Menü
Ana Sayfa » Özel Yazılar » Hidrojenin Ek Yakıt Olarak Gemilerde Kullanılması

Hidrojenin Ek Yakıt Olarak Gemilerde Kullanılması

Hızla artan nüfus ve tükenen enerji kaynakları insanoğlunu yeni kaynak arayışına itmiştir. Yeni enerji kaynakları kullanıma sunulurken çevresel etkileri de göz ardı edilmeden daha çok verimlilik açısından değerlendirilmiştir. Bu amaçla rüzgâr enerjisi, dalga enerjisi, güneş enerjisi, jeotermal enerji gibi yenilenebilir enerji kaynaklarına büyük önem verilmiştir.

Ayrıca 1997’de imzalanan ve 2005’te yürürlüğe giren Kyoto Protokolü gereği taraf ülkeler karbondioksit ve sera etkisine neden olan diğer beş gazın salınımını azaltmaya veya bunu  yapamıyorlarsa karbon ticareti yoluyla haklarını arttırmaya söz vermişlerdir. Protokol, ülkelerin atmosfere saldıkları karbon miktarını 1990 yılındaki düzeylere düşürmelerini gerekli kılmaktadır.

Gemilerden kaynaklı kirletici emisyonları genel olarak, NOX, SOX, CO2, HC ve PM emisyonları oluşturmaktadır. Gemilerin, 2007 yılında, ulusal ve uluslararası seyri sırasında açığa çıkardığı NOX emisyon miktarı 25 milyon ton, SOX emisyon miktarı 15 milyon ton, PM emisyonları miktarı 1,8 milyon ton, CO emisyon miktarı 2,5 milyon ton ve CO2 emisyon miktarı 1.050 milyon tondur. Gemilerden salınan CO2 emisyonu dünyadaki toplam CO2 emisyonunun % 3,3‘ünü oluşturmaktadır. Orta vadeli emisyon senaryolarına bakıldığında, eğer emisyon azaltmaya yönelik kurallar olmazsa, 2050 yılındaki karbon emisyon değerleri, 2007 yılındaki emisyon değerlerinin iki veya üç katı olacaktır [1].

Türk denizciliğinin yeniliklere ne kadar açık olduğu tartışılır, fakat gemilerden kaynaklı emisyonların azaltılması ve bunun yanında yakıt tüketiminin azaltılabileceği, gemilere uygulanabilir yenilikçi fikirler geliştirilmektedir.

Hidrojen Nedir?

Hidrojen dünya üzerinde en yaygın olarak bulunan elementtir. Su parçalarının dünya yüzeyinin % 60’ından fazlasını kapladığını düşünülecek olursa bunun gerçekliği kolayca görülecektir. Ancak hidrojen doğada bağımsız olarak çok az bulunur. Bu yüzden hidrojeni elde etmek için bir takım işlemler yapmak gereklidir.

Hidrojenin havaya göre yoğunluğu 0,07’dir ve bu bakımdan cisimlerin en hafifidir. Dolayısıyla gözenekli çeperlerden diğer gazlara göre daha hızlı geçer. Aynı şekilde kızgın derecedeki demir, platin ve iridyum gibi metallerden de sızar. Hidrojen helyumdan sonra sıvılaştırılması en zor olan gazdır. Dönüşüm sıcaklığı -240 °C olan hidrojen atmosfer basıncında -253 °C’de kaynar, -259 °Cta katılaşır. Oldukça iyi bir ısı iletkenidir. Özellikle kendi hacminin bin kat fazlasını çözündürebilen paladyum gibi kimi metaller tarafından kolayca soğurulur [2].

Yakıt Olarak Hidrojen

Sıvı ve gaz olarak kullanılabilen hidrojen bu özelliğiyle göze batıyor. Gaz halindeki hidrojen, aynı hacimdeki havadan yaklaşık 14 kat daha hafiftir. İçten yanmalı motorlarda kullanılan yakıtlarla karşılaştırdığımızda, sıvı hidrojenin sıvı hidrokarbon yakıtlara göre 10 kat daha hafif, gaz halindeki hidrojenin ise metan, doğal gaz vb. gaz halindeki yakıtlardan yine 10 kat daha hafif olduğu görülmektedir.

Hidrojen, hava içerisinde % 4 ile % 75 oranları arasında bulunduğunda kolayca tutuşur. Bu özelliğiyle birlikte hidrojenin motorlarda yakıt olarak kullanımında büyük avantaj sağlar. Hidrojen-hava karışımlarını gaz yakıtlarla karşılaştırırsak daha geniş tutuşma sınırlarına sahip olduğu görülmektedir [3].

Fosil yakıtlardaki gibi karbon ve hidrokarbon ürünlerini bünyesinde bulundurmayan bir yakıttır. Hidrojenin, temiz yanma karakteristiği ve fosil yakıtlara göre daha iyi bir yanma performansı sağlaması, hidrojen üzerine yapılan çalışmaları yoğunlaştırmıştır. Hidrojenin, yanması ile ana yanma ürünü olarak su çıkmakta, bünyesinde C içeren bir yakıt olmadığından, NOX dışında; CO2, CO, HC, SOX ve organik asitler oluşmamaktadır[4].

Hidrojenin Elde Edilme Yöntemleri Nelerdir?

  • Fosil Yakıtlardan Üretilmesi
  • Suyun Elektrolizi İle Üretilmesi
    1. Alkalin Elektroliz
    2. Polimer Perde Elektrolit Elektrolizi
    3. Yüksek Isılı Elektroliz
  • Foto-elektroliz İle Üretilmesi
  • Foto-biyolojik İşlem İle Üretilmesi
  • Yüksek Isı İle Bozulma İşlemi İle Üretimi

İlgi alanımız gemiler olunca biraz araştırma yaparak konuyu bizim uygulayabileceğimiz sistemlere indirgemek istedim. Günümüz gemilerinde “taşınan yük için olabildiğince fazla alan bırakılması istendiğinden var olan makine dairesine sığabilecek ve fazla yer kaplamayacak, kurulum maliyetleri göz önüne alınarak olabildiğince ucuz sistemlerin tercih edilmesi gerekliliği düşünülecek aynı zamanda işletme maliyetlerinin de olabildiğince düşük tutulacak” gibi özelliklerle gemide uygulanabilirliği muhtemel tek sistem suyun alkalin elektrolizi ile hidrojen üretilmesidir.

Alkalin elektroliz yöntemi hidrojen üretimi için en basit sistemdir. Elektroliz işleminde doğru akım kullanılarak saf su hidrojen ve oksijene ayrıştırılır.Saf su iletken olmadığından iletkenliği sağlayacak ve reaksiyonu hızlandıracak katalizör madde olarak potasyum hidroksit veya sodyum hidroksit gibi bileşikler suda çözdürülür.

Madem Suya İletkenlik Kazandırmak İçin Tuz Ekliyoruz; Neden Deniz Suyu Kullanmıyoruz?

Alkalin elektroliz işleminde kullanılmak üzere deniz suyu üzerine de araştırmalar yapılmıştır, ancak elektrolit sıvısı içinde çözünmeyen partiküller oluşturması, bu partiküllerin zamanla elektrot yüzeylerine yapışması ve verimliliği etkilemesi, deniz suyunda bulunan NaCI bileşiğindeki CI’un, OH-‘dan daha aktif olmasından dolayı, anottaki reaksiyonda, öncelikli olarak NaCI bileşiğinin ayrıştırılmaya çalışılması daha sonra OH-‘in ayrıştırılması ve bu reaksiyon sonucu çevreye zararlı, tahriş ediciklorin gazının salınması sorun oluşturduğundan vazgeçilerek, korozif özelliği olmayan, hiçbir yan ürün içermeyen ve çevreye zararı olmayan saf su üzerinde çalışmalar yoğunlaşmıştır[5].

Gemide Nasıl Kullanabiliriz?

Hidrojenin ana yakıt olarak kullanıldığı alanlar günümüzde mevcuttur. Birçoğumuz hidrojen yakıtlı arabaların varlığından haberdarız. Çeşitli yöntemlerle depolanabilir bir yakıt olan hidrojen için dolum istasyonları oluşturulmuş ve kullanıma sunulmuştur.

Gemide tamamen hidrojen yakıtı kullanmak en azından günümüz şartlarında mümkün görünmemektedir. Ancak ek yakıt olarak kullanılabilir mi?

Evet. Aslında konu üzerinde pek de yeni olmayan birçok araştırma mevcuttur. Özellikle kara taşıtlarında yakıt tüketimini azaltmak ve salınan egzoz gazlarındaki emisyonları düşürmek için hekzan, heptan, değişik dizel çeşitleri, benzin, hidrojen peroksit, benzol peroksit, metil alkol, benzen, setan ve dietil eter gibi çeşitli maddeler kullanılmıştır. Bu maddeler silindir içerisine yakıtla birlikte püskürtülmek suretiyle ya da silindir içerisine alınan havaya karıştırılarak denemeler yapılmış; sonuç olarak en verimli yakıtın hidrojen olduğu ve hava ile karıştırılarak verilmesinin motor performansı, yakıt tüketimi ve emisyonların azalması yönünde daha etkili olduğu kanısına varılmıştır.

Gemide Uygulanmış Örneği De Mevcut

2012-2013 yılları arasında Araş. Gör. Burak Zincir tarafından yüksek lisans tez çalışması olarak gemi bünyesinde uygulanmış ve geminin bir yıl içerisinde sefer süreleri boyunca toplam yakıt tüketimi, üretilen emisyon miktarı ve maliyet analizleri yapılmıştır.

Ana makinenin toplam hacmine göre 2 adet alkalin elektroliz hücresi seçilmiş, bir tonluk saf su tankı imal edilerek gemiye montajı yapılmış, ara gaz iletim ve elektriksel bağlantılarıyla sistem tamamlanmış ve makinenin turbocharger emme tarafına bağlantısı yapılmıştır. Ayrıca iletkenlik sağlamak ve katalizör görevi yapması için potasyum hidroksit kullanılmıştır.

Geminin bir yıllık yakıt tüketimi, hidrojenli sistemle hidrojensiz sistem arasında karşılaştırma yapılarak; MDO kullanılan bu pilot gemide yıl bazında 44 ton yakıt tasarrufu sağlanmıştır. (Hidrojensiz yıllık yakıt tüketimi 354 MT, hidrojenli yıllık yakıt tüketimi 310 MT)

Ayrıca elde edilen emisyon değerleri incelendiğinde, en dikkat çekici sonuçlar CO2 emisyonundaki azalmada gözlemlenmiştir. Hidrojen kullanımının sağladığı yakıt tasarruf oranı artışına bağlı olarak COemisyonları da azalmıştır.

Potasyum hidroksit tüketimi olmadığından bu bileşiğin bir defaya mahsus olarak ikmali yeterli olmuştur. Yıllık gerekli saf su maliyeti, sistemin elektrik maliyeti, sistemin ilk kurulum maliyeti hesaplandığında elde edilen yakıt tasarrufuna bağlı olarak sistem kendisini 3,8 ayda amorti etmiş ve kâra geçmeye başlamıştır.

Bu yazı, yeni enerji kaynaklarına sektörel açıdan farkındalık oluşturmak için hazırlanmıştır. Konu hakkında yapılan çalışmalar bulunsa da egzoz emisyonların azaltılması konusunun Türk denizciliğinde pek de üzerine düşülen bir konu olmadığı aşikârdır. Azalan fosil yakıt kaynakların yerine yenilerinin bulunması ilerleyen zamanlarda daha da elzem bir konu olacaktır. İnsansız gemilerin geliştirilmeye çalışıldığı, yeni yakıt sistemlerinin denendiği, tüketimi azaltmak için türlü çalışmaların geçmiş zamandan beridir devam ettiği dünya denizciliğine sadece izleyici kalmadan, az sayıdaki çalışmaların artarak devam etmesi sektörel teknolojik yarışta geride kalmamak adına büyük öneme sahiptir.

Kaynaklar:
[1] International Maritime Organization (IMO). 2009. IMO GHG Study 2009.
[2] Geleceğin Yakıtı, Hidrojen
[3] Hidrojen Yakıtlı Motorlar
[4] Gillingham K. 2007. Hydrogen Internal  Engine Vehicles: A Prudent Intermediate Step or A Step in The Wrong Direction? Department of Management Science & Engineering Global Climate and Energy Project, Precourt Institute for Energy Efficiency, Stanford University, sf 1-28
[5] Kirk, D. W. , Ledas, A. E. 1982. Precipitate Formation During Sea Water Electrolysis. International Journal of HydrogenEnergy, Vol 7, No.12, pp.925-932
[6] Zincir, B. 2014. Hidrojen Karışımlı Yakıtların Gemilere Uygulanabilirliğinin Ve Emisyon Salınımlarına Etkilerinin İncelenmesi Yüksek Lisans Tez Çalışması

Düzenleme: Tugay Hocek
Ekleyen: Ayşe Kırıcı

YAZAR: Samet Biçen

İTÜ Denizcilik Fakültesi Gemi Makineleri İşletme Mühendisliği 2013 mezunudur. Öğrenim süresi boyunca çeşitli kulüpsel ve bireysel faaliyetlerde kurucu, yönetici ve katılımcı olarak görevler üstlenmiştir. 2013 yılında başladığı profesyonel meslek hayatına Uzakyol İkinci Mühendis olarak devam etmektedir. Mezuniyetinin akabinde dahil olduğu “e-MarEdu” grubunda “Elektronik Dergi Editörü” olarak görev almasının yanı sıra araştırmalar ve çeviriler de yapmaktadır.

Bir Cevap Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Önceki yazıyı okuyun:
Ortaköy Denizcilik Lisesi Mezunları 21 Mayıs’ta Buluşuyor

Ortaköy Denizcilik Lisesi Mezunları Derneği (ODEMED) ve Ortaköy Ziya Kalkavan Mesleki ve Teknik Anadolu Lisesi işbirliği ile her yıl geleneksel...

Kapat