Teknoloji Forumu

Yakıt Hücresi Teknolojisi ve Hidrojenle Çalışan Motorlar

Yakıt hücresi teknolojisi ile otomobiller daha çevreci hale geliyor. Günümüz modern otomobillerine güç sağlayan dizel ve benzin akaryakıtları fiyat bakımından oldukça cep yakıcı ve çevreye bir hayli zararlı. Bu sebeplerden dolayı ve teknolojik imkanların gelişmesiyle insanlar yeni tip motor arayışına yöneldiler. Bu arayışın sonunda da üreticiler elektrikle çalışan arabaları üretmeye başladılar. Özellikle Honda, Toyota, Nissan gibi Japon menşeili araba üreticileri benzinle çalışan motorla beraber arabalara elektrik motoru da eklediler. Böylece düşük hızlarda seyir halinde veya sıkışık trafiklerde dur kalk halinde elektrik motoru devreye girmekte ve çok az miktara emisyon sağlanmaktadır. Elektrik motorunun çalışması için gereken enerji, frenleme anında veya benzin motoru çalışırken akülere şarj edilmektedir. Bundan dolayı sadece elektrikli motorlu araçlarda olan şarj edilme gereksinimi hibrit araçlarda görülmez.

Tamamen elektrikle çalışan araçlarda ise motoru çalıştırmak için yakıtın yanmasına gerek duymak yerine gerekli enerjiyi motor ve bataryadan aldığı elektrikle sağlar. Bu tip motorlu arabaların gidebileceği menzili, aracın şasisine yerleştirilmiş bataryaların kapasitesine göre değişkenlik gösterir. Mil ve akstan oluşan sisteme elektriğin iletilmesiyle manyetik alan oluşur ve böylece oluşan hareket enerjisi ile araç hareket eder. Zararlı gazların emisyonu açısından en zararsız motorlar elektrikli motorlardır. Fakat menzilleri içten yanmalı motorlara göre kısa mesafelidir ve ülkemizdeki çoğu akaryakıt istasyonlarında henüz şarj ünitesi yoktur. Bu nedenle yakıt hücresi teknolojisi ile bataryalardan ziyade hidrojenden elektrik üreterek bataryalara alternatif bir çözüm üretilmiştir. Bu yazımızda yakıt hücresi teknolojisine, hidrojenli araçların nasıl çalıştığına ve elektrikli araçlara göre artılarına ve eksilerine değineceğiz.

Yakıt Hücresi Nedir?

Yakıt hücresi veya diğer adıyla yakıt pilleri, hidrojenin tıpkı içten yanmalı motorlarda olduğu gibi, yakıt olarak kullanılır. Kimyasal enerjinin hareket enerjisine çevrildiği bu sistemde hidrojenin yanma ürünleri yalnızca su buharı ve sudur. Yakıt hücresi teknolojisi ile hidrojen salan herhangi bir kaynakla veya doğrudan motora verilen hidrojenle gerekli olan enerji elde edilir. Hidrojen (H2) yakıt olarak kullanılır ve bu süreç sonunda fazladan su açığa çıkmaktadır. Hava kirliliğine ve sera gazlarının artmasına yol açan karbon ve türevleri zararlı gazlar üretmediğinden oldukça çevre dostu bir teknolojidir.

Tarihçesi

Yakıt hücresi teknolojisine yönelik ilk çalışmalar 19. yüzyılda William Nicholson ve Anthony Carlisle tarafından İngiltere’de yapılmıştır. Bu çalışmalarda su molekülünde bulunan oksijen ve hidrojeni elektrik akımı yardımıyla ayrıştırma işlemi gerçekleştirilmiştir. Daha sonra yakıt hücresi alanında yapılan çeşitli araştırma ve geliştirme çalışmalarında bir hayli mesafe kat edilmiştir. Günümüz teknolojik imkanlarıyla, hidrojen yakıtı ile çalışan çeşitli varyasyonlarda yakıt hücreleri ihtiva eden modüler yapıya sahip güç kaynakları üretilmiştir. Fosil yakıtların kullanım oranının artarak ilerlemesi durumunda petrole 30-40 yıl, doğalgaza ise yaklaşık 100 yıl ömür biçilmektedir. Bu gibi karbon temelli enerji kaynaklarının ömrünün yakın olduğu düşünülürse orta veya uzun vadede hidrojen bazlı enerji üretimine geçiş zorunlu hale gelebilir.

Yakıt hücresi teknolojisinin tarihçesi

Nasıl Çalışır?

Yukarıda yakıt hücresini tanımlarken motorun hidrojenle çalıştığından söz etmiştik. Burada çoğu kişinin aklına tıpkı benzin veya dizel motorlarda mevcut olan sistemin var olduğu gelecektir. Fakat hidrojenli motorlar tamamen elektrikli otomobillerdir ve bütün gücü elektrikten üretirler. Hidrojenin görevi bu sistemde tıpkı bir batarya işlevi görmektir yani elektrik üretmeye yarar. Herhangi bir istasyona gidip arabanıza hidrojen dolduruyorsunuz fakat bu direkt akaryakıt işlevi görmüyor, sadece elektrik motorunu çalıştırmaya yarıyor. Bu süreç de yakıt hücresi teknolojisiyle gerçekleşiyor.

Yakıt hücresinin yapısında bir platin tabaka yer alıyor ve hidrojen bu platin tabakaya iletiliyor. Buraya gönderilen hidrojen molekül formundan iki adet hidrojene ayrılıyor. Bu işlem sonucunda boşa çıkan elektronlar da elektrik üretimi için kullanılıyor ve elektrik motoruna gönderilip kinetik enerjiye çevriliyor. Yakıt hücresinin orta kısmında ise filtre ismini vereceğimiz bir parça yer alıyor. Bu filtre ile sadece pozitif yüklü elementler ayrılıyor ve önceki aşamada elektronlarından ayrılan hidrojen atomları pozitif yüklendiği için bu zardan geçebiliyor. Bu filtreden geçen hidrojenler yakıt hücresinin karşı tarafına aktarılıyor. Karşı tarafa geçtikten sonra havanın içinde yer alan oksijenle birleşerek suya dönüşüyor. Bu süreç sonunda hem elektrik üretiliyor ve fazladan ürün olarak su açığa çıkıyor. Yani otomobiller egzozlarından zararlı gazları değil de su çıkarıyorlar.

Bataryalı Elektrikli Otomobillere Göre Avantajları/Dezavantajları

Kullanıcı açısından standart bir bataryalı elektrikli otomobili kullandıktan sonra şarj için yaklaşık 6-7 saat beklemeniz gerekir. Hidrojenle çalışan otomobillerde ise istasyonlara giderek kısa bir süre içinde hidrojen deposunu doldurabiliyorsunuz. Şu an halihazırda piyasada Toyota markasının Mirai modeli mevcut ve Toyota’nın iddia ettiğine göre deposu yaklaşık 3-4 dakikada dolmakta. Üstelik bu deponun kapladığı yer elektrikli otomobillerin batarya hacimlerine kıyasla oldukça düşük.

Yakıt hücresi teknolojisiyle arabalar hidrojenle çalışabilecek

Dezavantajına bakacak olursak hidrojen, LPG gibi likit hale getirilip depolanamıyor. Hidrojenin sıvı hale geçmesi için gerekli olan sıcaklık da -252 derece olduğu için bu durum pek de mümkün gözükmüyor. Bundan dolayı hidrojen sıkıştırılarak gaz halinde depolanıyor. Eğer sıvılaştırılması mümkün olsaydı aynı tip depoya konulan hidrojenle arabalar çok daha uzun menzillere seyahat edebilecekti.

Özetlemek gerekirse yakıt hücresi teknolojisi sayesinde hidrojenle çalışan arabalar rakiplerine göre oldukça avantajlı. Elbette kendince dezavantajları olsa da hidrojen deposunun büyüklüğünü artırıp arabanın konforundan biraz feragat edilebilir. Sadece arabayla sınırlandırmazsak, iş makinesi ve kamyonet gibi büyük, orta hacimli araçlarda da kullanılabilmesi gayet mümkün.

Teknoloji'den geri kalmamak için e-posta listemize abone olun!

Okumayı ve eleştirmeyi sever. Motorsporlarının sıkı takipçisi. Petrolhead.


Yorum yapın