ÖZ
Günümüzde, teknolojinin oldukça hızlı bir şekilde ilerlemesiyle birlikte, enerjiye olan ihtiyaç da hızla artmaktadır. Buna karşın, yaygın enerji kaynağı olarak kullanılan fosil yakıtlar hem hızla tükenmekte, hem de çevreye zarar vermektedir. Dolayısıyla, artık temiz ve tükenmez enerji kaynakları bulunması gerekmektedir.
Gelecekte enerji ihtiyacımızı karşılayabileceği düşünülen kaynaklar arasında, hidrojen, sahip olduğu ideal bir enerji kaynağında bulunması gereken özellikler ile ön plana çıkmaktadır. Fakat hidrojenin enerji kaynağı olarak kullanılabilmesi için depolanması gerekmektedir. Enerji kaynağı olarak kullanılabilecek miktarlarda ve güvenli bir şekilde depolanabilmesi ise ancak katı fazda depolanması ile mümkündür.
Hidrojenin katı fazda depolanma yöntemlerinden bir tanesi, hidrojen atomlarının katı malzeme ile kimyasal bağlar oluşturarak hidrit yapıda depolanmasıdır. Katı fazda hidrojen depolayan bir malzemenin, pratik uygulamalarda kullanılabilmesi için, hidrojen depolama kapasitesinin ağırlıkça %5,5 olması ve çalışma sıcaklığının 85 oC’yi geçmemesi gerekmektedir (USDOE, 2009). Hidrojenin hidrit yapılarda depolanabilmesi için üzerinde çalışılan pek çok malzeme bulunmaktadır. Fakat bu malzemelerden hiç biri henüz hidrojenin enerji kaynağı olarak kullanılabilmesini sağlayacak performansa ulaşamamıştır. Son yıllarda üzerinde çalışılan ve diğerlerine oranla daha iyi depolama özelliklerine sahip olan malzemelerden bir tanesi de LiNH2/MgH2 karışımıdır. Bugüne kadar yapılan çalışmalarda kapasite olarak ağırlıkça %5,5’ten daha yüksek oranlarda hidrojen depolayan malzemeler bulunmaktadır. Fakat bu malzemelerin depoladıkları hidrojenin tamamını salabilmeleri için 300 oC üzerindeki sıcaklıklara çıkılması gerekmektedir. Buna karşılık oda sıcaklığında da hidrojen salabilen hidrit yapılar vardır. Fakat bu yapıların depolama kapasiteleri ağırlıkça %5,5’in altındadır. Buna göre ağırlıkça %5,6 depolama kapasitesine sahip olması ve depoladığı hidrojeni 200 oC civarındaki sıcaklıklarda salabilmesi nedeniyle, LiNH2/MgH2 karışımı diğer depolama malzemelerine göre daha avantajlı bir malzemedir.
Yapılan çalışma kapsamında LiNH2/MgH2 karışımına farklı katalizörler eklenerek, bu katalizörlerin, örneklerin hidrojen depolama performansı üzerindeki etikleri araştırıldı. Malzeme hazırlama tekniği olarak mekanik öğütme yöntemi kullanılmıştır. Mekanik öğütme sonrası örneklerin nitel yapı analizleri x-ışınları toz kırınımı (XRD) ve Fourier dönüşümlü kızılötesi (FTIR) spektrometresi ölçümleri ile yapıldı. Örneklerin termodinamik özelliklerinin analizleri için diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) ve termogravimetrik analiz (TGA) ölçüm sistemleri kullanıldı. Kinetik ölçümler ise hacimsel ölçüm yapan Sievert sistemi ile gerçekleştirildi. Çalışmanın ilk kısmında LiNH2/MgH2 karışımı farklı öğütme parametreleri ile öğütüldü ve öğütme işleminden sonra, öğütülen karışımın FTIR ölçümleri karşılaştırılarak ideal öğütme parametreleri belirlendi. Daha sonra, 2/1,1 sitokiyometrik oranında karıştırılan LiNH2/MgH2 karışımına katalizör olarak ağırlıkça %5 Ca(BH4)2 eklenerek öğütüldü ve aynı öğütme koşulları ile katalizörsüz olarak öğütülen karışıma göre 16 oC daha düşük sıcaklıkta hidrojen salım reaksiyonunu gerçekleştirdiği gözlendi. Bununla beraber yapılan kinetik ölçümlerde katkılı örneğin, hem 1 bar hidrojen basıncı altında ve 180 oC sıcaklıktaki hidrojen salma reaksiyonunu hem de 30 bar hidrojen basıncı altında ve 150 oC sıcaklıktaki hidrojen soğurma reaksiyonunu, katkısız örneğe göre daha hızlı gerçekleştirdiği gözlendi. Katalizör katkılı örnek reaksiyon sonunda saldığı hidrojen miktarının %90’ını reaksiyonun ilk 45 dakikasında salmıştır. Katalizörsüz örnek ise, 45 dakika içinde, reaksiyon sonunda salmış olduğu hidrojenin sadece %65’ini salabildiği gözlendi. Soğurma reaksiyonlarında ise, katalizör katkılı malzeme, reaksiyonun sonunda soğurduğu hidrojenin %90’ını 4,3 saatte soğurduğu gözlendi. Katkısız malzeme ise 4,3 saatlik sürede, reaksiyon sonunda soğurmuş olduğu hidrojenin sadece %50’sini soğurabildiği belirlendi. Hacimsel yöntemle yapılan kinetik ölçümler esnasında katalizör katkılı malzemenin 180 oC sıcaklıkta ve 1 bar hidrojen basıncı altında ağırlıkça %3,45 hidrojen saldığı belirlendi. Bu değer katkısız malzemede %3,10’da kalmıştır. Katkılı malzemenin 30 bar hidrojen basıncı altında ve 150 oC sıcaklıkta hidrojen soğurma kapasitesi ağırlıkça %2,72 olarak ölçülürken, katkısız malzemede bu değerin %1 olduğu belirlendi. LiNH2/MgH2 karışımının hidrojen depolama kapasitesi teorik olarak ağırlıkça %5,6’dır. Yapılan ölçümlerde örnekler bu seviyede hidrojen soğurumu ya da salımı gerçekleştiremedi. Fakat katkılı malzemenin hem hidrojen soğurma hem de hidrojen salma kapasitesinin katkısız malzemeden daha iyi olduğu belirlendi. Bununla beraber katkılı malzeme ardışık olarak hidrojen soğurma ve salma reaksiyonlarını tekrarladığında hidrojen soğurma ve salma kapasitesi artarken reaksiyon kinetiğinin yavaşladığı gözlendi. Yine çalışma kapsamında LiNH2/MgH2 karışımına katalizör olarak CaH2’de eklendi fakat yapılan ölçümler sonucunda malzemenin performansında önemli bir değişim gözlenmedi. Hazırlanan örneklerin hem mekanik öğütme sonrası, hem de hidrojen soğurma ve salma reaksiyonları sonrasında, FTIR ve XRD ölçümleri ile yapısal değişiklikleri incelendi. Karışımda oluşan fazların, bu malzemelerin literatürde belirtilen reaksiyon ilerleyiş mekanizmaları ile uyum içinde olduğu belirlendi.
0 yorum:
Yorum Gönder