Hidrojen Gazı İle Elektirik Üretmek

Hidroliz İle Elde Edilen Hidrojen Oksijen Gazlarını

 Motor Yardımı İle Elektirik Elde Etme

            Amaç hidrojeni yakıt olarak kullanarak, elektirik olamayan yerlerde elektirigi jenaratör ile depolayarak bir ev ihtiyacını karşılamak.

            Suyun elektrolizi ile hidrojen elde edip depolamadan kullanmak çünkü hidrojen depolamak bir hayli zor. Elektroliz ile elde edilen hidrojen ile oksijeni içten yanmalı motorun içerisinde depolamadan yakarak elde ettiğimiz mekanik enerji ile bir yada daha fazla altarnatörü harekete geçirerek elektirik elde etmemiz. Bu elektrik enerjisini depolamak veya kullanmak.

            Bunun için gerekli araştırma soruları;

n  Nasıl surekli olarak yeterli hidrojen ve oksijeni motora göndeririz?

n  Ne kadar göndermeliyiz?hava/yakıt oranı?

n  Motorun sıkıştırma oranıı ateşleme zamanı nasıl olmalı?

n  Üretmek için ne kadar enerji harcarız?

n  Nasıl bir motor kullanmalıyız?

n  Motordan ne kadar güç elde ederiz?

n  Elde edilen mekanik enerjiyle ne kadar elektirik enerjisi elde ederiz?

n  Harcanan enerjiden daha fazla enerji elde edebilirmiyiz?

                       

HİDROJENİN ÖZELLİKLERİNDEN, NASIL ELDE EDİLDİĞİNDEN, YAPILAN DENEYLERDE NELERLE KARŞILAŞILDIĞINDAN, NE YAPMAK İSTEDİĞİMİZDEN BUNLARA BAĞLI ARAŞTIRMA İLE SONUCA DOĞRU GİDELİM

HİDROJEN YAKITININ ÖZELLİKLERİ

Hidrojenin motorlarda yakıt olarak kullanımında avantaj sağlayacak en önemli özelliklerden bir diğeri tutuşma sınırlarının çok geniş yakıt karışım oranlarına uzanmasıdır.

Hidrojen, hava içerisinde %4 ile %75 oranları arasında bulunduğunda tutuşabilmektedir. Benzin-hava karışımlarında, hava fazlalık katsayısının 0.3-1.7 değerleri arasında tutuşma sağlanabilmekte iken, hidrojen-hava karışımları için bu sınır 0.14-4.35 değerlerine ulaşmaktadır. Hidrojen-hava karışımları, gaz yakıtlara göre de daha geniş tutuşma sınırlarına sahiptir.

Hidrojenin alt ısıl değeri de öteki mevcut motor yakıtlarından daha yüksektir (hidrojen için 119.93 kj/g, benzin için 43.4 kj/g). Ancak hacimsel olarak ele alındığında hidrojenin alt ısıl değeri diğer yakıtlara göre daha azdır (hidrojen için 8.41 Mj/litre, benzin için 31.8Mj/litre, metanol için 15.9Mj/litre, metan için 20.8 Mj/litre). Hidrojenin adyabatik alev sıcaklığı ise benzinle aynı mertebelerdedir (Hidrojen 2318 K, Benzin 2470 K)

Hidrojenin ElektrolizYöntemi ile Üretimi

Burada yalnız suyun ayrışmasına karşılık, su iyi bir iletken olmadığı için elektrolit'in içine iletkenliği artırıcı olarak genelde potasyum hidro-oksit gibi

bir madde eklenir.

Suyun elektrolizi için, normal basınç ve sıcaklıkta, ideal olarak 1.23 volt yeterlidir. Tepkimenin yavaş olması ve başka nedenlerle, elektroliz işleminde daha yüksek gerilimlerde kullanılır. Hidrojen üretim hızı, gerçek akım şiddeti ile orantılı olduğundan, ekonomik nedenlerle yüksek akım yoğunlukları yeğlenmektedir. Bundan dolayı pratikte suyun ayrıştırılması için hücre başına uygulanan gerilim genelde 2 volt dolayındadır. Kuramsal olarak, her metreküp oksijen için 2.8kW-saat elektrik enerjisi yeterli olmakla birlikte, yukarıda özetlenen nedenlerle pratikte kullanılan elektrik enerjisi miktarı bir metreküp hidrojen üretimi için 3.9-4.6 kW-saat arasında değişmektedir. Buna göre elektroliz işleminin verimi %70 dolayında olmaktadır. Ancak, son yıllarda bu alanda yapılan çalışmalar ve gelişen teknoloji sayesinde %90 verim elde edilmiştir. Pratikte kullanılan elektroliz hücrelerinde, nikel kaplı çelik elektrotlar kullanılmaktadır.

YAKIT OLARAK İÇTEN YANMALI MOTORLARDA HİDROJEN KULLANILMASI

Hidrojenin içten yanmalı motorlarda yakıt olarak kullanılması konusunda birçok çalışma yapılmaktadır. Fakat bu çalışmalarda benzine göre tasarlanmış olan motorlar kullanılmaktadır ve bu motorlar hidrojen kullanımına imkan sağlayacak şekilde modifiye edilmişlerdir. Hidrojenin içten yanmalı motorlarda kullanılmasına ilişkin yapılan ilk incelemelerde aşağıdaki sonuçlar elde edilmiştir.

• Bazı küçük değişikliklerle benzin motorları hidrojen ile çalışır duruma getirilebilirler. Isıl verimleri benzin motorununkine yakındır.

• Stokiyometrik çalışma şartlarında hidrojen motorunda yüksek miktardaNO oluşur. Fakat silindirlere gönderilen karışım fakirleştirilerekNO oluşumu azaltılabilir.

• Benzin motorundan hidrojen motoruna çevrilmiş motorda, stokiyometrik hidrojen-hava karışımında %20 güç kaybı meydana gelir.

• Karbüratörlü motorlarda emme manifoldundaki alev tepmesi önemli bir problemdir.

Sıkıştırma oranının arttırılması ve fakir karışım ile hidrojen motorunun ısıl  veriminde, benzinli motora göre %25'lik bir artış sağlanabilir. Fakir karışım ile alev tepmesi önemli miktarda azaltılır.

 Akaryakıt motorlarında görülen buhar tıkacı, soğuk yüzeylerde yoğuşma, yeterince buharlaşmama gibi sorunlar hidrojen motorlarında yoktur.

 Hidrojen motorları 20,13 K' de (253C) ilk harekete geçerken bile sorun çıkarmaz

Tutuşma enerjisinin düşük olması ilk hareket kolaylığı sağlar. Hidrojenin içerisinde karbon bulunmamasından dolayı, egzoz emisyonları fosil yakıt kullanılan motorlara göre daha iyidir.

Hidrojenin içten yanmalı motorlarda kullanılabilmesi için geri tutuşma, erken ateşleme çözülmesi gereklidir.

HİDROJENİN YAKIT OLARAK KULLANILMASI SONUCUNDA SKIYOMETRİK DEĞERİNİN HESAPLAMASI

Skiyometri değerine göre, su molekülü; hidrojen ve oksijenden oluşur.

2H2O2 =2H2O

Tam yanma sonucu hidrojen mol değeri =2 Mol

Tam yanma sonucu oksijen mol değeri =1 Mol

Hava ile motor içerisine giren azot hesabın içerisine dahil edersek;

Hava içerisindeki N2 =O2 mol x (%79 N2 / %21 O2 hava oranı)

=1 mol O2 X (%79,1 N2 / %20,9 O2 hava oranı)

=3,762 mol N2

Havanın mol sayısı = O2 mol + N2 mol

=1+3,762

=4,762 mol hava

O2 birim ağırlığı =1 mol O2 X 32g/mol

=32 gr

N2 birim ağırlığı =3,762 mol N2 X 28 gr/mol

=105,33 gr

Havanın birim ağırlığı =O2 ağırlığı + N ağırlığı

=32gr + 105,33 gr

=137,33 gr

H2 ağırlığı = 2 mol H2 X 2 gr/mol

=4 gr

Hidrojen ve hava için stokiyometrik hava / yakıt (A / F) oranı;

Bu duruma göre Hava /Yakıt =Hava yakıt kütlesi

=137,33 gr/4 gr

=34,33 : 1

Yani yukardaki sonuç şu demektir: yakıtın en verimli yakılma şekli, silindir içerisine 1 gr hidrojen ile 34,33 gr hava verilmesi olarak kabaca özetlenir. 

(Aynı işlemeler benzin için yapılırsa benzinin skiyometri değeri de

=14,7:1 olarak çıkacaktır.)

ELEKTROLİZ SİSTEMİ ÇALIŞMA PRENSİBİ

         Yakıt tasarrufu olarak satılan veya kolaylıkla yapılabilecek bir sistem. 316L  paslanmaz çelik plakaların bir biri ile teması olmadan sıralanıp aralarından suyun geçmesi sağlanır. Plakaların sayısı kullanılacak volt ve amper ile ilişkili olarak belirlenir. Aküden alınan + - uçları plakalara dağıtılır – uç bağlanan plakalara hidrojen, + yükler ise oksijeni çekerek H2O  olan suyu 2H 1O olarak ayrılır. 2H 1O olduğu için – plakalar daha fazla olmalıdır. Su iletken olmadığı için en ideal potasyum hidro-oksit  bir miktar suya karıştırılır iletkenlik artar elektroliz esnasında potasyum tepkimeye girmez ve miktarı sabit kalır su plakaların aralarından geçerken HHO ayrılır ve ayrı bir depodan çıkan HHO gazları kullanılmak üzere başka bir yere taşınabilir. Su azalacaktır fakat 3 litre hidrojen üretim yapan yakıt tasarrufu sistemi olarak kullanılırken aracın 500km yol gitmesinden sonra 1 litre su azaldığı söyleniyor saf su ilavesi yapılıyor. Üretim hızına bağlı olarak uygulanan güç ile suyun ısınması söz konusu olabilir bunu engellemek için dolasan suyu birde basit bir radyoterden geçirerek sogutulabilir. 12volt 45 amper için gerek olduğunu düşünmüyorum.

Ornekleri Sistemin yapılışı:

https://www.youtube.com/watch?v=70lLlFs45OA

https://www.youtube.com/watch?v=ByJkWZU_PUA&t=9s

hidrojen üretimi volt ve ampere bağlı olarak dakikada 13 litreye kadar çıkarılabiliyor fakat fazla enerji tükettiği için kullanılamıyor; https://www.youtube.com/watch?v=IlKgeTxecSY

  Sonuç olarak en ideal enerji harcayıp en ideal gaz üretimi sağlamak bunun için plaka sayısı, plakaların yüzey alanı, harcanacak güç gibi değişkenleri belirlemeye deneyler gerekli.

Not: Kullanılan sistem ömür yılı yaklaşık 7 yıl olduğu söyleniyor.

Yorumum ve yapılabilir mi diye düşündüğüm;

1-   Gerekli üretimi hesaplayalım;

        Piyasada el yapımı olarak satılan yakıt tasarrufu diye adlandırılan 12volt 30-45amper ile dakikada 3-4 litreye kadar HHO elektirolizi yapabilen sistemler kullanılırsa (az enerji çok üretim için düşünülebilir durumda veya üretim miktarı volt ve amperle arttıralabilir). Kullanmak istenilen motor dakikada üretilebilir HHO e bağlı olarak, 100cc, devamlı sabit çalışma devri 2000 dev/dk kabul edersek:

        1-) Bize hava/yakıt oranı 34,33/1 den %2.9 HHO gerekli, 100cc lik bir motor kullanacağımız için her devir için 2.9 cm3 hidrojen oksijen elde etmeliyiz. 2000 dev/dk da çalışacağını ve her iki turda 1 emme yapacağı düşünürsek;

Devride = 2.9cm3

Dakikada devir = 2000 dev/dk

Emme zamanı: krankın 2 turunda 1

2000  x  2.9 / 2 = dakikada gereken HHO gazı= 2900 cm3= 2.9 litre üretim sağlanmalı

        2-) Kullandığımız sistem 12volt 30-45amper ile dakikada 3-4 litre HHO üretim sağlayabiliyor üretim tüketimle eşit fazlası atmosfere salınabilir yada 3 litre üretim için amper miktarı ayarlanır.

HHO üretim için akülerden harcanan;

R=V/I=12/45=0.266 ohm,  P=I^2xR=45^2 x 0.266 = 538.6 watt

Aküden elektroliz için harcanacak güç =538.6 watt

100 cc motor küçük kalır ise 2 adet elektroliz sistemi kullanarak 200 cc lik motor kullanılabilir.

2-   Çıkan mekanik enerjiyi dönüştürme;

Hidrejen hava ile çalışan motora gerekli modifiyelerden(sıkıştırma oranı,ateşleme zamanı,verimli yanma sağlanması, ateş tepmesi önlenmesi, motora gerekli soğutma sistemi gibi) sonra elde edilen 2000dev/dk da elde edilen mekanik enerjiyi altarnatöre iletmeliyiz.

Altarnatörlerü sabit devirde döndürmek gerekli, açısal hız değişikleri istenmez. Seçilecek devir sayısı en ideal elektirik üretimine göre seçilmeli altarnatörün kalitesiylle alakalıdır.

Döndüreceğimiz altarnatörler piyasada bol bulunan 500-1500 dev/dk arasında ideal elektirik üretilebilir kullandığımızı var sayarsak. Dişli veya kasnak yardımıyla 2000dev/dk olan mekanik enerjiyi açısal hızı düşürürerek moment arttırarak 500-1500 dev/dk da döndürmeliyiz motor rahat çalışması için. Burda cevap bulamadığım soru 100cc lik motor altarnatörü çevirir mi çevirir ise, bu motora bağlı kaç adet çevirebilir? ne kadar altarnator çevirebilirsek o kadar fazla mekanik enerjiden elektrik elde edebiliriz?

.

Örneğin: https://www.youtube.com/watch?v=9PNg4j8pmTM el sarımı altarnatör ‘930 DEVİRDE AC 220 VOLT 7,5 KW ALTERNATÖR’ motorumuz bunun gibi altarnatör çevirebilir mi kaç adet çevirebilir?

Birde altarnatörden elde edilen enerjinin bir kısmı 12volt 45 amper ile çalışan aküleri bir yandan sarj edecek altarnatör bunu karşılayıp kalan ne kadar enerji fazlası depolanabiliriz?

SONUC: Teoride mümkün görünse bile aküden çekilen amper yüksek yerine aynı elektiriği koyabilmek zor olacaktır. Deney ile deneme yanılma yapılıp gözlemler sonucunda doğru sonuçlara ulaşılabilinir.

Deneye başladım fakat ölçüm cihazım yoktu. Ölçüm yapamadığım video;

Güç kaynağından aldığım gücü ölçmediğim deneyim ile elektroliz videom