Bir elektrolizör, elektrik kullanarak sudan oluşan hidrojen ve oksijen moleküllerini ayırabilen kimyasal bir işlemle (elektroliz) hidrojen üreten bir cihazdır. Bu, sürdürülebilir bir şekilde, yani atmosfere karbondioksit salınmadan üretilen, karbondan arındırılmış bir ekonominin temeli olabilecek bir cihaz olan hidrojendir.
Elektroliz ilk başta bir beher, birkaç kablo ve birkaç pille yapılan bir lise laboratuvar deneyi gibi görünebilir. Ancak moleküllerin, bu durumda su moleküllerinin elektrik kullanarak ayrışmasını sağlayan bu işlemin etkisi, yeşil hidrojen elde etmenin anahtarıdır.
hidrojen üretimi
Hidrojen evrende en çok bulunan elementtir ve bu nedenle mükemmel bir yakıt olabilir. Ancak tek sebep bu değil: Hidrojen yandığında karbondioksit üretilmiyor. Bunun yerine su buharı üretilir. Bu şekilde kullanılması, küresel ısınma ve küresel ısınmadan sorumlu emisyonları büyük ölçüde azaltacaktır.
Buradaki zorluk, hidrojen üretmek için elektrik enerjisine ihtiyaç duyulduğu ve bu enerjinin fosil yakıtlardan gelmesi durumunda emisyonların üretildiği gerçeğinde yatmaktadır. Buna karşılık, yeşil hidrojen olarak bilinen maddenin üretimi, elektroliz işlemine güç sağlamak için yenilenebilir enerjilerin kullanılmasına ve böylece sudan hidrojen elde edilmesine dayanır. Bu işlemden sorumlu makineye elektrolizör denir.
Elektrolizör nasıl çalışır?
Bir elektrolizör, su moleküllerini oksijen ve hidrojen atomlarından oluşan bileşenlere ayırabilen bir cihazdır. İki element arasındaki bağlar çok kararlıdır ve bu bölünmenin elektroliz adı verilen bir süreçte gerçekleşmesi için elektrik enerjisi gerekir. Verimli bir elektrolizör, hidrojen penetrasyonunun ve endüstrilerde hidrojen yakıt hücrelerinin benimsenmesinin anahtarı olacaktır.
Dünyanın en büyük elektrolizörlerinden biri, ünlü nükleer felaketin meydana geldiği Japonya’nın Fukushima kentinde bulunuyor ve güneş panelleri tarafından çalıştırıldığı için enerji üretiminde bir paradigma değişimini simgeliyor. Yakın zamanda, Ocak 2021’de Japon elektrolizörü, günde 8,2 ton çıkışlı bir polimer membran cihazından oluşan Kanada, Bécancour’u çok geride bıraktı.
Elektroliz ilk olarak 1800 yılında, Alessandro Volta tarafından elektrik hücresinin icadından sonra aynı yıl keşfedildi, diğer kimyagerler elektrotlarını bir su kabına bağlamayı denediler. Daha sonra akımın sudan geçtiğini ve elektrotlarda hidrojen ve oksijenin ayrıldığını keşfettiler.
Elektrolizör, yüksek voltaj ve akımın uygulandığı bir zarla ayrılmış bir iletken elektrot yığınından oluşur. Bu, suda bir elektrik akımının oluşmasına ve bileşenlerine ayrılmasına neden olur: hidrojen ve oksijen. Komple sistem ayrıca pompalar, güç elektroniği, gaz ayırıcı ve depolama tankları gibi diğer yardımcı bileşenleri de içerir.
Üretilen oksijen paralel olarak atmosfere salınır veya bazı durumlarda daha sonra tıbbi veya endüstriyel bir gaz olarak kullanılmak üzere depolanabilir. Hidrojen, endüstride veya trenler, gemiler ve hatta uçaklar gibi ulaşım araçlarına güç sağlayabilen hidrojen yakıt hücrelerinde kullanılmak üzere sıkıştırılmış veya sıvılaştırılmış gaz olarak depolanır.
Elektrolizör türleri
Günümüzde boyutlarına ve işlevlerine bağlı olarak farklı elektrolizör türleri bulunmaktadır. En yaygın olanları:
alkalin elektrolizör
Alkali elektrolizör, potasyum hidroksit veya sodyum hidroksit ve su gibi bir sıvı elektrolit çözeltisi kullanır. Hidrojen, anot, katot ve zardan oluşan bir hücrede üretilir. Hücreler genellikle aynı anda daha fazla hidrojen ve oksijen üretmek için seri olarak gruplandırılır. Elektroliz hücreleri yığınına akım uygulandığında, hidroksit iyonları elektrolit boyunca negatif elektrottan her hücrenin pozitif elektroduna geçerek elektrolizörün katot tarafında hidrojen gazı ve anotta oksijen gazı kabarcıkları oluşturur. 100 yılı aşkın bir süredir kullanılmaktadırlar ve katalizör olarak asil metallere ihtiyaç duymazlar; Bununla birlikte, orta saflıkta hidrojen elde eden ve çalışma sırasında çok esnek olmayan hacimli bir ekipmandır.
Proton Değiştirme Membranı (PEM) Elektrolizörü
PEM elektrolizör, bir proton değişim membranı ve bir katı polimer elektrolit kullanır. Akım uygulandığında, hidrojen ve oksijen katot tarafında birleşerek hidrojen gazı oluşturur, hidrojen protonları zardan geçerek suyun ayrılmasına neden olur. En popüler olanlarıdır çünkü yüksek saflıkta hidrojen üretirler ve kolay soğutulurlar. Yenilenebilir enerjilerin çeşitliliğine uyum sağlamak için en uygun olanıdır, kompakttır ve yüksek saflıkta hidrojen üretir. Öte yandan, katalizör olarak değerli metaller kullandıkları için biraz daha pahalıdırlar.
Katı oksit elektrolitik hücre (SOEC)
SOEC’ler daha yüksek bir sıcaklıkta (500 ile 850 °C arasında) çalışır ve PEM’lerden ve alkalin elektrolizörlerden daha verimli olma potansiyeline sahiptir. Bu işleme yüksek sıcaklıkta elektroliz (HTE) veya buhar elektrolizi denir ve elektrolit olarak sert bir seramik malzeme kullanılır. Dış devreden gelen elektronlar katotta su ile birleşerek hidrojen gazı ve negatif yüklü iyonlar oluşturur. Oksijen daha sonra kayan seramik membrandan geçer ve anotta reaksiyona girerek oksijen gazı oluşturur ve dış devre için elektronlar üretir. Yukarıdakilerden teknolojik olarak daha az gelişmiştirler.
Yukarıdaki tipler kadar verimli veya uygun maliyetli olmayan, ancak fotoelektroliz gibi çok fazla iyileştirme potansiyeline sahip başka elektrolizör tipleri de vardır. Bu türler ayrıca elektriğe ihtiyaç duymadan su moleküllerini toz haline getirmek için bireysel güneş ışığını kullanır. Ancak bu cihaz, henüz yeterince gelişmemiş yarı iletkenler gerektiriyor.
kaynak:
https://www.cummins.com/news/2020/11/16/electrolyzers-101-what-they-are-how-they-work-and-where-they-fit-green-economy
https://www.researchgate.net/figure/The-three-types-of-electrolysers-a-Acidic-PEM-Polymer-Electrolyte-Membrane-b_fig3_320669694
https://www.iberdrola.com/sustainability/electrolyzer
yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu
Diğer gönderilerimize göz at
[wpcin-random-posts]
İlk Yorumu Siz Yapın