Reformat Gazlar ile Çalışabilen Yüksek Sıcaklık Yakıt Hücresi ve Bileşenlerinin Tasarımı, Geliştirilmesi ve Mikro- Kojenerasyon Uygulamasının İncelenmesi

Abstract

Günümüzde, büyük bir kısmı fosil yakıtlardan üretilen enerjinin, yeni ve temiz enerji kaynaklarından üretimi giderek daha fazla önem kazanmaktadır. Güvenilir, sağlam ve çevre dostu güç üretim teknikleri içerisinde yakıt hücreleri yüksek verimlilik, yüksek basınç karakteristikleri ve çevre dostu olmaları nedeniyle büyük çekmektedir. Son yıllarda taşınabilir ve yerleşik uygulamalar gibi pek çok uygulaması olan yakıt hücrelerinin birleştirilmiş ısı ve güç (kojenerasyon) uygulamaları da gündeme gelmiştir. Birleştirilmiş ısı ve güç teknolojilerinde (CHP), yakıttaki kimyasal enerjiyi doğrudan elektrik enerjisine ve ayrıca faydalı ısıya dönüştüren yakıt hücreleri, düşük karbondioksit (CO2) emisyonu, yüksek elektriksel verim ve kolay bakım gibi avantajlar ile geleneksel güç üretim teknolojilerine (örneğin; içten yanmalı motor) göre kombine ısı-güç dağılımı üretmek için daha uygundur. Yüksek sıcaklık proton değişim membran (YS-PEM) yakıt hücresi tabanlı kojenerasyon sistemleri, düşük sıcaklık proton değişim membran (DS-PEM) tabanlı kojenerasyon sistemlerine göre kolay su yönetimi, daha ucuz yakıt işleme, daha fazla CO toleransı gibi avantajlara sahiptir. Bu proje kapsamında yüksek sıcaklık yakıt hücresi uygulamaları için polibenzimidazol (PBI) temelli kompozit ve çapraz bağlı membranlar geliştirilmiş ve reformat gazlar ile çalışabilen YS-PEM yakıt hücresi tasarımı yapılarak laboratuvar ölçekli mikro-kojenerasyon uygulaması incelenmiştir. Çalışmada ilk olarak yüksek sıcaklık yakıt hücrelerinin performansını ve kararlılığını arttırmak için yüksek sıcaklıklara uzun süre dayanıklı ve yüksek performanslı membranlar ve elektrot malzemeleri geliştirilmiştir. Hazırlanan membranların fizikokimyasal ve elektrokimyasal karakterizasyonu yapılarak, en iyi özelliğe sahip membrana ulaşılmaya çalışılmıştır. Daha sonra yüksek performans için özgün reaktant akış kanalları ve soğutma sistemine sahip 300 W net güce sahip YS-PEM yakıt hücresi tasarımı ve üretimi gerçekleştirilmiştir. Projede YS-PEM yakıt hücresi sisteminde önce saf H2 ile ve sonrasında farklı oranlarda CO, CO2 ve H2 gaz karışımları ile çalışılmıştır. Proje kapsamında ayrıca üretilen elektrik enerjisi yanı sıra sistemde oluşacak atık ısıdan maksimum derecede yararlanılması için kojenerasyon sistemi tasarımı ve modellemesi yapılmıştır.