Hidrojen yakıtı , tamamen yenilenebilir bir enerji sisteminde baskın enerji taşıyıcısı olabilir, onunla faydalı işler üretmek için bir hidrojen motoru gereklidir. Hidrojen motorlarının geliştirilmesi iki ana türü kapsar: hidrojen yakıt hücreleri ve hidrojen içten yanmalı motorlar (ICE’ler). Her iki yaklaşım da hidrojenin temiz enerji potansiyelinden yararlanmayı amaçlıyor, ancak temelde farklı ilkeler ve teknolojiler üzerinde çalışıyorlar. Her ikisi de yenilenebilir bir yakıtla çalıştıkları ve çevre dostu emisyonlar ürettikleri ortak mülkiyeti paylaşıyor.
Hidrojen yakıt hücreli motor #
Hidrojen yakıt hücresi hücreleri, hidrojen gazını elektrokimyasal bir işlemle elektriğe dönüştürür. Bu teknoloji, yüksek verimliliği nedeniyle hidrojenle çalışan taşımacılığın ön saflarında yer almaktadır. En çok kullanılan yakıt hücresi türü, örneğin Hyundai Motor Company tarafından üretilen Proton Değişim Membranı (PEM) yakıt hücreleridir. Katı bir polimer elektrolit kullanırlar. Hidrojen gazı anotta protonlara ve elektronlara ayrılır. Protonlar zardan katoda geçerken, elektronlar harici bir devreden geçerek elektrik üretir. Katotta protonlar, elektronlar ve oksijen birleşerek su ve ısı oluşturur. Gerçekleşen tepkiler şunlardır:
Anot: H2 → 2H + + 2e –
Kathode: 2H++2e−+0.5O2 → H2O + ısı
Teknolojinin önemli bir avantajı, yüksek verimliliğidir: yakıt hücreleri, kimyasal enerjiyi doğrudan elektrik enerjisine dönüştürür ve genellikle içten yanmalı motorlarınkini aşan verimliliklere sahiptir. Tek yan ürünler su buharı ve ısıdır, bu nedenle tüm emisyonlar çevreye zararsızdır ve her zamankinden daha önemli olan “sıfır emisyon” etiketi açıkça uygulanabilir. Son olarak, teknoloji küçükten büyüğe ölçeklenebilir ve bu nedenle tüm uygulamalar için uygundur. 3 mm kadar küçük bazı yakıt hücreleri halka sunuldu. Günümüzde, artan kullanımı hala engelleyen zorluklar, yakıt hücresi malzemelerinin, özellikle de platin katalizörlerin yüksek maliyetleridir.
Hidrojen içten yanmalı motor (ICE’ler) #
Hidrojen içten yanmalı motorlar (ICE’ler), hidrojeni yakıt olarak kullanmaya yönelik başka bir yaklaşımı temsil eder. Yakıt hücrelerinin aksine, hidrojen ICE’leri hidrojeni geleneksel benzinli, dizel veya gaz motorlarına benzer bir şekilde yakar. Yanma işlemi sırasında, hidrojen motorun yanma odasına enjekte edilir, burada hava ile karışır ve bir buji ile ateşlenir. Hidrojenin yanması, motorun pistonlarını genişleten ve tahrik eden, mekanik güç üreten yüksek sıcaklıkta gazlar üretir. Basit bir ifadeyle, devam eden reaksiyon şudur:
2H2 + O2 → 2H2O + Enerji
Bu teknolojinin önemli bir avantajı, içten yanmalı motorlarla ilgili mevcut bilgi ve teknolojinin yeniden kullanılabilmesidir. Ayrıca, yaklaşım yüksek bir güç çıkışı ve yüksek bir güç yoğunluğu sağlar. Tamamen emisyonsuz olmasa da, hidrojen yanması esas olarak su buharı yayar ve geleneksel yakıtlara kıyasla önemli ölçüde daha düşük NOx seviyeleri vardır.
Temel zorluklar, aynı miktarda kullanılabilir enerji için daha fazla hidrojenin gerekli olduğu anlamına geldiğinden, genel sistem tasarımına ekstra zorluklar getiren azaltılmış emisyondur.
Tarihsel ve güncel gelişmeler #
Hidrojeni motorlarda kullanma fikri bir asırdan daha eskiye dayanıyor. François Isaac de Rivaz , 1806’da hidrojenle çalışan ilk içten yanmalı motoru yaptı. Bununla birlikte, 20. yüzyıla kadar hem yakıt hücrelerinde hem de hidrojen ICE’lerinde önemli ilerlemeler kaydedilmedi. 1960’larda ve 1970’lerde, NASA’nın Apollo programı, uzay aracı gücü için hidrojen yakıt hücrelerini kullandı ve güvenilirliklerini ve verimliliklerini gösterdi. Daha sonra Toyota, Honda ve Hyundai gibi otomotiv üreticileri, Toyota Mirai ve Hyundai Nexo gibi hidrojen yakıt hücreli araçlar (FCV’ler) geliştirdiler. Aynı zamanda, BMW gibi şirketler, hidrojenin yakıt olarak çok yönlülüğünü vurgulayarak hidrojen ICE’leri ile deneyler yaptılar.
Hidrojen motorunun geleceği #
Hem yakıt hücrelerini hem de içten yanmalı motorları kapsayan hidrojen motorları, sürdürülebilir ulaşıma yönelik umut verici yollar sunuyor. Hidrojen yakıt hücreleri, yüksek verimlilikleri ve sıfır emisyonları ile sorumluluğu üstlenirken, hidrojen ICE’ler mevcut motor teknolojisinden yararlanarak daha hızlı bir uygulama sağlar. Her iki tür de maliyet, altyapı ve verimlilik açısından zorluklarla karşı karşıyadır, ancak devam eden sanayileşme, hidrojenin temiz enerjinin geleceğindeki rolünün önünü açmaya devam etmektedir.
