SALJ Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi
7 .riıt,
2 Sayı (Temmuz 2003)
Yakit
Hücresi Teknolojisinde
Bor
lJygulamalariA.İ
.Çetin�İ.
Ordu, A.l<olipYAKIT
HÜCRESİ TEKNOLOJİSİNDE
BOR UYGULAMALARI
Ali İhsan ÇETİN, İbrahim ORDlJ, Ahmet KOI.�İP
Özet
- Bu çalışmada taşıtlarda kullanılabilecek olanalternatif enerji kaynaklanndan bor elenıentine dayall yakıt hücresi teknolojisi incelenmiştir. Yakıt hücresi teknolojisinde bor e!eınentinin kullanınu ve hidrojenin taşınnıasında sağlanuş olduğu özellikler, bor elementinin öneınini bir kat daha arttırmıştrr. Borun sadece taşınıada
değil farkJı ki anyasal yapı lany la yakı
t
olarak ta kuJJanıJabiJeceğining
örülmüş
olması, dünya bor rezervininyaklaşık olarak 0/c,
70
inin ülkemizde olmas1, bor elenıentine dayalı teknolojilerin ülken1izde de geliştiriJmesi
nigerehtirmektedir.
Gelecekte bor elenıentinin altın değeı·inde olacağı bugünden
görüln1cktedir. İçten yanmalı motorlarda, bor elementinin l\ullanıhnası ile hean daha az ı
n
ali)'
etı
e daha fazla yol hem de hava kirliliğine yol açmaması, bu elementin önemini daha da arttı .. maktadır.Anahtar Kelinıeler
- Yalut Hücresi, Bor Teknolojisi, Sodyun1 Bor HidritAbstrrıct
- In this study, fuel cciJ technology which is one ofthe a
l
ternative sources that can be used in inteı�nal coınbistion engines is studied. The use of boron in fuel cell technology and the features in transporting hydrogen, incre-ased the importance of boron element. Siıu·e it is seen that boı·oıı can be used not only in transport but, also as a fuel with its chen1iral structure-s, and nearl�' 70°/o ol earths boı·on reserve is in our cuntry; it is necessery to devolop technologies about boron element in our cauntry.Today, it can be foreseen that boron element will be as valua bl e as gol d in the future. The use of bo ro n element
whitlı inteı·naJ comhistion engines does not nıake much
p
olluti
on and it aJso enables us to go forther less cost. So,the�e factors increase the iınportance of this elenu'nt. This work,is allout the technologies based on boron element for w h icle s is s tudied.
Key
J�'orıls- F
ueJ
cell, Boron Tekno1ogy, Sodium Bor Hydrit •A i. Çetın� Ayvacık
M esieki Eğitim Merkezi Çanakkale!.Ordu.SA.Ü Fen Bili·ııleri Enstitüsü Makine Eği"li:ni Adapazarı
;\Kol ıp;
SA.Ü
Teknik Eğitim Fakültesi, Makine Eğitimi, AdapazarıL<;iRİŞ
Dünya [osd yakıt rezervleıinin tükenınekte olınası, gün
geçtikçe artan taşltiann çevre kirliliğini önemli ölçüde
etkilernesi) hem ulaşıın
ara
çl
ann
da kullanJ lan yal<1t
teknolojilerinin
gel1ştiıilnıes1ni
hemde altenıatif
yakıtlan
n araşttrll1pbu lunmasını
zorun
I
u
hale
getinnektedi
r[ 1].
Kirletici cn1isyon
lan aLaltnıak;bir teknolojik geliş1nıi ve
bunu sağlayacal< yatınnılan gerektirmektedir.
Bu
gelişinıi
sağlayacak yatırnnlar büyük maliyetler
ortaya
çıkannaktave bu
n
ı
a
liyetl
er
gellşmiş ülkelerin ekonomik yapılan
üzerinde olun1suz etki varatacaktn.
"Değişik verilere göre
2025
yıbnda dünya genel ene1ji
tiiketinıinin u
la
ş
acağı düzey
12 000-16 000 Mtep
olarak
tahmin
edihnektedi r.2025
yılında
dü
n
ya
d
a
1 500-2 600
Mtep
h
i
droje1
1encıjisinin kullanılnıas1 planlann1aktadır.
Böylece göz önüne alınan
etüt periyodu (2000-20?5
dönenıi) sonunda,
dünyabirinc11 enerjisiııin
�1J
9-21
arasındaki
bir
bölünlü
hidrojene
dönüştürülerek
kullanılab11ccektir.
Bu
oran daha
çok
�lo
I
O
olarak
öngörü
hnektedir[2,3].
ll.
'T
AŞil'LARDA
YAKIT
1-IÜCRESi
UYGULAMALARI
11.1.
Yakıt
llücresinin GelişiiniYakıt hücresi, yaJ<1t (hidrojen) ve
oksitley1cinin (h av'')
kinıyasal ene�jisini
doğrudanelektrik ve ısı fornıunda
kullanılabilen enerjiye çeviren güç üret1nı elenıanıdırl3
].
Hidrojenin bir yalot hücresi olarak içten yanmalı
n1otorlarda
kullanıbnası
19.
yüzyılın
s onlarına
u?anmaktadır.
Ahnanya�da1920
yı
h
nda Erren 'in ve
1940
yı
hnda Oen1ichen 'in hidrojen li motorlar üzerinde
çah şnıaları bulun1naktad1r.
1 970
']ıyıllardaki petro
1
kti.lierinın ardından BalJard, BMW, Daimler Benz, Ford,
Gtv1,
1
-I
onda
,Mazda, Suzuki, Toyota gibi
otomotiv
fınn
al
ann
ın
dabulunduğu çeşitli kuruluşlar hidrojen le
çalı
şanın
otorJan
kendi
prototİp
araç
larında
SAU Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 7 .Ci lt.
2 .Sayı (Temmuz 2003)
Son onbeş
yıl içerisindehid
roj
enl
eçalışan değişik
tnotor1ar üretilmiş, otonıobi11ere, otobüslerc uygulanarak
de1nonstrasyon lar yapılm1şt1r. İçten yannıa]ı rnotorlarda
yakıt olarak hidrojen kullaı11lab11mekte
olup,bunlar
çoğunlukla enjeksiyon
lumotorlardır. Diesel nı
otorlardahidrojen enjeksiyonu ön ym1n1a odasına yapı lırken, Otto
motorlarda doğruca yanına odasına yap1ln1akta ve uzun
tnnakh
özel bujiler
kullan1lmaktadır.Bu motorların heın
iki ve hem de dön zaman h olanlan vard1r. Son yıllarda
hidrojen/b enzin ve h1drojen/ doğal gaz sistenıli Otto
motoru gibi düzenlenıeler ortaya çıkan lnıışt1r. Hidrojen
ya1otı araçlara
sıvılaştınlm1ş biçimde veya nıetalik hidrid
biç-iminde uygulan1naktad1
r [ 5].Hidrojen yüksek verimle ku llan1lan bir yakıtt1r. Sudan
olduğu gibi fosil yakıtlardan da üretilebilir. Hidrojen
kullanrnı ve1iminin yüksekliği, en bol fosil yakıt ola11
kömürün diğer yakıt ve enetjilere dönüştürülerek
ulaştırmada
kullanılmasına
ilişkin
verilerle
gösterilebilir[
6].
Önıeğin:
1
ton könrür-benzine dönüştürüldüğünde 708 knı
1
ton kömür-elektriğe dönüştürüldüğünde 772krn
1
tonkömür-hidrojene dönüştürüldüğünde
1
030knı
yol
yol
vol
.1Hidrojen Jıem doğrudan heın de dolayh yoldan eneıji
üretin1inde kullan1labi
lmesj vebirçok eneıj·i kaynağ1ndan
üretilebihnesi gibi çok önenıli bir ava11taja
sahiptir[6].'Yakıt hücreleri ne dayall teknolojilerin
içten yannıahnıotorlarda uygulannıas1
sonucunda atık olarak su
buhannnı ç1knıası� insan sağlığı ve çevre sorunlan
açısından
dahidrojenjn, 1çten yannıah motorlarda yak1t
olarak tercih sebebidirf7].
11.2
Yakıt Hücresi Çeşitleri ve Ç
al
iş
ma
sı
Yakıt hücreleri, kul1an1lan elektrolit
malzemeçeşitlerine
göre
sı n
Lfland1rı lmaktadır.
B
unlar
Tablo
2.
1
'de
parernetre lerine göre
veriltniştir.
Bütüll yaktt hücr�leri aynı tenıel
ilkelerleç
a
lış
1r
.
Yakıt
hücrelerindeki iki ince e1ektrot ve bunlann arasına
sıkıştırtl1n1ş bir
elektroht
bulunur. Anoda ge]en yak1t,
orada iyonlara ve elektronlara aynş1r [8].
Bir yakıt hücresi� y
ak
ıtın ki1nyasa1enetjisini döı1dürerek
devamlı olarak
elektrik
akınıı
meydana getınr.
Elel<trokinıyasal
reaksiyon
süreciniıı,yanınasız yolu
tarafından
elektrikeneıj
1s1
oluşturulnıaktadır. Yalnt
hi.icreleri,
yal<1t ve
oksijen
olarak (genellikle havadan)
elektrokiıııyasal reaksiyoı1da yan1c1 olarak hidrojenden
faydalanır. Elektrik, ara ürün suyu ve ara ürün
sıcakhğ1nda tepki sonucunda ıneydana gelir
[9].
A
YH:
Alkall n
yakıt
hücresi
FA
YH:
Fosforik
asit
yakıthücresi
KOYH: Katı oksit yakıt hücresi
EK.YH: Erirniş karbonat yaklt lıücresi
PDM'r:'Il: Proton değişken membran
h
yalot
hücresi258
Tablo 1. Yakıt hücresi çeşitleri
Yakıt Hücrcsi
Teknolojisinde
Bor Uygulam3lari• •
A.I.Çetin,
l.Ordu, A.KolipParametre AYH KOYH EKYil PDMYH
1
�---·---4---+-
·----�----�r---+---�'
PAYI-l İşletian sıcaklığı (C.o) P latin ku ll am rm Güç yoğunlıq;�ı (W/kg) Verim(%) Atık ısı ku1lanmı1 Hz ya1oı kaynağı Ticari kullanım 80 Yok 35- ı 05 42-73 Yok Saf H� ,.
200 Var ı 20-ı RO 40-47 Sınırlı işlenmiş metan ol, doğal gaz 92/93 1000 Yok1
5-20 45-50 Yar Doğal gaz 2000Şekıl
1. Yal<ıt hücresi (PEM, Polimeresaslı)
650 Yok 30-40 50-57 Var Doğal gaz
1998 ı
&5 Var :150-1500l
• 40-60i
Yok iş1cuıuiş metanol.ll
doğalgaz 199'3ı
ıu,0ı ... ... ,n. : v.·lŞekil
1
'deki yak1t hücresi, iki elektrot
(anot
ve kat
ot
)esas1na dayanır.
Birp
o
limerelektro11t
zanyla ayınhr.
Yakıt
hücresinin çal1şma prensibi suyun elektrolizinin
ta1n teTsidir. Yakıt lıücresi için reaks1yc-:ı formülü
aşağıdaki gibidir.
•Hidrojen elektrotta;
• •1-lı
..
21-I+
+2e·
Oksijen el ektrotta;
ıh o.,
� +2I-r�·
+ 2e-Toplamreaksiyon
H2
+Yı
Oı
(1)
�
Hı
O
(2)
H,O
-(3)
E1ektrot1arnı
her
biti, birisinde
p1atin-temelahnan
bir
katallzörle yan tarafları kaplanır. Hidrojen
yakttl, anotabeslenir ve hava katottan giTer. Hava katot
yüzeyinden geçerken,hidrojen zengiııi gaz da
anot
yüzeyinden geçer.Elektron]ar katoda doğru
birdış
devreyoluyla
taşıııırlarken, hidrojen iyonlan da elektrolit yoluyla
oksijen elektroda göç ederler. Katatta oksijen
ve hidrojeniyonları
11e clektronlann
reaks1yona gümesiyle
suelde
SAU Fen Bilımieri Enstitilsü Dergisı
7 .Ci lt. 2
.Sayı (Temmuz
2003)�dil ir. Elektronlann dış devre yoluyla akış1 elektrik akım1
üretir. Yakıt kul]anlnHndaki yüksek verim nedeniyle, bu elektrokimyasal i
ş
let
nden çıkan yan ürün sadece su, ıs1 veelektrik akın11dır
[10].
ı
rakıt hücres1n1n şematikdiyagrarnı Şek
i
l2
'de gösterilmektedir.Hidrqjen
Oksijen
Yakıt
hücresi
ı sı Su.'ı ek ıl � Yakıt hüc.;rcsin ın scmatik görününıli
1 j
11.3
Hidrojenin
Eld{·Edilmesi
Doğru
Alnın
Hidrojen doğal bir yakıt ohnaytp, b
1
rinc
i
lene1jı
ka
y
naklanndan yararlan1larak değişi
k hamnıaddelerleLin�tileb·ilcn
sent
etik
yak1tt1r [ l1 ]. lijdrojen
ürett
mi
ndeku11anılan hammaddeler ise su, fosil yakıtlar ve b1yokiHle
nıatet
yaldir.Aşağıda hidrojen üretlm teknikleri kısaca aşağıda tan1t1 hn
aktadır.
1 1.3.1.
li idrojenin sudan elde edilişi
1 Ii d
roj en suyun direkt elektro hz i aşağ1da gösteri )en forn1dn elde edi leb11ir.2Hı +
Oı
(4)
ElektroliL
1çın elektrik gereksininıi fosil yakıtlardan, lı;droclektrikgüçten,
nükleer en
erj
iden,j
eot
crnıal güçten,güneş. rüzgar ve den1z dalga enerj11erinden karşılanabihr.
Hıdrojen suyun ısıl parçalanması (termal kraking) ile de
li
ret i ]ebi 1 nıektedi r.2H2() (ısı
1
parçalanma)22731(0..
2H2
i02
(5)
c;uyun
ternıokinıyasalçevrinı1er
sonucu1Hin
da hidrojenüreti J ebi li r.
H')
O
t-çevrinı
---�--� H2
+O
(6)
259
Yakıt Hücrcsi Teknolojisinde Bor Uygulamalari A.İ .Çetin,
i.Or·du,
A.Kolip11.3.2.
Hidrojenin doğal gaz
vehidrokarbonlardan
üretiıni
Hidrojen, doğal
gaztn buhar
ref
orrnasy
onu
ileür
eti
le bi lnıektedi r:---1ı�s,_ı
-
---II
IIJ�
1·1 , T(7)
11.3.3.
Hidrojenin fotokiınyasal yolla elde edilişi:
Hidrojen, güneş ve organon1etalik bileşikler veya
enziınlerle de üretılebilır.
Güneş + organotnetalik bi leşlider veya
enzim
+
H20
--�IIJI�
1-12 +11.4.
Hidro.jenin
Yalut
Olarak Özellikleri
(8)
Bi
1
inen en hafif ki nı yasal element hidrojen dir.Güuün1üzdc
yaktt
seçinı1ndekriter
olarak ahnan ulaştırma yak1tı olma özelliği, dönüşebilirlik (çoky
önl
ü
kulJanınıa uygun
} tık),
k ni
lanım
veri rni,
çevreseluygunluk. enıniyet ve efektif nıali
y
et açısından yapılandcğerlendinneler hidrojen lehine sonuçlar
vermektedir
[
121.Claşt1rma
y
ak
ıh olma özelliği yalnızcayakıtın
enerjiiçeriğine ve liziksel
duruınuna
bağlı
olmayıp işletnıc lak1örünc de bağlıd
1
r.Çeşitli motor yal\ıtlannın özellikleri Tablo
2 · de
\eriInı
i s , tir.J ublo 2. Çeşi�lı rnotor yakıtlarının özellikleri
s
Yakıt
--ı v ı y �tk ııl
ar Bcn7iıı ..LPG
L:.JG
Kiınyasalfornıül
---Cs.ıoH.,2-32 -- - ---J S lldeğer
MJ.kg-1.
47,4 -·---1 48,8 -50,0 ' Is ıideğer
MJ.m-3 -·· 34,85.
. 1 24,40 -23.0 ' OC\'i tım faktörii<I\.1
-0,76 0,6L0,61
' ---· -----ı---4----1---·--...ı-.-
-----ı
140,9
1 O, 1 O
ı ,00 Ga:tyakıtlar
Doğal
gaz -50 o ı 0,040 0.75 141,9 0,013 ı,00
..____ ____ _ __._ ___ _ _ ___._ ___ _..ı. ___ __ .ı___- _,YakJtın dönüşebilir1iği ya da çok yö
n
lü kullanımı: yanınaiş!enı1 dışında: ısı eneıjisi, ınekanik enetjj ve elektrik
enerjisi gibi son
tlike6nı biçimlerine
dönü�ebilıneSAU
Fen T3iliınleri Enstitüsü Dergisi7 Ci lt,
2.Sayı (Temmuz 2003)
bütün yak1tlardan üstün oJup
bu
hidrqjenden yanabir
avantaj dır.T
ab
lo
3
'de-
hidrojenin tosil yakıt1arlakarşılaştı n lmasına yer veıi Imi ştir.
Tablo
3. Hidrojen
ve fosil yak.;tların karşılaşfırılı.,..ıa�ı.---.--- ---,
Hidrojen Fosil yakıtlar
J
Çevriın işlemleriı---
---+---
..A.levli yanma Evet Evet
�---;---�--
-L
Direkt bu h ar üretimi Evet
Hayır
Katalitik yanma Evet Hayn
Ki ın yasal
çevnrn
Evet Ha
yır(hidıidleşme)
Elektrokinıyasal
1
Evet
H
ay
ır
Çevrin1 (yakıt hücresi)
-- -
-H
i
drojen
in alevii yanmas1 içten yanınal
l ın otorlarda ( ottove dieseJ), gaz türbinlerinde, jet motorlannda ve roket motorlannda
kullanJlnıaktadı
r [ 12].Hidrojenin hidridleşnıc çevriıııi
sonucunda,
hid
roj
eni
ndepolanması, hidrojen zenginleştirilmesi veya ayıışmas1 u ygulanıalarında yarar] anılmaktadır. H idri dleş·me
çevnnıı;
ınM
+ nH.,n1M
+nH,(9)
(1 O)
Hidrojen Carnot çevrinı1nin
s1nulayıcı
etkisi alt1nda kalmadan yakn hikreleri yardun1yla ve elektrokin1yas(llçevriınle direkt ele�<. tTi k üreti nı inde ku Ilan
d
abi Jen bir ya le ttı r[-+].Yakltlar için önenıll olan
bir ö
zelh kte
çevreseluygunhıktur. Hidrojenin d1ğer yakıtlar ile karşılaştı rı ldığında en temiz ya1ot olduğu zate
n kabul
görnıektedir.
Hid
roi
enin oksijenle yakılnıası halindeçevreye sadece
su bu
han al
ıln
ıak
tadu[ 4].
Yakıtların emniyet açısından da değerlend1ri1nles1 gereknıekted1r. Hidrojen diğer yakıtlar ile kıyaslanıp) be11i karckteristik öze ll ik ler göstermektedir. Bu karektcristi
k
özel
l
iklerineticesinde de
en e1nniyetliyak1tın hidrojen olduğu
görülnıektedır [I 1].
11.5.
Yakıtll
ücresi UygulanıalarıHidrojenin eşs1z özellikler] sayesinde çeşitli oton1otıv
firmaları, kendi araçlannda bu uygulanıaya geçnı1ş1erdir.
Uygulanan bu teknoloj1lerde yaklt
hücresinden
eldeedilen elektrik ene1j
i
siy
lenıotorlara
tahrik ku\'vetisağla
n
nıı
ştn. Bu il
k uygulamaYJ Ba11ard- Daim1er Benz!
ı
ı
'
260
Yak1t
Hücresi Teknolojisinde
BorUygulamalari
A.İ .
Ç
etin,i.
Ordu, A.l<olip fırınalannın ortaklığıyla, NECARI
adlı araCl üretınişlerdir. Daha sonraN
EC ARII
adlı araçlan ile daha uzun mesafe (130 kın'den 250 km,ye) ve kapasite aıt1şı sağlamışlardır [ 13,14].Doğal g
a
zlı yakıt hücresini kullanan firmalar dabu
lunnı
aktad1r. Bufi
rmalardan M.A.N, 0/ol5 -20 hidroJenve
0/o80-85
oranın
da doğal gaz kanşnnıyak
ıtla (hythane)çalı ş mı b1r denıostrasyon otobüsü üretmiştir [ 15].
Saf hidrojen] yale1t olarak kullanılması da arnk
günüınüzde gerçekleştirilmiştir.
I-I
on
da firması yakıthücreli, FCX-V3 adlı otoınobilin1 seri üretime hazıt hale getümiş durumdadJr. Honda bu aracında yakıt hüc1est
sistemi
n
e kontrol sisten11 entegre etmeyi başamıtşve
yakn hücresi te
k
nol
ojisin
i daha da gellştirıniştir [16].GM
bünyesindeki OPEL firması daZafı
raad h
araçta. saf hidrojeni kullanan yak1t hücresini uygulamayakoy1nuştur. Zafira,
75 liP
gücü
nd
e üç kadenıeli elektrik motoruna, 5 k1ş1hk otunna alanına, 140 km/h sonsürate
vebir
depoyla 400 kın '1 ik men
zi
le
sahipbir
araçtır [17].Oto·motiv endüstrisinde bütün bu teknolojıler kullan1lırken yeni bir teknoloji olan yakıt hücresinde
- �
b
or
'' kullanımı da en yeni teknoloji olarak karşımızaç
1k
rnaktad
ır. Yakıt hi.icresinde hidroj
en taşınmasındakullandmı bor elementi sayesinde yeni bir
enerji
kaynağı görülınektedir. Bor'lu yakıt hücresine sahip araçl'-Jatri um, Chrys]er fını1a81 tarafından tek
n
olojiye kazandı rı hnıştır[ 18].
lll.
Y.AKIT HÜCRESiNDE BOR
KULLANit\ll
lll. I.
Bor Elementi J-Iaklunda Genel BilgiYer kabuğunun bileşimine giren elemanlar i
ç
inde yaygın olma
yan
lar arasında yer alan bor,p
eryodiksistemin
üçüncü grubunun başında bulunan
b
irelementtir. Atom
saYJsı
5, atonı ağırlığı 1 0,82, ergi menoktas1
2190+/- 20
°C
· dir. Y cr kabuğunun o/o0,0003 ,ünü oiuşturmaklaberaber doğada
pek
çok kayanın ya pısında bulunur.Bor doğ
a
daserbest olarak bulunmaz. Bor
elemerıi
doğada değişik oran larda bor oksit (8203) 150'den fazla mineralin yapısJnda bulunur.
Ekon
o
mikanlamda bor
minera
l
l
erikalsiyuın,
sodyunı ve magnezyu
m elementfeni]e
hidrat
bil
eşi
kl
eri ·halinde teşekkül etmiş olarakbulunur. Bor
ıninerallerinden ticarid
eğere sahip olanlan; tin kal, koJen1anit, probertit,b
orasit,pandermit, szaybe11t.
hidroborasit ve k e nı ittir. Bor 1nadenleri topraktan
çıkan ldıktan sonra kırma, eleıne,
yı
k ama ve öğüt1ne işlem lerinden sonra ilgi li sanayi
lerin kullanım1na hazır hale geti1i lmel<tedir(20].Ülkenı1zde bor nı.adenlerinin Çlkan lmas1 ve
i
şletilmes1görevini i.istlenen ETİ HOLDİNG A.Ş.
bu ü
rü
nleri
hanıürün olarak
p
azar1
ayabild
iği gib
i, rafine ürün olaraktaSAL' fen
Biiimieri Enstitüsu Dcrgisı 7 Cilt.
?.Sayı (Teınnıuz 2003)
1 11.2. Bor
Ürünlerinin Kullanarn Alanlar•Bor ürünlerinin ku
l
lanıın al
anlan, 1çerdikler1 D203mjktaT1anı
1
a göre farklı lık göstermektedir.Bu ürünler
i
]
eri teknoloji gerektiren metotlar ile daha geniş ku
llanımalanlarına yay1lmaktadır.
D
ünyada ticari olarak üretilen ve değişik kullanım aJanlarıolan 100
den fazla bor ürünü rnevcuttu
r. En yaygJn olarak kullanıJan bor ürünleri
;Susuz Borik asit, Eleınentcr Bor, Çinko Borat, Ferrobor, Bor Karbür ve Bor Nitrür'dür [22].
S
ody
un1 bo
ra
tcevherindcn
elde edilen rafine veyakonsantre Boraks deka hi drat ve
B
oraks Pentahidrat' lar;'{apışt1rıcılar,
Ç
inıento, Korozyon önleyici, Kozrnetiklerve ilaçlar, Elektrik yahtk
a
nı, Elektro1itik an tma,G
übreler, Cam ve cam yünü, Herbisitler (ot
öldürücüler),
İ
n ekti s it ler(
böcek öl d ürücüler),Derici
lik,F
otoğrafç
1lı k,rekstil boyaları, Yün koruyucu, Parafin enıilga
t
örü gibi\'ok geniş
bir kullanım
alanına sahip
tir.
Sodyum Metaborat'lar, yap1şt1nc1, temizlik maddeleri,
herbis1t1er, fotoğra
f
çılık ve tekstil yıkama aJanlarında kul lan ıl maktadn·.Sodyu nı Pentaborat: lar, gübre ve yanma önleyici alan larında kullan1lmaktadır.
Sodyunı Perborat'lar, temizleyici ve beyazlatıcı,
dezenfektanl ar, teks
ti 1
boyalan veb
eyazlatma alan lanndakul J
an1lmaktad1r.SusuL
Boraks'lar, gübreler, cam, canı yLinü, nıetaluıj ı.cu nı
f
akışkan laştınc1, eınaye, frit,sır alan lanndaku lhını l nıaktadır.
Susuz
Borik As1t veya Borik Asit'ler, kozmetik, nükleeruygu lama, naylon, fotoğrafçı l ı k, tekstil işlemleri,
cnıaye,frit,sn, antiseptikler ve borlu ala
şı
m alaniarnıda k u ll an 11 nıaktad1r.Kalsiyurn Horat cevherleıi de borlu alaş1m ve tekstil can1
sanayinde kullanılmaktadır [23].
l�(H.
ürünlerinin farkh işlemler
e tabi tutularak elde edilenbor kirrıyasallan da teknol
o
jinin gelişinline bağh olarakdtıha
fazla
ku11anım alanına sunulmuştur l22]Bor
kin1yasal1arından elde edilen Trimetil Borat ve bu n un ki nıyasallaş
tırı lmasıyla elde edilenS
odyum BorH
idr
it yeni eneıj
i kaynağı olarak karşım1za çıkınıştu. Buçalışına da 1çtcn yanmah motorlarda
ku11anılan yakıt
hücresi
tekno1oj1sinde Sodyum Bor1-l
idrit kullanıını yer alnıaktadır.S
odyum bor hidıitin enerJ1 yoğun lu ğu, bir ba;;ka deyişle her bir litre hidrojenin ıçerdiği kullanılabilir enerji miktan, sağladığı yüksek verinıli hlde, yakıt hücrelerin ı içten yann1ah benzin ınntorJannın yerini alabilecek bir seçenek durunuma getinnektedir.Bunların
enson
geliştirilenilk
örnekleriya1<1t
hücresiyle çal
ışan bir aracın, yeniden yakıt2
6
1Yaktt Hücresi 'fckiıolojisindc 8Gr Uygulamalari
A.İ.('etin, i.Ordu,
A.I<olipalmadan, yaklaşık
500 kn1
yol alınasına olanaktan1n1aktadır.
111.3.
Sodyun1 Borllidrit'in
'faşıtlarda KullanıınıYeni, tenıiz ve ?engi n eneıji projeleri
k
ap
sam1nda 1998yıln1da ııyeni, temiz ve zengin" eneıj i kaynakl an ü
r
etmeki çin New Jersey'de kurulan Milleniunı Cell, çevre dostu
ham rnaddeler kullanarak hidrojen ve elektnk en
e
rji
si üreten teknoloj
i ler geliştim1ektedir. Geliştiri Jen tekl1oloj
ilerdeeneıji
elde etn1ek için kuı
lan1lan hammaddele1·; sa
f
su ve sodvum bor hi • dri tti r .Sodyunı borhidrit; sodyurnlu bor tuz
u
nun rafiııa�yonusonucu elde edilen ve deteı
j
an sanayiinde �<ullanılan birüründüT
l8J.
Geliştiri
len bu tclaıoloj1
taş1mac
ıhğın yanısıra taş1nabilir enerji sağlayıcı piller içın de uygulanabilir
bir tekııoloj
i
olarakortaya
ç1laıııştlrBor nı inerali bir eneı
j
ı hanımaddesi olarak 1950yı l
ıııdanbu yana üzerinde
en
yoğuıı çahşma yapılanbir
n
ı
inera
ldir.
Bu bağlanıd
a bor nıineralininüç
özelh
ği üzerindeticari
ş
ekliyle öneınle du
ru
lmaktadır[18].
Bunlar�
a)
I-l
idrojen taşıyıcısı olarak bor minerabndenfaydalan ma�
b) IIidrojc1ıden daha iyi bir enerjj halnınaddesi
o
lnıası,
c)
Fü/yon(fusion) reaktörlerinde yak1t olarakku llan1
ı
abi1 rnesi.
Yakıt pjlle1 i üzerinde yapılaca
k
çalışmalar bor nıineraliııiön plana çıkarabilir ve ticari olarak kullan1labilirhği üst seviyede kanıtlannı
ış
olacakhr.1 11.3. 1.
Hidrojen taşıyıcısı olarak bor kulları m•Millenniunı Ce ll firnıası Sody
u
m Bor hıdr1t solüsyondan'"llyd
ro gen on Den1an.d T:\t" (talep kadar hidrojen/ talepi.iLrc hidro
j
en)
sıstemİ kullanarak hidroj
en üretnıekte , ..:bu hidrojeni elektrik eneıjis1ne dönüştüın1ektedir. Yakıl
pillerinde Sodyun1 borhidrit'in kullanı]masl, fosil
yakıtlardan
cldesi da]ıa pahalı, depolanrnası ve taşnın1asızor olan hidrojen1n bu dezavantajlannt ortadan
kaldı rm ı ştır
[ 18].
Milleninın Cell fıı111as1; bo
r
bazlı solüsyondaıı hidro
jenenrı
j
isi üretim ve yine bor bazh uzun öınürlü pi 1teknoloji lerinin
p
atenti ni
alnııştır.
Bor eleınentininelektrokinıyası üzerine çahşnıakta,
elde
ettiği ticariuygulanabilir teknolojilerin patentini
üzerinde
top
lanıal<t.
ad1 r[ 18].
\t1il1eniuın
C
ell; Sodyurnbor hidrifin
suyla karıştınltnasıSAU Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 7 .C' i lt, 2.Sayı (Temmuz 2003)
Söz
konusu
ya
k1t
1n
ki
m
yasa
l
reaksiyonu�
KaBH4 +
2
H 20 -kat
a
l
i
zör
- >4
H2
·-NaB02
( l 1 )fonnü1ü
üzeri
ne
kuru lmuştur. Su içeri si ndeç
özün
ens
o
d
y
u
n
ı borhidnt� bir kanşını olarak d
ep
ol
a
nma
k
ta
,eneıj i üretn1ek
i
çı
nh
idro
jen ihti
ya
c1 ge
relctj ğinde
buka
nş
1m1
n için
eta tb i k edi len
kata
l
i
zör vası
ta
sıy
l
a
k
i
m
yas
al
r
eak
s
i yo
=ıbaş l atı lmaktad1r.
Re
a
k
si
yo
n
son ucunda
gaz
h
a
l1;1d
eserbest kalan I-12
(hidrojen)
yayakıt
pi
li
(Fuel
Ccl J )
vasıtaSJ)'
la elektrik
ene
1j
i
sin
edönüştürülmekte
yada doğrudan içten
yan
n
ıah nıot
o
r
d
a
ya
kı
t
o larak kullan dınaktadır
l 1 8].
Bu
reaksiyonun ar
kas
1nd
a
sodyunı bor tnzu atıko
l
ara
k biri knıektedir. Si ste1nde enerj ikaynağı
olarak
k
ul
la
n
ılanhidrojen, sadece ihtiyaç
h
a
llnd
e üretil
eceğ
i
n
den, bu
rada
ku Hanılan
kata 1j
zö
rçözelti
den
1 st
en
1ld
iği
zanıan
ayn labi lmekte ve rea
ks
iyo
nkoııtı-ollü
o larak
d urdurulabi
hnekted1r. Söz konusu t
ek
no
l
oji
n
in
kul laııd
ığıkanş
1
n
1111 içi
n
d
eç
özel
ti
hallnde bulunan
so
d
yum
borhidıitin yanıcı o1ınaması, kul l anılaıı hidrojcn in
yan s1nın
sodyum
borhidr1Cten,
d
iğ
eryarıs1n1n
ise
su
d
a
na l ınınas 1 ,
katalizör'ün defalarca
kul lanılnıaya
uygun olnıaSl,
r
ea
k
s
i
yon sonrası ortaya çı
kan
sody
u
1nbor tuzunun
k
olay
hk
l
a
s
ody
um borhidri t'e dönüştürülebilınesisisternin önemli
avantaj lann ı
ol uşturnıaktadır [ 1 8] .
Takvinıler
1 ?
A
r
ahk
2 00 1'1
gösterdiğinde,
Da1nıif'rChrysler,
Ml lenium
Cel l '
i l
e yaptığı staretej i kortak lığın
ilk nıeyvesini Detroit Oto
mo
b
il
Fuaıında
tanıtn1ışt1T. Chryslcr,
Town&Country
Natr1 unı adın1
verdi
ğ
i
,bir dep
o s
odyu
nı borhid
rit
Sl\'ty
l
a300
mi lyol
g
i
den minivan ararı 1 l eilgili olarak
y
apt
ığ
ı a
çık
l
arna
d
a;Natriu m
\ın
g
e
re
kbenzin l i ve gerekse
bug
üne kadaryapılan tü
n
ıhücre
yakıt
s
i
s
t
enıl
iaraçlardan
çok
üs
tünolduğu vurgu) a
n
ma
k
ta
d
ı
r.
Natriunı �a bu
üst
ünlüğü
kazandıran hususun
ya1,t tı ve yak
ıthücre sjstemi
o lduğunu yakıt
olarak birbor
türeviolan
s
o
dyu
nıbor
hidıit'in (NaBH4)
ku1 l
anı
l
d
1ğ
1.,sodyunı bor
hid
rit
'1
n
kunı
halde
kullanı Jabi l eceği ,
s
od
yuı
nbor hidritin p1 1
yak1 tharaç. l ar
içi
n öneri !endiğer
ya
knla
rın elde e
d
i lm
esi
nd
en
daha
zahm
et
si
zolduğu
anl a
t
ıl
n1akt
a
d
ır. Sodyunı borhidritiıı d
iğe
r yalotlara göre hiçbir dezavantaj1b
u
l u
n
nı
ad
ığı
gib
ibaz1 üstünl ükleri
o
l
d
uğu,
i
şle1
nsoıı ucu
yaklt atı ğ1 n nı
k
i
m
yasalol arak
bor
'aeşdeğer
sodyu1nbo
r
olduğu,
atı ğnı
tekrar işl
en
ıet
a
b
it
ut
ul
ar
ak
s
od
yu nıbor
h
idr
i
te dönüştürül eb] ld ıği görül
tnek
t
ed
ir
.,�atriuın\ın
p11
ya
k
ı
tsistem1n1n, Da1nılerChrysJer'in
pil y
alo
t
or1ağ1BaHard/XCELLSİS tarafından üre
ti
l
di
ği
,
hidr
oj
e
ni
nMillenni unı Cell şi rketince gel
i ştir
il
en "H
yd
ro
g
en
on
D
e
man
d
Tt-.1''(talep
k
a
d
ar hidroj en-talepü
zerehidroj en)
ınekanizn1ası
kullaıı darak
üreti lnıektedir.Sodyunı
bor
h i drı t
)
akı
td
epos
uve
i ş1
et
i
nı sisteın in1n arac1n ta
b
a
n
ı
n
ayerleştin ldiği
\ earacın
l<u1Lını labi 1 1rl1ğini
olumsuz
etki leyecek
yer ve kab i n
ka
ybın
1n
ol
m
adı
ğ
1i fade
ediimckted1r [ 1 8,241 .
262
Yakıt H
ticresi
Teknolojisi
de. Bo.r l)gulamıl n
A.I .Çetin, I .Ordu,
A.Kor
Bu
aradaM
i l1
enn i
um Cellfi
r
n
ıas
1;Sodyum
BorH
i
drit
solüsyon
dan
"Hy
dro
g
enon
D
ema
nd TM, sis
temi
ned
aya
lı
olarak,
5
y
o
l
cu
i l e yüklü bir ot
omobı
lle
450
mi
l
üzerinde yo
l
alabi len ( 450x1
,6093=724, 1 85km) sıste:ııüze1inde çahşnıal an n ı
hı zla südürrrıe�'tedir.
Ş
ek1l
3'desodyum
borh
id
r
lt
solüsyonundan
h
i
d
ro
j
en elde edil
erekçahşan,
Chry
sl e
r1 N
a
t
ri
u
n
ı adı veril en araca ait özelliklergöster
il
n1işt
i
r.111.3.2.
İçten
yan
malı
nıotorJarda doğrudan Yakıt
.,olarak bor
kullanımı
Aınerika
Bi
I
eş
i
k
Devletleri, Fransa veJaponya
gibi
ü
l
k
el
erd
e
bir taraftan
s
odyu
ın borhi drit yak
1t
lı pi
l
lerü
zerinde ça
hşn
1al
ar
son s
üra
ti
ler
le: ve ticari pr
oJ
elered
ön
üşürk
en: di
ğer
taraftaıı
da bor eleınentinintaşıt
araç 1annda i
ç
ten ya
n
ma
l
ı bo
r mo
tor
lan vasıt
as
ıyladoğrudalı yak1 t
o
l
arakku1lan1nl1
üzerindeki çahşmalarsürdürü]melctedir.
Bu projeyle
i
l
gi
libi l im
çevreleri,bor
elementinin hidroje1ıden
daha
iyi
bir
yakıt olduğun
u ifadeetmek
t
ed
i r
l
er. Hidrojenve
Bor
e
lemen
tlerin
in birlitresinden
elde cdi
1
ebi
l
en spesifik yarnnae
nerjil
erikıyasland1ğnıda da
bu durunı aç1kça
görülebi1mek1:edir.Tablo
4'de
bazı yak
ıtl
ar
n
ı ene
ıj
inıiktarlanmn
karş1 laştın
lrr1ası
ya
pıln
ıı
ştır[ 1 8].
Tablo 4. Bor ile bazı yakıtların enerji değerlerinin 1Gırş1laştmlmaları
Yakıt
Yakıt
enerjisi
o/o
Megajoul/litre Alünıinyum 57.42
Berilyunı
8
6.1
5Bor
92.77
CsH
t s33.22
Fosfor 43. 0 1llidrojen
8.03
J(
a
rb
on
54. 0 1Lı tyun 1
1 5 .69 Iv1
a
gnezyun
ı 29.52 Sih
kon
5 1 .55T
a
bl
o 4't
en a
nla
ş
ı
la
cağıg
i
bi ;l
litre hid
roje
n
de
8 0�
nıe
g
aj ulene1ji varken,
1
l i tre
bor
da 92 .77 nıega�t1le
n
eıj
ide
ğer
i neu
la
şı
r. Bu
,h
idro
jen ve bor kıyaslamasınınbor
l
e
hi
n
e tartışmas1z üstün lüğüdür [ 1 ] .Elenıenter bor'u
saf oks
i
j
e
n le
motor 1çeıisinde yakarakel
d
e
edi le11 eneıj i y1e taş1t 1ann tah1ikindei
tme
gücü
yaratmaktır.
Bupr
en
si
be
bağh kalarak yapılacakçalı şnıalarda aracın
yak
ı
tunn
bobinesa
nl
mış
borflanıentleri o lacağ1 , ner
e
de
yse sıfn·emisyon1u
olacağı� tek atı
ğ
ın
yann1a
j ş len1i
sonucuoluşan ve tekrar
motorabeslen1e yap1 labj len
B203
külü
olduğu i fade ediltnektedir [ 1 8 ] .SAU Fen Hilinı er: [nstillisü Dergisi 7 Ci lt,
2.Sayı (Temmuz 2003)
'�----
... -·�---�---�--�---ı • ı t ' ,. �··' TP?! Pllr!eh ••• , . � 1 .ı . , 1 o' ll 1 1 'ı '' A-.�� . • .f' • • /l .ır • ... � · ,.• • r •·· • ·' 1'·1 . ·," ' ı .t,...; '.... • o.\t .. • ... t )· *'. ' • oc,:oo. ı I· ... .... .. c�1S)Vı,·tt�tt � � ·---· .. �ı.m :!lfit� • T • • 1 • ft...oe-ı w:ı\: i ' ' � ı ı ı ı:ws· , ı p•oı;c:ı.�Ot' l ı ı 1 �"Ult'IIJf !t�tı
1
f :<ıvır.•( Q�'l f :_ ... ı . • - · ' ·:·· --.. r.�.;;.ql. �w:n.t�.�-,c�:;, ,lt· tt)�' ·�;mUt��� �ıc4 T-.uıel..o: fHı 1. �t.'iıl
;
... _._ . ... . -.._ --- -·-- --·--... ... ..,--·--···-·�---... �- ..
...
-. ....,.. •.____ ,
�.do
1 ı �cdyum bor hıdrit' li yakıt hücresine sahip, Chrysler 1 Na! ri m aracı263
(} üç Aktarınıı :
..On
tekerleklere
güç sağlayan
e lektrik�
nıotoru
�1otor
•V akat Hücresl Teknolojisinde
Boı· Uygulamalari
A.İ.Çetin, i
.Ordu, A.Kolip3 5
k\V
S I EMEN·s
AC nıotor
Batarya ·r1 pi:
40 k W şafl lityun1 - iyon
Yak1t
İ ş l eınc i s i :
4'Hydrogen on Dean1and" siste1n,
M i
llcniunı
('e l l
�"'irması
Y
a1<ıt
l i
ücresi Si sten1 i :
•
SA U Fen Bi1iınlcı·i Enstitüsü Dergisi
7.Cilt, 2.Sayı (Temmuz 2003)
l V.SONLÇ
l\1otor1
utaş1tlar, günümüzde yaşanı1 n
öne
ın
ı
i
birp
a
rç
a
s1
dı
r
.Bun unla beraber,
bu araçlar
ço
könen1ll çevre
sorun I
anna
neden olmaktad1r. Bu sorun ların enö
nenıl isi
e
g
zos
eınisyonlarının
hava
k1rli liğiney
ol
açnıasıdır. Bu
emisyon değerleri
kanun lar
çerçevesinde
belirli
değerle
r
de olmas1 gere
kme
k
ted
i
r.Bu
değ
e
r
le
rin
gelecekte
daha da
düşürülmesijsteııecekti r.
Bundan do
lay
ı te1niz vealternat i f
y
akı
to
la
ra
k
h1droj
enin taşıt
l
a
rda
ku
J
1an1
lma
s1d
ü
şü
n
ülmü
ş
ve uygula
ınaların
a başJa
nın
ı
ştır.Hidrojenin taşıtlarda kul1anılnıasından
bu
ya
na,lı
id roj
eni
nelde
ed
1 lmes
ive
d
ep
olanına
sıdaha
da ko laylaştınlmışt1r."Yakıt Hücresı" t
ek
nolo
j
is
i i çten yanm
ahmotorlara
a
1te
nıati
folarak gelişt1rilınıştir.
Yakıthücresinde ku1lan1lan hidrojen; doğa] gaz, nıetanol, katı
yakıtlardan e1de
edjlebllmekte iken günümüzde bor
el
em
entininkullan1ln1asıyla
h1drojenin
eldeedi
hn
e
si ve
depo edilmesi sorunu 01tadan kaldırılmışt1r.
Yakıt
hüc
res
in
d
ekullanılan sodyuın
borhidrit,
bor
kinıyasallanndan
eldeedi
Jen trimetil
b
oratın
çeşitlikimyasal
i şlem
basamaklan
sonucuelde ed1 l ir. Sodvum
vbor
h1drlt gelecektekul lanı labil ecek
enteYniz
veen uzun
süreli muhtenıel eneı:i1 kaynağıdu.Ç
ünk
ü,bu
so1üsyonunreak
s
iyonu
sonucu
01iaya
ç1kan bor k
ü
lü
tekrar so
dyum
bor hidrite dönüştürü lerek
k u l lanı lab1l1nektedir.
Sonuç olarak,
dünya
nı
n en
zeng
in bor kaynaklarına sahipo
lan
ülkenıizde bor teknolojilerinin
g
eliş
tiri
lnıesi
ileyüksek oranda eneTji elde edi
l er
ek gerek taşıtlardagerek
s
ediğer uyguJarna alanlannda
temiz, sü
r
ekl
i veu
cuzen et]
isağlanabi
lcceğ1söylenebi lir.
K�YNAKLAR
[
1 ] Çl NJ(l
Mustafa M., "Pe
tro
l
'den Bor'an
E
ti hold
i
ng
A.Ş. Çalışma
Grubu
[2]
www. tubitak.g
ov.tr,
"2 1 .
yüzyda
girerken�
Türlö ye 'ni n
enerjjstratej i sini
n değerlendi ri Jınesi,[3] ÖZDEMiR
E., ·�Elektri k
E11e1j i siÜ
re
ti
n
ıinde YakıtHücresi
Teknoloj i si'', 'Türkiye 7 . Ene1ji J(ongres1, Ci
ltl l
,s.J l -4 1 ,
fZMİ R
[4]
Ü
LTA
NI
R
1\� .Ö.,
''Temiz
Enerji
Olarak ll
l d
roj
enYak1t1 ve Teknoloj isi ", Türk
i
ye 7 .Enerji Kongresi, C11t
l i i,
s.
1 93-208, İZMİRlS]
Ü LTAN l R M .Ö. �
"2 1 . Yüzy1 hn Yak1t1 Hidrojen',,B
ilim ve Teknik Dergisi, Sayı 344,s.
58-62TÜBİ'r
A
1(
1 996
l6J
ÖZDEMiR
E. , l'Yakıt I
-I
ü
cr
esinin E lektrikli
Ul
a
şın1Sistenılerinde J(ullanı 1n1ası)l,
I .
U lusal
UJaştm
S
eın
pozyumu, J\tlay1s 1 996[7] ..
Fuel Cclls, Gento
to theEorth
Supplies'', FuJiE lektrik Re·wie\v, Vol.
38, 1 992[ 8] WW\N .
s
ci
an1.
conı
264
Yakıt H ücresi Teknoloji inde
Bor Uygulamalari
A.İ.Çetin,
İ.Ordo,
A.Kolip[9]
.
vv\vw.partnersh1p .com, Kal
i fomiyaTeknolojı
Enstıtüsü
[ 1 0]
��DEMİR
E.,
UYAR
T.S.,
"Yakıt
Hücreleriile
Güç
Ureti lmesindekiG
el
işmeler
",
Kaynak Dergisi.K
a
sım 1 994·
[ J
1 ]ÜLTANI_�
M.Ö.,
"'H
idr
oj
enin
Yakıt Olarak
K.
u
ll
an
ım1 ve
O
zel
likleri", Çevre Enerji leri
KongretenB
ild
üil
e
ri , TMMOBM
a
k in
e
Mühendislen
Odası.
Al':KARA
1 997[ 1 ?J
VEZiROGLU
T.N . ,BARBİR
F.,
"H
yd
rog
e
n, ThevV
o
nder
Fuel'', Int. J.H
yd
r
o
g
en Energy,
Vol1 7,
)J0. 6.
pp.39J
-404, OXFORD1
992 [ 1 3] www.ballard.com[ 1 4]
wwvv.daimler-benz.com [ J 5] www.man.com [1
6]
W�'\V .ho
nda
.co
m [ ) 7] wwvv.opel. com
[ J 8) www.mil1eniun1cell .com [ 1 9] Ki my
a
Araştırma Bölümü, ((AnorganikB
o
r
Bileşikler, TÜBİTAK
[20] A r�ş11rma Gelişti nne
Grubu,''Türkiye'de Bor
Rezerv i, Ur
_
etimive
J(u1 lanlm Al
an
lan" Eti H
ol
d
ingA.Ş.
(2 1 ]
ŞAHINS.,
KOR N.,
((Bor
Atıklarınınİ
yo
nDeğitirme Metodu Üzerine Araştırma" Kinıva
Mülıend1shği Bölün1ü, İTÜ
1 982
,
�22) \Vvvw .etl'holdin g.gov. tr
[231
Knk
and
Othmer, '�Encyclopedia ofChemical
Te