Yüksek Saflıkta ve Basınçta Hidrojen Eldesi için Yüksek Sıcaklık Elektrokimyasal Hidrojen Kompresörü Geliştirilmesi

Abstract

Son yıllarda dünyanın giderek artan fosil enerji kaynakları kullanımı çevresel sorunların artmasına neden olmuş ve buna bağlı olarak alternatif enerji kaynakları giderek artan önem kazanmıştır. Günümüzde hem çevresel kaygılar hem de fosil yakıtların yakın gelecekte tükenmesi nedeni ile enerji üretimi, dağıtımı, depolanması ve kullanımında önemli değişiklikler yapılması gerekmektedir. Alternatif enerji kaynakları içinde Hidrojen enerjisi bu değişimler için ideal bir çözüm olma potansiyeline sahiptir. H2?nin sabit güç üretimi, kimya sanayi ve yakıt hücreli araçlarda yaygın olarak kullanımı için verimli bir şekilde saflaştırılması gerekmektedir. Ancak günümüzde H2 üretimi hala büyük ölçüde fosil yakıtlara dayalıdır ve bu nedenle saf olarak üretilememektedir. Bu nedenle, H2?nin büyük ölçekte saflaştırılması zorunludur. Ayrıca en hafif gaz olan H2?nin hacimsel enerji içeriği yüksek basınçlarda sıkıştırılmadığı sürece, rakip yakıtların oldukça altındadır ve bu da sıkıştırmayı kaçınılmaz kılar. Bu nedenle H2 enerjisinin ve kullanımının yaygınlaşması için verimli saflaştırma ve sıkıştırma önem taşımaktadır. H2?nin hem saflaştırılması hem de sıkıştırılmasını sağlayan elektrokimyasal H2 kompresörünün (EKHK) halen endüstriyel ölçekte kullanılan klasik teknolojilere kıyasla sayısız avantajı bulunmaktadır. EKHK sistemleri termodinamik ve operasyonel avantajlarının yanı sıra kullanım kolaylığı da sağlamaktadır. Bu proje kapsamında yüksek safsızlık toleransına sahip yüksek sıcaklık EKHK uygulamaları için polibenzimidazol (PBI) temelli ve MOF katkılı kompozit membranlar geliştirilmiş ve EKHK uygulaması incelenmiştir. Çalışmada ilk olarak yüksek sıcaklık EKHK sistem performansını ve kararlılığını arttırmak için yüksek sıcaklıklara dayanıklı ve yüksek performanslı kompozit membranlar geliştirilmiştir. Hazırlanan membranların fizikokimyasal ve elektrokimyasal karakterizasyonu yapılarak, en iyi özelliğe sahip membrana ulaşılmaya çalışılmıştır. Daha sonra yüksek performans için özgün akış kanalları ve tasarıma sistemine sahip 5 hücreli EKHK yığını tasarımı ve üretimi gerçekleştirilmiştir. Projede yüksek sıcaklık EKHK sisteminde farklı oranlarda CO, CO2 ve H2 içeren reformat gaz karışımları ile çalışılmış ve saflaştırma performansı incelenmiştir.