor ve güç tahrik sistemleri için temel bir model oluşturmuş
olacaktır. Proje aynı zamanda bünyesinde karbon içermemesi sebebiyle çevreci
bir yakıt olan amonyak ve hidrojenin kullanımını teşvik etme ve dolayısıyla
yenilenebilir enerji kullanımının yaygınlaştırılmasını destekleme potansiyeline
sahiptir.