Doğalgaz Dergisi 236. Sayı | Enerji ve Çevre 179. Sayı (Ocak-Şubat 2023)

28 DOĞALGAZ VE ENERJİ • Ocak - Şubat / 2023 MAKALE 2.000 ºC’nin üzerin ısıtarak çıkarmak hidrojen ve oksijene parçalarına ayırlmasına neden olur. Bu, doğrudan güneş enerjisinden hidrojen üretmenin ilginç ve ucuz bir yöntemi olarak kabul edilir. Ayrışma sıc3aklığını düşürmek için katalizörlerin kullanımı konusunda da araştırmalar yapılmaktadır. Bir merkezi problem, yeniden birleşmeyi önlemek için gazların yüksek sıcaklıklarda ayrılmasıdır. Bu tenolojide verimlilik faktörü belirsizdir [3,19]. Hidrojen ve Talep Küresel hidrojen talebi, gelecek binyıl (millennium) başlangıcından bu yana %50 artarak 2020’de 90 Mt H2 civarına oluaşmış durumda. Bu talebin neredeyse tamamı rafineri ve endüstriyel kullanımlardan geliyor. Her yıl, hammadde veya reaktif belirteçler bir enerji kaynağı olarak 40 Mt H2’ye yakın rafinerilerde tüketirler [4,5,7]. Sanayi sektöründe, özellikle hammadde için talep (50 Mt H2’den fazla)biraz daha yüksektir. Kimyasal üretim sektöru talebin yaklaşık 45 Mt H2’den oluşturuyor, kabaca dörtte üçü amonyak üretimine ve dörtte biri metanole yönelik üretimlerde kulanılıyor. Kalan 5 Mt H2, çelik üretimi için doğrudan indirgenmiş demir (DRI) işleminde tüketiliyor. Bu dağılım, DRI üretimine olan talepteki hafif artış dışında 2000 yılından bu yana neredeyse hiç değişmemiştir. Yeni uygulamalar için yakıt hücreli elektrikli araç (FCEV) konuşlandırmasının başladığıdan hidrojenin benimsenmesi biarz yavaşlamıştı ve pilot projelerin hidrojeni gaz şebekelerine enjekte etmeye ve onu elektrik üretimi için kullanmaya başladığı son on yılla sınırlıdır. Bu deneyimlerden elde edilen olumlu sonuçlar, bazı hidrojen teknolojilerinin ticarileşme noktasına kadar geliştirilmesini sağlamıştır. Buna paralel olarak, iklim değişikliği ile ilgili endişeler artışı ve hükümetler, endüstriler, emisyonları azaltmak için güçlü taahhütler veriyor. Bu, yeni uygulamalar için hidrojenin benimsenmesini hızlandırmış olsa da, bu alandaki talep hala çok küçük sayılabilir [7,38]. Metodoloji Doğal gazın buhar reformasyonu ile hidrojen üretiminin simülasyonu ve optimizasyonu ASPEN HYSYS V12 yazılımında yapıldı. Doğal gaz buhar reformasyonu dünyadaki hidrojenin (H2) çoğunluğunu üretmekle birlikte ürün verimi ve enerji tüketimi açısından uygun maliyetli bir yöntem olarak kabul edilir. Bu çalışmada, Aspen HYSYS V12 yazılımını kullanarak endüstriyel bir doğal gaz buhar reformasyon işleminin simülasyonunu ve optimizasyon çalışmasını sunuyoruz. Hidrojen üretim bölgesi üniteleri (reform reaktör, su gaz dönüşüm reaktörü (WGS) ve arıtma ve düşük alev hızına sahip olması nedeniyle reformlamada saf oksijen yerine hava kullanır. Bu nedenle besleme gazı, gaz santralleri için geliştirilen türbinlerde kullanılabilir[37,90]. Suyun Elektrolizi (Electrolysis of Water) Su elektrolizi, suyu hidrojen ve oksijene ayırma işlemidir. Elektrolizör, elektroliz için bir cihazdır. Su, elektrik enerjisine maruz kalır, bu da hidrojen ve oksijen ile sonuçlanır. (Bellona Report, 2002)[65]. 2H2O + enerji → 2H2 + O2 Bu, bir yakıt hücresinde olanın tam tersi bir tepkimedir. Elektrolizörleri kullandığı elektrolite göre sınıflandırmak yaygındır. İstenen kapasiteyi elde etmek için, tıpkı yakıt hücrelerinde olduğu gibi, birkaç hücre birbirine bağlanır. Bazı yaygın elektrolizörler aşağıdaki gibidir[65,37]. Fotoelektroliz (Photoelectrolysis) Fotovoltaik hücre bir katalizör ile birleşir, elektrolizör görevini yapar, hidrojen ve oksijeni doğrudan hücrenin yüzeyinden ayırır. Bu oldukça gerçekçi bir şekilde hidrojen üretmeni ticari olarak uygun bir yolu olabilir. Tanık sistemlerinin avantajı, elektrolizör maliyetini ortadan kaldırarak sistemlerin verimini artırmasıdır. Silika silikon bazlı dış mekanlarda yapılan testlerde doğal güneş ışığında %7.8 verim göstermiştir. Hücrelerin verimlilik faktörünü ve yaşam sürelerini artırmak için araştırmalar yapılmaktadır[66]. Biyokütlen Gazlaştırılması (Gasification of Biomass) Biyokütledeki hidrojen miktarı yaklaşık yüzde 6 -6.5’tir doğal gaz ile kıyaslamak istersek yaklaşık %25 denk gelmiş oluyor. Biyokütleden hidrojen üretimiyle ilgili işlemler, fosil yakıtlardan elde edilen ürünlerdeki işlemlere benzer. Yüksek sıcaklıklarda, biyokütle bir gaza dönüşür. Gaz esas olarak H2, CO ve CH4’dan oluşur. Daha sonra CH4’nı H2 ve CO’e dönüştürmek için buhar kulanılır. Ve CO daha yüksek kaliteli bir hidrojen elde etmek için kaydırma işlem rektörü kulanılır[67]. Suyun Termal Ayrışması (Thermal Decomposition of Water) California’daki 10 MW’lık bir enerji santrali olan Solar gibi merkezi bir kolektöre sahip bir termik güneş enerjisi santralinde, sıcaklıklar 3.000ºC’nin üzerine çıkabilir. Suyu i) ii) ii) Alkaline Elektrolizörleri Polimer Elektrolit Membran (PEM) Elektrolizörleri Buhar Elektrolizörleri