........., M o, ;;. .. U) "jij ·e ., o ı article t Geleneksel güç kaynaklarında olduğu gibi yüksek araştırma çalışmaları yoktur. t Teknoloji, mevcut endüstriler için tanıdık değildir. t Henüz seri üretim, bakım, yedek parça vs. altyapısı oluşmamıştır. Yakıt hücrelerinde yakıt olarak metanol, etanol, doğal gaz, LPG ya da hidrojen kulla nılabil ir. Tüm bu yakıtlar arasında enerji verimi en yüksek olan hidrojen (H 2)'dir. Hidrojen, reaksiyon sonucu yan ürün olarak yalnızca su buharı çıkartır ve yakıt işlemcisi (fuel processor) gerektirmez. Diğer yakıtlar ise, az da olsa zehirli ya da sera etkisine yol açabilen gazlar yaymaktadır. Ayrıca bu yakıtların enerji verimi de H 2 kadar yüksek değildir ve yakıt hücresine girmeden önce yakıt işlemcide hidrojene ayrılması gerekir [2]. 3. Yakıt Hücresi Nasıl Çalışır? Yakıt hücresinin temel fonksiyonunu açıklamak için Şekil 2'deki bir PEMFC yakıt hücresi kesitini daha yakından inceleyelim. Hücrenin kalbi, protonlar ı yönlendiren perfluoroalkanesulfonic acid polymerden yapılmış katı elektrolit bir zardır. Bu zar üst üste iki tabaka (difüzyon ve reaksiyon tabakaları) ile çevrilmiştir. Sabit hidrojen ve oksijen tedariki altında, hidrojen gözenekli anottan ve difüzyon tabakasından geçerek platin katalizöre ve oradan da reaksiyon tabakasına gelir. Difüzyon akımının nedeni hidrojen-oksijen reaksiyon eğilimidir. Hidrojen, katalizör tarafı ndan desteklenen reaksiyon tabakası içinde ve 80°C'de protonlara ve elektronlara ayrılır (anodik reaksiyon). H 2 ➔2H+ + 2e· (oksidasyon, anot proses) Hidrojen iyonları polimer zarı geçerler, elektronlar ise dış devreden geçerek katoda ulaşır. Üç fazlı reaksiyon yüzeyinde hidrojen iyonları (H+) ve dış devreden gelen elektronlar (e"), gözenekli katottan geçerek gelen oksijen GC> H, Akım Anot "\ Katot Fl l m ~r------.. --u L_ _ _ _..........._....__ _ .,...-,----=-~ C Elektronlar Zar Reaksiyon Tabakası Difüzyon Tabakası L--------- Şekil 2. PEMFC yakıt lıiicresi kesitinde H 1 ve 01 'nin reaksiyonu. [3] - ----~ (0 2 ) ile saf su oluşturacak şekilde reaksiyona girerler (katodik reak-siyon). 2H+ + 1/, 0 2 + 2e· ➔ H20 (redüksiyon, katot proses) Bu reaksiyon sonucunda oluşan su, içeri gelen hava akımı ile birlikte sistem dışına atılır. Sonuç reaksiyonu şudur: H2 + 1/,02 ➔ H 20 (Sonuç reaksiyon) Burada görü ld üğü gibi yakıt hücresi elektrokimyasal bir süreç sonunda, yakıtta depolanmış kimyasal enerjiyi herhangi bir yanma olmadan doğrudan elektriğe (DC) dönüştürmektedir. (Şekil 3b) Bunun için hareketli parçalara ihtiyaç duymamaktadır. Geleneksel jeneratörlerde olduğu gibi (Şekil 3a) bir yanma evresi yoktur. Bu nedenle temiz bir çevre ve insan sağlığı açısından eşsiz bir teknoloji olarak kabul edilir [1 ]. 4. Yakıt Hücresi Sisteminin Elemanları Bir yakıt hücresi sistemi üç farklı elemandan (Şekil 4) oluşur [5]: Elektriksel Enerji ~~~I nerji -- - - - - ----- --- 4.1. Yakıt işlemci (fuel processor): Yakıt işlemcisinin görevi hazı r olan hidrokarbon yakıtı, yakıt hücresine beslenen hidrojence zengin bir gaz haline çevirmektir. Bu işlem sisteme komplekslik katar; dağıtım şebekesinin ve alt yapısının mevcudiyeti kullanılan yakıta avantaj sağlar. Hidrojen yakıtı doğrudan kullanıldığı durumda, yakıt dönüştürücüye gerek kalmaz. Yakıt işlemcide hidrokarbon yakıt, bir dizi işlemden geçerek hidrojence zengin hale getirilir. Bu işlemler şunlardır: t Sülfür giderici (desulfurizer) t Düzenleyici (reformer) t Yön d eğiştiri ci (shift converter) t CO temizleyici (CO remover) t Buhar jeneratörü (steam generator) 4.2. Güç bölümü (power section): Güç bölümü bir dizi "yakıt hücresi yığını" içerir. Yığın hücresi gerekli miktar DC gücü üretmek için birbirine seri bağlı dizilmiş elektrot plakalarından meydana gelmiştir. 4.3. Güç ayarlayıcı (power conditioner): Bir yakıt hücresi DC güç üretir. Çeşitl i elektronik cihazların çalışması için üretilen bu akım, inverter yard ı mıyla AC akıma dönüştürülür. Güç ayarlayıcı kısım aynı zamanda voltaj yükselmelerini ve harmonik sapmaları azaltma işini de görür. 5. Yakıt Hücresi Tipleri ___ ___ ~ lik = 15-20 % Gürültülü, ki_r1ı_· __ Günümüzde polimer elektrolitli yakıt hüc-resi (PEMFC), alkali yakıt hücresi (AFC), fosforik asitli yakıt hücresi (PAFO, erimiş karbonatlı yakıt hücresi (MCFC) ve katı oksitli yakıt hücresi (SOFC) tipleri kullanılmaktadır Şekil 3a. Geleneksel bir jeııeratöriin çalışma şekli [4]. co,j Yakıt işlemci Hava Elektriksel Enerji H,O Kimy\ al ,rerj_'.., / ----- Verimlilik= 30-40 % Sessiz, temiz Şekil 3b. Yakıt Jıiicresinin çalışma şekli. [4] 126 5.1. Fosforik asitli yakıt hücreleri (PAFC): PAFC diğer yakıt hücrelerine oranla en uzun gelişim periyoduna sahip olanıdır. İşletme sıcaklığı yaklaşık 200°C'dir [7]. Bu durum atık ısının kullanılması fırsatını doğurur. Böylece oluşturulacak kojenerasyon sistemiyle toplam verimlilik %80'e kadar çıkarılabilir. PAFC şehir ~
RkJQdWJsaXNoZXIy MTcyMTY=