Metandan Elektriğe Geçiş

METANDAN ELEKTRİK ÜRETEN YAKIT HÜCRELERİ:

Yakıt hücreleri genellikle hem geleneksel bataryaların/ elektrik enerjisi depolamanın yerini alabilecek bir teknoloji hem de fosil yakıtlar için çevre dostu bir alternatif olarak düşünülmektedir. Metan yakıt hücreleri, genellikle hidrojen yakıt hücresi ekonomisine geçişte kullanılacak geçiş yakıt kaynağı olarak görülmektedir. Organik maddelerin çürümesi sonucu oluşan metan gazı, biyogaz tesislerinde kullanılabilir. Biyogazın kullanımı; atıkların değerlendirilmesi ve fosil yakıtlara olan bağımlılığı azaltma açısından çevresel faydalar sunar. Ayrıca, metan gazı, daha az karbon salınımı ile temiz bir enerji kaynağı olarak kabul edilir. Böylece, hem enerji ihtiyacını karşılayabilir hem de sürdürülebilirlik hedeflerine katkı sağlar.

Yakıt Hücreleri Nedir

Çevre dostu olan yakıt hücreleri, güneş ve rüzgâr gibi yenilenebilir enerji kaynaklarının sürdürülebilirlik problemini ortadan kaldırmak için en güçlü seçenek konumundadır. Kimyasal enerjiyi yüksek verimlilikle doğrudan elektrik enerjisine çeviren elektrokimyasal sistemlerdir.

Metandan Nasıl Elektrik Üretilir

Gazın (metanın) Girişi: Yakıt hücresinde bir gaz olarak beslenen metan gazı, genellikle bir reforming işlemiyle  daha basit gazlara dönüştürülür.

Reforming İşlemi: Metan, reforming adındaki bir kimyasal işlemle hidrojene (H₂) ve karbondioksite (CO₂) dönüştürülür. Bu işlem genelde iki ana yolla gerçekleştirilir:

     1. Buşerol Reformin: Bu yolda metan su buharıyla tepkimeye girer ve karbon monoksit (CO) ve hidrojene dönüşür.

     2.Kısmi Oksidasyon: Metan, oksijenle kısmi bir tepkimeye girerek karbondioksit ve hidrojen üretir.

Hidrojenin Kullanımı: Reforming işleminden elde edilen hidrojen, yakıt hücresine beslenir. Yakıt hücresinin anodik kısmında, bu hidrojen atomları protonlar ve elektronlara ayrılır.

Elektrik Üretim Aşaması: Elektronlar, bir dış devre aracılığıyla katot kısmına doğru hareket ederken elektrik akımı oluşturur. Protonlar, elektrolit aracılığıyla katota geçer.

Kombinasyon ve Karbondioksit: Katot kısmında, protonlar, elektronlar ve oksijen bir araya gelir ve su (H₂O) oluşur. (Karbondioksit, yakıt hücresinin bir yan ürünü olarak ortaya çıkar.)

Bu süreçte metan, doğrudan yakıt hücresinde kullanılırken, reforming aşamasında hidrojen elde edilmesi gereklidir. Sonuçta, metan yakıt hücresinin verimli çalışmasını sağlamak için bir ara işlem gerektirir.

Avantajlar ve Dezavantajlar

Metan yakıt hücrelerinin avantajları arasında yüksek enerji verimliliği ve düşük emisyonlar bulunur. Ancak, metan reforming süreci sırasında karbondioksit gibi sera gazlarının salınımı olabileceğinden, çevresel etkiler de göz önünde bulundurulmalıdır.

Önerilen İki Yöntem

1: Kimyasal Kataliz

Kısaca kimyasal katalize dayalı metan yakıt hücreleri, katı seramik katalizörler veya çıkarılmış nanoparçacıklar gibi katalizörler kullanır.

2: Mikrobiyal Dönüşüm 

Kısaca mikrobiyal metan yakıt hücreleri, metanı sindirmek için mikroorganizmaları kullanarak elektrik akımı üretir.

(Kimyasal kataliz ve mikrobiyal dönüşüm hakkında ayrıntılı bilgi için bu yazıya göz atabilirsiniz.)

Uygulama Alanları 

Metandan yakıt hücreleri, çeşitli uygulama alanlarında kullanılmaktadır. Örneğin:
• Taşımacılık: Otomobiller, otobüsler ve kamyonlar için temiz enerji kaynağı olarak kullanılır. Yakıt hücreli elektrikli araçlar (FCEV) sıfır emisyon sağlar.

• Küçük Güç Sistemleri: Enerji santralleri veya ofis binaları gibi yerlerde, elektrik ve ısı üretimi için kullanılabilir.

• Yedek Güç Kaynağı: Acil durumlarda enerji sağlamak amacıyla, hastaneler ve veri merkezleri gibi kritik tesislerde yedek güç kaynağı olarak kullanılır.

• Isıtma Uygulamaları: Binaların ısıtılması için, metan kullanarak hem elektrik hem de ısı üretebilir.

• Denizcilik: Gemilerde elektrik üretimi için kullanılarak, fosil yakıtların azaltılmasına yardımcı olur.

• Endüstriyel Uygulamalar: Bazı endüstriyel süreçlerde, yüksek sıcaklık ve elektrik ihtiyacını karşılamak için kullanılabilir.

• Mobil Uygulamalar: Drone ve robotlar gibi mobil cihazlarda enerji kaynağı olarak kullanılabilir.

Çöplük Gazından Elektrik Üretimi

Ayrıca önemli uygulama alanı olan “Çöplük Gazından Elektrik Üretimi” konusuna değinmek istiyorum:

Çöplüklerde sıkışan ve atmosferin havası ile karışan bu gaz günün birinde anidaen patlayabilir. Bu patlama facia denecek sonuçları da beraberinde getirebilir. Maalesef ülkemizde de 28 Nisan 1993 günü Ümraniye – Hekimbaşı çöplüğündeki yanardağ patlaması gibi gerçekleşen be deponigazı patlaması çok sayıda vatandaşımızın ölümüne maddi ve manevi değer kaybına sebep olmuştur.

Çöplük Gazından Enerji Üretim Prosesi:

Çöp depolama alanından elde edilen gazın enerji geri kazanımı için dört ana yol mevcuttur. Bunlar;

• Direkt ısıtma,

• Elektrik üretimi,

• Boru hattı kalitesinde gaz saflaştırma

• Kimyasal besleme stok yöntemidir.

Çöplerimizden elektrik üretimi ülkemizde de yaygınlaşmakta olan belli sistemlerle karşımıza çıkmaktadır. Bu sistemde atıklar toplandıktan sonra oluşturulan atık iskelesi üzerine serilip sıkıştırılmaya başlanmaktadır. Sıkıştırılan atıkların üzeri günlük örtü malzemesi kullanılarak kapatılmakta ve atık deposu haline getirilmektedir. Atıklar, oksijensiz ortamda çürütülür ve bunun sonucunda açığa çıkan metan gazının toplanmasını, tesise ulaşmasını sağlanmak için delikli borularla taşıyıcı hatlar yapılmaktadır. Metan gazının yanması ile ortaya çıkan mekanik enerji, alternatör aracılığıyla elektrik enerjisine dönüşmektedir.

Türkiye’deki Çalışmalar:

Ülkemizde çöplük gazından enerji üreten bazı belediyeler vardır.
Örneğin:

• İstanbul Büyükşehir Belediyesi – Ağaçlı ve Yakacık atık bertaraf tesisleri.

• Ankara Büyükşehir Belediyesi – Mamak ve Elmadağ’daki tesisler.

• İzmir Büyükşehir Belediyesi – Çöp Gazı Enerji Üretim Tesisi.

• Kocaeli Büyükşehir Belediyesi – Çöp Gazı Enerji Üretim Tesisi (Kocaeli).

• Antalya Büyükşehir Belediyesi –  Atık Yönetim Tesisi (Antalya).

Bu belediyeler, atık yönetimi ve enerji üretimi konularında önemli projeler gerçekleştirmektedir.

Son Gelişmeler

Metan yakıt hücreleri hakkında son zamandaki gelişmelerden bazıları; verimlilik artışı, düşük sıcaklıklı yakıt hücreleri,  hibrit sistemler, biyometan kullanımı, enerji depolama ve otomotiv üzerinedir.

Sonuç Olarak

Kimyasal ve biyolojik olarak katalize edilen metan yakıt hücreleri, metanın elektriğe verimli bir şekilde dönüştürülmesi için bir fırsat sunar. Bu yakıt hücreleri, metanın doğrudan dönüştürülmesi yoluyla verimsizliği ortadan kaldırabilir ve çoğu geleneksel enerji santralinden daha az sera gazı emisyonu üretebilir. Konu üzerindeki çalışmalar hala devam etmektedir. 

Diğer yazılarıma ulaşmak için tıklayınız.

 

 

Yorum gönder

Kaçırıyor Olabilirsiniz