Akademik Veri Yönetim Sistemi
Çelik C., Kibar M. E., Akay R. G. (Yürütücü)
TÜBİTAK Projesi, 2019 - 2022
Önerilen projenin temel amacı “hidrojen değer zinciri”nde çok önemli bir rolü olacağına inanılan, hidrojen için ihtiyaca göre hem sıkıştırma hem de
saflaştırma yapabilme özelliğine sahip elektrokimyasal bir sistemin temel
teknolojik bileşenleriyle birlikte geliştirilmesi ve modellenmesidir. Bu amaç
doğrultusunda belirlenen temel hedefler ve detaylar bir sonraki “amaç ve
hedefler” bölümünde verilmiştir. Projeyi gerçekleştirmek için her alt projedeki
amaç ve hedefleri gerçekleştirebilecek ve ilgili alanda tecrübeli; özellikle
yakıt pilleri ve hidrojen teknolojileri alanlarında geniş bilgi ve tecrübesi olan
Kocaeli Üniversitesi, Erzurum Atatürk Üniversitesi, Samsun Ondokuz Mayıs
Üniversitesi ve özel sektörden yürütücü (alt projeler) ve araştırmacılardan
oluşan deneyimli bir ekip bir araya gelmiştir.
Çağrı metninde de belirtildiği gibi
kimya endüstrisinde konvansiyonel olarak zaten önemli bir yere sahip olan
hidrojen son yıllarda yakıt pili teknolojilerinin de gelişmesi; enerji ve
ulaşım alanında ticari uygulamalarının da hızla yaygınlaşması ile çok daha
büyük önem kazanmıştır. Hidrojenin enerji taşıyıcısı olduğu sistemler 2050 yılına kadar küresel ısınmada sıcaklık artışının iki
derece altında tutulması için enerji kaynaklı CO2 salımının %60
düşürülmesi hedefine katkı sağlayacak temel teknolojiler olarak görülmektedir.
Bu zincirde ise (çağrı alt başlığı olan “hidrojen değer zinciri”nde olduğu
gibi) hidrojenin üretimi, saflaştırılması, depolanması süreçlerinde kullanılan
teknolojilerin geliştirilmesi çok önemlidir. Hidrojen halen endüstriyel olarak
büyük ölçüde fosil yakıtlardan buhar reformlama/su-gaz değişim reaksiyonu ya da
biyokütle/kömür gazlaştırma gibi yöntemlerle elde edilmektedir. Buradan elde edilen
hidrojen karışımlarının saflaştırılması ve bir çok uygulama için sıkıştırılması
gerekmektedir. Yine son yıllarda kömürün doğrudan yakılması yerine
gazlaştırılması ve karbonun ayrıştırılması teknolojileri de karbon salınımının
azaltılması ve kömür kaynaklarının verimli ve daha temiz bir şekilde
değerlendirilmesi açısından önem kazanmıştır. Ülkemizdeki kalorifik değeri
düşük kömürün de gazlaştırma ile değerlendirilmesi bu nedenle öncelikli
alanlarımızdan biridir. Şayet CO2/H2 ayırımı bir diğer
deyişle hidrojen saflaştırmayı verimli bir şekilde gerçekleştiren bir sistem
geliştirilebilirse, bu hidrojen endüstrideki pek çok uygulama alanında ve yakıt
pillerinde kullanılabilir. “Hidrojen değer zinciri” başlığıyla açılan bu 1003
çağrısında da zaten hidrojenin üretimi, saflaştırılması, depolanması, yani
değer zincirine katkı yapacak tüm teknolojiler bu konu ile doğrudan
ilişkilidir. Hidrojenin özellikle depolanmasında ve örneğin yakıt pillerinde
yakıt olarak kullanılması için basınçlandırmanın da önemi büyüktür. Bugün
kullanılan konvansiyonel kompresör sistemleri yüksek maliyet getirmekte, oynar
parçalardan dolayı bakım onarım maliyetleri de yüksek olmakta (düzenli bakım
için özellikle sürekli çalışan sistemlerde yedekli kullanılması gerekmekte) ve
yağlayıcılarla hidrojenin kontamine olma riskini barındırmaktadır. Tüm bu
dezavantajlar araştırmacıları ve endüstriyi alternatif teknolojilere yönlendirmiştir.
Bunlardan bugün özellikle ABD ve Avrupa’da en çok öne çıkan ve
diğerlerine göre çok yeni olmasına rağmen başarılı
demonstrasyonları sebebiyle “Elektrokimyasal Hidrojen Kompresörü” (EHK) dır.
EHK teknolojisi Amerikan Enerji Bakanlığı (DOE) tarafından “Development of
Highly Efficient Solid-State Electrochemical Hydrogen Compressor” başlığıyla
2006 yılında bağımsız bir kontraktöre verilmiştir. Teknolojinin
konvansiyonel hidrojen kompresörlerine göre çok daha büyük bir potansiyeli
olduğu görüldüğünden o tarihlerden beri bu teknoloji ile ilgili çalışmalara
proje destekleri verilmektedir. 2009 yılından
beri, her sene yayınlanan yakıt pili ve hidrojen teknolojileri ile ilgili
yıllık gelişme raporlarında onlarca alt başlık arasında her sene kendisine yer
bulmaktadır. Ne yazık ki bu güncel teknoloji konusunda da yakıt pillerinde
olduğu gibi ülkemizde yeterince çalışma, altyapı, veri ve yetişmiş insan gücü
bulunmamaktadır. Literatür ve proje veritabanları aramalarımızda sadece EHK ile
ilgili bir Sanayi Bakanlığı SANTEZ projesi ve ilgili bir yüksek lisans tezine
ulaşılabilmiştir. Bu proje 4 yıl önce EHK ile ilgili önerdiğimiz şimdikine
benzer proje önerimizin red gerekçelerinden biri olarak da (daha önce yapılmış
olduğu gibi bir gerekçeyle) sunulmuştur. Sadece sıkıştırma kısmı ile ilgili bu
proje ile ilgili yüksek lisans tezi (Elektrokimyasal Hidrojen Kompresör Yığını
Geliştirilmesi ve Karakterizasyonu, Niğde Üniversitesi, 2014) incelendiğinde
değerli bilgiler elde edilmesine rağmen bunun bir makine mühendisliği yüksek
lisans tezi olduğu, elektrokimya ve kimyasıyla ilgili bir teknolojik bilgi
üretilmediği, teknolojinin kalbini oluşturan membran elektrot grubunun (MEG)
geliştirilmediği ya da üretilmediği gibi içeriğinin ya da nereden temin
edildiğinin ve spesifikasyonlarının da bulunmadığı görülmüştür. Bu gibi ileri
teknoloji ürünlerinin geliştirilebilmesi için bilindiği gibi gelişmiş ülkeler
on yıllarca farklı projelerle hem akademide hem endüstride araştırmalar
yapmaktadır. Bu gibi teknolojilerin (özellikle bahse konu elektrokimyasal
temelli teknolojilerin) olgunlaşabilmesi için yeterli bilgi birikimi, tecrübe,
çalışma, kaynak ve yetişmiş insan gücü gerekmektedir. Özellikle PDMYP tipi
yakıt pillerinde gelişmiş ülkelerde gelinen nokta, bu yakıt pilleriyle tamamen
ticari olarak piyasaya çıkan otomobiller bunun en güzel örneğidir.
Bu
projede önerilen hidrojen saflaştırma ve sıkıştırma sistemi ile ilgili
ulaşabildiğimiz kaynaklara göre ülkemizde kapsamlı bir çalışma yürütülmemiştir.
Dünyada ise özellikle konvansiyonel hidrojen kompresörlerine alternatif olarak
EHK teknolojisi yıllardır
ivmelenerek artan biçimde çalışılmaya devam etmektedir. Bu sebeple önerilen proje
kapsamında temel bilgi ve teknolojisinin, temel bileşenlerinin ve sistemin
mümkün olduğunca ulusal kaynaklar kullanılarak geliştirilmesi ve üretilmesi ile
oluşturulması amaçlanmaktadır. Bu projede
geliştirilecek tüm bileşenler özgün değere sahip olacaktır. Sistemin
saflaştırma ve sıkıştırma özelliklerinin paralel olarak incelenecek ve
geliştirilecek olmasının ve sistemin hidrojeni ihtiyaca göre basınçlandırması
ve/veya H2/CO2 ayrıştırması yapabilmesi ile de dünyada da
özgün bir değeri olacağı düşünülmektedir. Başvuru yapılan ilgili 1003 “Hidrojen
değer zinciri” çağrısındaki “Hidrojen üretimi için elektroliz, reformlama
(biyokütle, sıvı veya gaz yakıtlardan), gazlaştırma, kimyasal (fotokimyasal,
fotoelektrokimyasal, termokimyasal ve biyokimyasal) ve diğer yenilikçi
yöntemler ile ulusal kaynakların kullanıldığı, düşük maliyetli, yüksek verimli
hidrojen üretimi için yeni yöntem, yeni malzeme ve/veya yeni sistemlerin geliştirilmesine
yönelik deneysel veya modelleme ile destekli deneysel çalışmaları içeren
projeler” ile “Hidrojenin saflaştırılması, depolanması ve dağıtımı için
hidrojenin çeşitli gaz karışımlarından yüksek saflıklarda ayrıştırılmasına
yönelik malzeme ve teknolojilerin geliştirilmesi, hidrojenin sıkıştırılması
için düşük maliyetli, uzun ömürlü malzeme ve kompresör sistemlerinin
geliştirilmesi” konularıyla doğrudan ilişkilidir ve bu alanlarda hem malzeme
geliştirilmesi hem de sistem tasarımı ve modellenmesi konularında üretilecek
bilgi, sentezlenecek malzemeler ve sistemin en verimli çalışması için elde
edilecek optimum çalışma koşulları ile farklı yönlerden katkı sağlayacaktır.