6 results
Search Results
Now showing 1 - 6 of 6
Master Thesis Yüksek Sıcaklıkta Elektrokimyasal Hidrojen Ayrımı için Yüksek Verimli Katalizörün Hazırlanması ve Performansının İncelenmesi(2024) Bal, İlay Bilge; Devrim, YılserMevcut durumda küresel hidrojen (H2) üretimi büyük ölçüde fosil kaynaklara dayanmaktadır. H2 üretiminde en yaygın kullanılan yöntem buhar-metan reformasyonudur. Fakat bu yöntemle üretilen H2, karbon monoksit (CO) ve karbon dioksit (CO2) gibi safsızlıklar içermektedir. H2'nin endüstride hammadde olarak veya yakıt hücresi sistemlerinde enerji taşıyıcısı olarak kullanılabilmesi için belirli bir saflıkta olması gerekir. Dolayısıyla, bu safsızlıkları H2'den uzaklaştırmak için bir saflaştırma adımı kaçınılmazdır. Bu noktada, elektrokimyasal hidrojen saflaştırma (ECHP) sistemleri eş zamanlı H2 saflaştırma ve sıkıştırma yapabilme, hareketli parça içermeme, düşük işletme ve enerji maliyetleri, ölçeklenebilirlik gibi avantajları ile geleneksel H2 saflaştırma yöntemlerine güçlü bir alternatiftir. Bu tez çalışması kapsamında yüksek sıcaklık elektrokimyasal H2 saflaştırma (HT-ECHP) hücresi geliştirilmiştir. ECHP hücrelerinde karşılaşılabilecek olası problemlerden biri katalizör tabakasının reformat gaz içerisinde bulunan safsızlıklar nedeniyle zehirlenmesidir. Literatürde hidrojen oksidasyon reaksiyonu için tipik olarak Pt katalizörü kullanılmaktadır. Fakat, Pt katalizörünün CO toleransı oldukça sınırlıdır ve düşük miktarda CO varlığında bile katalizör zehirlenmesi meydana gelir. Bu çalışmada, HT-ECHP performansları incelenmek üzere grafen nanoplatelet (GNP) destekli platin (Pt) ve bimetalik platin-rutenyum (PtRu) katalizörleri sentezlenmiştir. Katalizörler, hızlı ve basit bir yöntem olan mikrodalga-destekli sentez yöntemiyle hazırlanmıştır. Hazırlanan katalizörler HT-ECHP uygulaması için fosforik asit katkılı polibenzimidazol (PBI) membran ile birleştirilmiştir. Katalizörlerin yapısal ve elektrokimyasal özellikleri termogravimetrik analiz (TGA), X-ışını kırınımı (XRD), X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS), geçirimli elektron mikroskopisi (TEM) ve döngüsel voltametri (CV) analizleri ile incelenmiştir. Karakterizasyon sonuçları, katalizörlerin HT-ECHP uygulaması için gerekli özellikleri sağladığını göstermektedir. Pt/GNP ve PtRu/GNP katalizörlerinin HT-ECHP performansları 140-180 ℃ sıcaklık aralığında H2, CO2 ve CO içeren reformat gazı karışımı ile incelenmiştir. Sonuçlar, katalizörlerin elektrokimyasal H2 saflaştırma performanslarının artan çalışma sıcaklığı ile arttığını göstermektedir. En yüksek H2 saflaştırma performansı PtRu/GNP katalizörü ile elde edilmiştir. Gaz kromatografisi (GC) sonuçları, PtRu/GNP katalizörü ile 160 ℃'de %99.938 yüksek H2 saflığının elde edildiğini göstermiştir. PtRu/GNP katalizörünün yüksek elektrokimyasal H2 saflaştırma performansı, GNP üzerine dekore edilmiş Pt ve Ru partikülleri arasındaki güçlü sinerjik etkileşimlere bağlanabilir. Bu sonuçlar, PtRu/GNP'nin HT-ECHP uygulaması için umut verici bir katalizör olduğunu göstermektedir.Master Thesis Şebekeye Bağlı Photovoltaıc Sistem ile Çalışan Yeşil Hidrojen Dolum İstasyonu Tasarımı(2025) Atabay, Reyhan; Devrim, YılserGelişen ve büyüyen sanayi, artan dünya nüfusu ve artan enerji ihtiyaçları, alternatif enerji kaynaklarının kullanımını zorunlu kılmaktadır. Artan dünya nüfusunun enerji ihtiyacı dikkate alındığında geçmişte kullanılan ve günümüzde de kullanılmaya devam eden fosil kaynaklar dünyaya zarar vermektedir. Fosil kaynakların kullanımı sonucu açığa çıkan zararlı gazlar dünya atmosferini kirletmekte, fosil kaynakların ulaşım araçlarında kullanılması ise sera gazı etkisini arttırmaktadır. Bu kirlilik, hem yeryüzündeki canlıların sağlığını tehdit etmekte olup yaşam kalitemizi düşürmektedir. Bu ve bunun gibi birçok zararlı etkileri olan fosil kaynaklar yerine temiz enerji kaynakları kullanılmalıdır. Yenilenebilir enerji kaynakları çevreye zarar vermediği gibi doğru kullanıldığında sürdürülebilir bir enerji kaynağına da dönüşebilmektedir. Güneş, rüzgâr, hidroelektrik, biyokütle ve hidrojen gibi yenilenebilir enerji kaynakları temiz bir gelecek için önemlidir. Bu çalışmada güneş enerjisi temelli yeşil hidrojen kullanan yakıt ikmal istasyonları Türkiye'de yedi farklı bölge için tasarlanarak sonuçlar karşılaştırılmıştır. Tasarlanan sistemde anyon değişim membran su elektrolizörü (ADME) ile güneş enerjisinden sağlanan elektrik kullanılarak sudan hidrojen üretilmekte ve üretilen hidrojen, hidrojen yakıt ikmal istasyonlarında depolanmaktadır. Yakıt ikmal istasyonları her istasyonda on adet yakıt hücreli araç ve iki adet yakıt hücreli otobüs tankı doldurulacak şekilde tasarlanmıştır. Tasarlanan yeşil hidrojen temelli sistemde her ilin güneş ışınım ve sıcaklık değerleri göz önünde bulundurularak belirlenen panel sayıları ile toplam 5 MW kurulu gücünde güneş enerji santrali, elektrolizör, kompresör, yüksek basınçlı kademeli hidrojen depolama tankları, invertör ve ön soğutma üniteleri içermektedir. Güneş enerji santrali her bölgede kurulum için seçilen ilin günlük güneş radyasyonu ve sıcaklık değerlerine göre elektrik üretim değerleri hesaplanmıştır. Hedeflenen yakıt ikmal istasyonu kapasitesine göre elektrolizörün günlük üretmesi gereken hidrojen miktarı belirlenmiş ve bu ihtiyacın karşılanması için gerekli olan elektik güneşten karşılanmadığı durumda şebekeden elektrik karşılanacaktır. Güneş enerjisinden üretilen elektrik enerji ihtiyacını aştığında, kalan elektrik şebekeyi besleyecektir. Tasarlanan sistemde kurulum yapılan farklı bölgeler için ekonomik analiz yapılmış ve Antalya, Aydın, Çanakkale, Çorum, Hakkâri, Konya ve Şanlıurfa illeri için LCOH değerleri sırasıyla 7.18 €/kg H2, 7.57 €/kg H2, 8.39 €/kg H2, 8.99 €/kg H2, 6.90 €/kg H2, 7.69 €/kg H2 ve 7.29 €/kg H2 olarak hesaplanmıştır.Master Thesis Güneş Esaslı Hibrit Güç Sistemlerinin Tasarımı ve Optimizasyonu(2020) Ceylan, Ceren; Ceylan, Ceren; Devrim, Yılser; Ceylan, Ceren; Devrim, Yılser; Devrim, Yılser; Energy Systems Engineering; Energy Systems EngineeringGelişen teknoloji ve artan Dünya nüfusuyla birlikte enerji talebi de artmaktadır. Fosil yakıtların günden güne tükenmesi nedeniyle, temiz enerji üretmek için yenilenebilir enerji kaynaklarını kullanılmaya başlanmıştır. En çok tercih edilen yenilenebilir enerji kaynağı olan güneş enerjisi bulutlu günlerde ve gecelerde kullanılamaz. Ayrıca güneş enerjisinin en büyük dezavantajı depolanma sorunun olmasıdır. Bu şartlarda enerji ihtiyacını karşılamak ve sürekliliği sağlamak için yakıt pilleri kullanılır. Kısa başlangıç sürelerinin olması ve yüksek verimlilikleri nedeniyle yakıt pilleri popüler hale geldi. Evrende en çok bulunan element olan Hidrojen (H2), yakıt pillerinde yakıt olarak kullanılır. H2 enerji kaynağı değildir ancak çok iyi bir enerji taşıyıcısıdır. Yakıt olarak kullanıldığında su ya da su buharı ortaya çıkar. Enerji üretimi sırasında, çevreyi kirleten ve sera etkisini arttıran kimyasallar ve zararlı gazlar yoktur ve bu da çevre dostu olduğunu kanıtlar. Bu tez çalışmasında, Şanlıurfa'da bulunan bir seranın enerji ihtiyacını karşılamak için günde 5 saat çalıştırılacak olan 2.4 kW Proton Değişim Membran Yakıt Pili (PEMFC) tasarlanmıştır. PEMFC'nin gereksinimi olan H2'yi üretmek için elektrolizör dizayn edilmiş ve elektrolizörün çalışması için gerekli olan elektrik 80 adet fotovoltaik (PV) modülden sağlanmıştır. Sistemde üretilen H2 PEMFC'de kullanılmak üzere tanklarda depolanır. Tasarlanan sistemde bir yılın sonunda toplam 430 kg H2 depolanmıştır. Bunun yanı sıra PEMFC çalışırken ısı ortaya çıkar ve bir günlük çalışmada yaklaşık olarak 20 kW ısı üretilmektedir. Bu ısı PEMFC'nin güvenliği ve yüksek verimliliğin sağlanması için uzaklaştırılmalıdır. Tasarlanan sistemde PEMFC tarafından üretilen ısı bir ısı değiştiricisi yardımıyla uzaklaştırılmaktadır. Bu işlemde ısı uzaklaştırılması ile ısınan PEMFC soğutma suyunun sıcaklığı 34 oC'ye kadar düşerken, seranın ısınması için kullanılacak suyun ısısını 61 oC'ye kadar çıkarılmıştır. Yatırım, işletme ve bakım maliyetinin, hibrit enerji sisteminin çalışma süresince ürettiği enerji miktarına oranı seviyelendirilmiş enerji maliyetini verir. Bu sisteminin seviyelendirilmiş enerji maliyeti 1.77 $/kWh olarak hesaplanmıştır.Doctoral Thesis Yüksek Performanslı Elektrokimyasal Hidrojen Kompresörünün Deneysel Olarak Geliştirilmesi(2023) Durmuş, Gizem Nur Bulanık; Devrim, Yılser; Çolpan, Can ÖzgürElektrokimyasal hidrojen (H2) sıkıştırma (ECHC) teknolojisi, H2'nin tek bir adımda sıkıştırılması ve saflaştırılması için umut vaat etmesi nedeniyle son zamanlarda dikkatleri üzerine çekmiştir. Şu anda, H2 üretmenin en yaygın ve en ucuz yöntemi, hidrokarbonların buharla reformasyonudur. Diğer bir deyişle, doğal gaz ve kömür H2'nin en uygun kaynaklarıdır. Bununla birlikte, bu yöntemin dezavantajı, karbon monoksit (CO) ve karbon dioksit (CO2) gibi bazı safsızlıklar yaymasıdır. Bu tez kapsamında yüksek sıcaklık elektrokimyasal H2 kompresörü (HT-ECHC) geliştirilmiştir. H2'nin saflaştırılması ve sıkıştırılması ile ilgili çalışmalarda deneysel bir yöntem kullanılmıştır. ECHC sistemlerinde karşılaşılan en büyük sorunlardan biri katalizörün CO nedeniyle zehirlenmesidir. Bu durum katalizörü kullanılamaz hale getirmekte ve katalizör maliyetleri ortaya çıkmaktadır. Bu nedenle bu çalışma, CO toleransı yüksek, 140-180 °C arasında çalışan ve düşük güç tüketen bir HT-ECHC geliştirmeyi amaçlamıştır. Bu çalışmada, farklı molar oranlarda H2, CO2 ve CO içeren reformat gazlar kullanılarak PBI membran bazlı HT-ECHC'nin H2 saflaştırma ve sıkıştırma performansı incelenmiştir. Performans testlerinde sıcaklığın HT-ECHC performansı üzerindeki etkisinin en kritik faktörlerden biri olduğu vurgulanmıştır. HT-ECHC'nin performansının CO'nun molar oranının artmasıyla düştüğü gözlenmiştir. Gaz kromatografisi (GC) sonuçları, 160 °C'de >%99,99 H2 saflığının elde edildiğini göstermiştir. Sonuçlara göre H2, 1.5V sabit voltaj ile atmosferik basınçtan 60 bara başarıyla sıkıştırılmıştır.Master Thesis Yeşil Hidrojen Temelli Hibrit Enerji Sisteminin Modellenmesi, Simülasyonu ve Tasarımı(2022) Özkök, Duygu; Devrim, YılserKüresel ısınma arttıkça ve fosil yakıt kaynakları tükendikçe yenilenebilir enerji kaynakları önem kazanmaktadır. Güneş ışığı, rüzgar, jeotermal enerjiler ve hidro enerji gibi temiz enerji kaynakları yenilenebilir enerji kaynaklarını oluşturur. Güneşin ve rüzgarın sonsuz kaynak olması yenilenebilir enerjiyi gün geçtikçe daha önemli hale getirmektedir. Ayrıca, dışa bağımlılığı azaltması da yenilenebilir enerji kaynaklarının önemini daha da arttırmaktadır. Ülkemiz gerek güneş ışınımı gerekse rüzgar potansiyeli yönünden oldukça verimli bir konuma sahiptir. Bu da güneş enerjisi ve rüzgar enerjisinden elektrik üretimini daha da önemli hale getirmektedir. Ancak ,yenilenebilir enerji kaynaklarının mevcut yüksek başlangıç maliyetleri ve düşük enerji dönüşüm verimlilikleri yenilenebilir enerjinin kullanılabilirlik durumunu azaltmaktadır. Güneş enerjisinden elektrik üretiminin akşam saatlerinde yapılmaması da kesintilere yol açmaktadır. Bu yüzden birbirini tamamlayıcı sistemler olarak güneş ve rüzgar enerji sistemleri entegrasyonu kullanılmaktadır. İki ya da daha fazla yenilenebilir enerji kaynağının bir arada kullanılmasına hibrit sistemleri denir. Tek bir yenilenebilir enerji kaynağının kullanılmasından ziyade hibrit sisteminin kullanımı hem maliyet açısından daha avantajlı hem de verimlilik açısından daha avantajlıdır. Tek sistem olarak kurulu kaynaklardan oluşabilecek kesintili elektrik sorunu, güneş-rüzgar enerjisi entegrasyonunda kurulan sistem çözebilir. Güneşin gündüz saatlerinde elektrik üretmesi ve rüzgarın akşam saatlerinde elektrik üretmesi birbirini tamamlayıcı özellik sağlar. Yenilenebilir enerji kaynaklarında karşılaşabilinecek diğer bir sorun ise depolamadır. Bilindiği gibi güneş enerjisinde kullanılan bataryalar mevsimsel depolama yapmamaktadır. Bu da fazla üretilen elektriğin kullanılamayacağını gösterir. Bu yüzden alternatif enerji kaynağı olarak hidrojen enerjisi devreye girer. Enerjinin hidrojen şeklinde depolanması hem günlük hem de mevsimsel depolama için çözüm oluşturur. Elektrölizör yardımıyla su molekülleri hidrojen (H2) ve oksijene (O2) ayrıştırılır ve yüksek basınçlı tanklarda H2 ve O2 olarak depolanır. Yakıt hücreleri de bu sistemde hidrojenin oluşturduğu kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren bir kaynaktır. Güneş-rüzgar sistemine entegre edilen yakıt hücreleri de enerji dönüşümünü yükseltmek açısından alternatif bir çözümdür. Yakıt hücresi türleri içinde proton değişim membranlı yakıt hücresi (PEMYH) sessiz çalışma ve daha düşük korozyon, yüksek güç yoğunluğu, düşük yerel emisyonlar, düşük çalışma sıcaklıkları gibi özelliklerinden dolayı en çekici olanıdır. Bu nedenle fotovoltaik paneller ve rüzgar türbinleri bulunan hibrit sistemler için PEMYH ile çalıştırılabilirler. Yenilenebilir enerji kaynaklarının çalışmalarındaki en önemli süreci simülasyon adımları oluşturmaktadır. Bu tez çalışması, Ankara Atılım Üniversitesinin 25 kW'lık elektrik ihtiyacını şebekeye bağlı olmadan, hibrit sistemlerden karşılamak için yapılmıştır. Sistem depolama sorunun çözmek için hidrojen enerjisi ve buna bağlı olarak yakıt hücresi tasarlanmıştır. Günde 5 saat çalışacak PEMYH tasarımı MATLAB program aracılığıyla tasarlanmış ve TRNSYS programına entegre edilmiştir. Sistem simülasyonu TRNSYS programı kullanılarak yapılmıştır. Elektrölizörün çalışması için sabit sayıda seçilen rüzgar türbinlerine göre optimum panel sayısı belirlenmiştir. Son olarak Seviyelendirilmiş maliyet hesaplamaları hesaplanarak ve optimum sistem belirlenmiştir.Master Thesis Yüksek Sıcaklık Pem Yakıt Hücresi Yığını Tasarımı, Üretimi ve Testleri(2019) Budak, Yağmur; Devrim, YılserSon yıllarda, teknoloji ve nüfusun gelişmesiyle birlikte enerjiye olan ihtiyaç da artmaktadır. Proton Değişim Membran Yakıt Hücreleri (PEMFC), yüksek verimlilikleri, düşük emisyon üretmeleri, yüksek güç yoğunlukları, sessiz çalışmaları ve kısa başlangıç süreleri sayesinde son yıllarda oldukça tercih edilen alternatif enerji teknolojilerinden birisidir. Yüksek Sıcaklık PEMFC (HT-PEMFC) tipi PEMFC, 100 derecenin üzerindeki çalışma sıcaklıkları sayesinde kolay su yönetimi ve yüksek karbon monoksit (CO) toleransı sağlarlar. Bu tip yakıt hücrelerinin günümüzde sıklıkla kullanılan doğal gaz ve metan gibi gazların kısa bir işleminden elde edilen reformat gazlar ile kullanılabilmeleri ve daha kolay ticarileşmeleri için CO toleranslarının büyük olması gerekmektedir. Bu tez çalışmasında, 150 cm2 aktif alana ve 12 hücreye sahip nominal bir 300 W HT-PEMFC yığınının tasarımı, üretimi ve testleri yapılmıştır. HT-PEMFC yığınının üretimi için seçilen malzemeler; kompozit grafit bipolar plakalar, eloksal kaplı alüminyum plakalar, Altın kaplı bakır plaka akım toplayıcıları, paslanmaz çelik bağlantılar, Viton® conta, Pt/C kaplı karbon kâğıt gaz difüzyon tabakası ve PBI membranlarıdır. Tez kapsamında, mevcut test istasyonu HT-PEMFC yığınını reformat gaz karışımı ile test edebilmek amacıyla geliştirilmiştir. Yığının tasarım parametrelerinin belirlenebilmesi için ilk olarak 160oC'de Hidrojen (H2) gazı ve reformat gaz karışımı beslemesi ile tek hücreli performans testleri yapılmıştır. 0.6 V çalışma voltajında H2 gazı ile 0.33 A/cm2 ve reformat gaz karışımı ile 0.28 A/cm2 akım yoğunluğu değerleri elde edilmiştir. Daha sonra tek hücreli HT-PEMFC'in test sonucuna göre HT-PEMFC yığını tasarımı yapılmıştır. Yığın tasarımının ardından bipolar plaka üzerindeki basınç kaybı, Solidwork Flow Simulation programı kullanılarak 3 farklı gaz akış hızı için analiz edilmiştir. Maximum basınç kayıpları, H2 ve reformat gaz karışımı (H2/CO2/CO-75/22/3) için sırasıyla 0.5 slpm de 83.5 Pa ve 0.56 slpm de 129.83 Pa olarak hesaplanmıştır. Ardından üretilen yığın performansları H2 ve reformat gaz ile test edilmiştir. Saf H2 beslemeli HT-PEMFC yığınının gücü 7.2 V çalışma voltajında 320 W iken, reform gaz karışımı ile HT-PEMFC yığınının gücü 7.2 V'da 218 W elde edilmiştir. Buna ek olarak, H2 beslemesi ile yığının toplam verimi %79 olarak belirlenirken, reformat gaz beslemesi ile verim % 76'ya düşmektedir. Bu kayıplar, reformat gaz karışımı kullanımının avantajları ve yakıt hücresinin ticarileşmesi göz önüne alındığında ihmal edilebilecek kayıplarıdır.