BOR VE KULLANIM ALANLARI

Transkript

1 T.C GAZĐ ÜNĐVERSĐTESĐ GAZĐ EĞĐTĐM FAKÜLTESĐ ORTAÖĞRETĐM FEN VE MATEMATĐK ALANLARI EĞĐTĐMĐ ANABĐLĐM DALI FĐZĐK EĞĐTĐMĐ BĐLĐM DALI BOR VE KULLANIM ALANLARI Hazırlayan Çiğdem YENĐALACA Tez Danışmanı Doç. Dr. Mustafa KARADAĞ ANKARA 2009

2 ĐÇĐNDEKĐLER Sayfa ÖZET.. III ABSTRACT... IV TEŞEKKÜRLER... V 1.GĐRĐŞ GENEL BĐLGĐLER Borun Tarihçesi Türkiye de Bor Üretiminin Tarihçesi Borun Genel Özellikleri Bor Elementinin Kristal Yapısı Bor Elementinin Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri Bor Mineralleri Boraks (Tinkal) Kolemanit Üleksit Probertit Kernit(Razorit) Hidroborasit Pandermit BORUN KULLANIM ALANLARI Cam Sanayinde Kullanım Yalıtım Cam Elyafı Borosilikat Camlar

3 Tekstil cam elyafı Seramik Sanayinde Kullanım Sır ve Emaye Seramik Sırları Emaye Temizleme ve Beyazlatmada Kullanım Đnşaat ve Çimento Sanayinde Kullanım Đnşaat Endüstrisinde Isı ve Ses Yalıtım Amaçlı Uygulamaları Çimento Endüstrisinde Yanmayı Önleyici/Geciktirici Madde Olarak Kullanım Nükleer Uygulamalarda Kullanım Atom Reaktörlerinde Nötron Absorpsiyonunda Nötron Đzolatörü Olarak Kullanımı Borlu Paslanmaz Çelik Olarak Kullanımı Nötron Odalarında Enerjide Kullanım Borun Hidrojen Üretimi ve Depolanmasında Kullanımı Borun Yakıt Pili Olarak Kullanımı Borun Motor Yakıtı Olarak Kullanımı Borun Motor Yakıtı Katkı Maddesi Olarak Kullanımı Makine ve Metalurjide Kullanım Sağlıkda Kullanım BNTC (Bor Nötron Yakalama Tedavisi) Tarımda Kullanım.32 KAYNAKLAR. 33 3

4 ÖZET Bu çalışmada öncelikle bor tanıtılmış, borun tarihçesi hakkında bilgi verilmiş,bor mineralleri anlatılmıştır.daha sonra bor ve minerallerinin kullanım alanları anlatılmıştır.kullanım alanlarının öncelikle niteliğine,sonra niceliğine dikkat çekerek ; cam sanayiinde kullanımı, seramik sanayiinde kullanımı,temizleme ve beyazlatmada kullanımı, inşaat ve çimento sanayiinde kullanımı,yanmayı önleyici/geciktirici olarak kullanımı,nükleer uygulamalarda kullanımı,enerjide kullanımı,makine ve metalurjide kullanımı,sağlıkda kullanımı ve tarımda kullanımı anlatılarak borun önemi vurgulanmıştır. Anahtar Kelimeler : Bor, kullanım alanları ABSTRACT The aim of this study is to introduce boron, give informations about history of boron, explain boron minerals and explain the use of boron fields. Using of glass industry, using of ceramic industry,using of cleaning and whitening,using of construction and cement industry, as well as preventing and retarding,using of nuclear applications,using of energy fields,using of machine and metallurgical industry,using of health fields and in agriculture have been given with the importance of boron. Key words : Boron, the use of boron fields 4

5 TEŞEKKÜRLER Bu çalışmayı yapmam konusunda beni yönlendiren, zor anlarımda anlayış ve teşvik edici tutumlarıyla beni motive eden, her zaman destek olan değerli hocam Doç. Dr. Mustafa KARADAĞ a sonsuz teşekkürlerimi bir borç bilirim. 5

6 1. GĐRĐŞ Dünya bor üretiminin %90 ını Türkiye ve ABD yapmaktadır. Türkiye de kolemanit, üleksit ve boraks mineralleri ve borik asit, boraks dekahidrat, boraks pentahidrat,sodyum perborat monohidrat ve susuz boraks ticari olarak üretilmekte ve üretimin büyük bir bölümü ihraç edilmektedir. ABD de kernit minerali ve borik asit, boraks pentahidrat, susuz boraks, bor oksit, sodyum metaborat, sodyum penta borat, potasyum pentaborat gibi bor ürünleri ticari amaçlarla üretilmektedir. Dünyada bor tüketimi bölgesel olarak değismektedir. Bor minerali Kuzey Amerika da cam, Avrupa da deterjan ve Latin Amerika ve Asya da seramik endüstrisinde kullanılmaktadır. Bor minerallerinin kullanım alanı ve miktarında ABD ve Batı Avrupa da farklılıklar gözlenmektedir.abd de bor tüketiminin %68 i cam, % 5 i deterjan, %3,5 seramik, %3,5 tarım ve % 3,5 alev geciktirici endüstrisinde yapılmaktadır. Avrupa da boratların en büyük kullanım alanı deterjan sanayidir. Avrupa da tüketimin %35 i deterjan, %23 ü cam, %10 u seramik ve %2 si tarım endüstrisindedir. Türkiye de boratların tüketimi çok düşük seviyede olup, dünya tüketiminin %1-2'si civarındadır yılı itibariyle Türkiye'de borun %27'si demir-çelik, %12'si cam ve cam elyafı, %38'i seramik ve firit, %12'si deterjan, %5'i kimya ve %6'sı diğer sektörlerde tüketilmiştir. Cam sanayisinde ; bor erimiş haldeki cam ara mamülüne katıldığında onun vizkozitesini artırıp,yüzey sertliğini ve dayanıklılığını yükselttiğinden ısıya karşı izolasyonun gerekli görüldüğü cam mamüllerine katılarak kullanılmaktadır. Seramik sanayisinde ; borla kaplanan emaye onun paslanmasını önlemesi ve seramiği çizilmeye karşı dayanıklı kılması açısından kullanılmaktadır. Temizleme ve beyazlatmada ; sabun ve deterjanlarda,mikrop öldürücü, su yumuşatıcı, beyazlatıcı etkisi nedeniyle kullanılmaktadır. 6

7 Đnşaat ve çimento sanayisinde ; çimento için dayanıklılık artırıcı ve izolasyon özelliği sağlaması açısından kullanılmaktadır (daha sağlam, depreme-ısıya dayanıklı binaların yapılmasında, yalıtımda).ayrıca bor katkılı çimentonun diğer çimentoya göre daha dayanıklı olduğu ve daha hızlı soğuduğu kanıtlanmış ve bu özelliği sebebiyle yol çalışmalarında kullanımı önem kazanmıştır. Yanmayı önleyici/geciktirici madde olarak ise ; bor, erime noktasının çok yüksek olması ve bu nedenle yanmaya karşı oldukça dayanıklı olması sebebiyle yanmayı önleyici/geciktirici madde olarak kullanılmaktadır. Nükleer uygulamalarda, borun nötron soğurma gücünün çok yüksek olması sebebiyle atom reaktörlerinde borlu çelikler, bor karbürler ve titanbor alaşımları kullanılmaktadır.reaktör aksamları, nötron soğurucular, reaktör kontrol çubukları, nükleer kazalarda güvenlik amaçlı ve nükleer atık depolayıcı olarak kullanılmaktadır. Enerji sektöründe ; hidrojen üretimi ve depolamasında, motor yakıtı olarak,motor yakıtı katkı maddesi olarak kullanılmaktadır.enerji ile ilgili araştırmalar ve projeler henüz deney aşamasında olmakla birlikte ancak temiz bir çevreyle birlikte düşünülebilecek gelişimin ve üretimin içinde yerini alacaktır. Tarım alanında ; bor mineralleri bitki örtüsünün gelişmesini arttırmak veya önlemek maksadıyla kullanılmaktadır.bor, değişken ölçülerde, birçok bitkinin temel besin maddesidir. Makine ve Metalurjide ; bor kimyasalları yüksek sıcaklıklarda düzgün, yapışkan, koruyucu ve temiz bir sıvı oluşturma özelliğinden dolayı, koruyucu bir cüruf oluşturucu ve erimeyi hızlandırıcı madde olarak kullanılmaktadır. Özellikle çeliğin sertliğini artırıcı madde olarak kullanılmaktadır. Bor, makina/metalurji sanayisinde demir esaslı malzemelerden yapılan makine parçalarında elemanların aşınmaya, yüzey basıncına, korozyona karşı dirençli olması için yüzeylerinin sertleştirilmesinde kullanılmaktadır. Sağlık sektöründe ; BNCT (Boron Neutron Capture Therapy)(Bor Nötron Yakalama Tedavisi) kanser tedavisinde kullanılmaktadır. Özellikle ; beyin 7

8 kanserlerinin tedavisinde hasta hücrelerin seçilerek imha edilmesinde kullanılmakta ve sağlıklı hücrelere zararının minimum düzeyde olması nedeniyle tercih nedeni olabilmektedir. 21.Yüzyılın petrolü olarak nitelenen bor madenleri, Türkiye nin tek stratejik önemi olan maden varlığıdır.yerine ikamesi olmayan bor madenleri uzay teknolojisinden, enerji sektörüne, nükleer teknolojiden, savunma sanayisine çok geniş bir alanda kullanılan bir madendir. Tez kapsamında hazırlanan bu çalışmada, bor ve bor ürünlerin değerini kavramak için kullanım alanlarına bakmak gerektiğini vurgulamak amaçlanmıştır. 2. GENEL BĐLGĐLER 2.1. Borun Tarihçesi Tarihte ilk olarak 4000 yıl önce Babiller Uzak Doğu' dan boraks ithal etmiş ve bunu altın işletmeciliğinde de kullanmışlardır. Mısırlıların da boru, mumyalamada, tıpta ve metalurji uygulamalarında kullandıkları bilinmektedir. Đlk boraks kaynağı Tibet Göllerinden elde edilmiştir. Borik asit ise ; 1700 lü yılların başında borakstan yapılmış, 1800 lü yılların başında da elementer bor elde edilmiştir. Elementel bor 1808 yılında Fransız Kimyacı Gay-Lussac ile Baron Louis Thenard ve bağımsız olarak Đngiliz kimyacı Sir Humpry Davy tarafından bulunmuştur. Genel olarak bor içeren doğal minerallere boratlar denilmekte ve boratlar insanoğlu tarafından binlerce yıldır kullanılmaktadır. Modern bor endüstrisi ise 13. yy da Marco Polo tarafından Tibet ten Avrupa ya getirilmesiyle başlamıştır.1771 yılında, Đtalya nın Tuscani bölgesindeki sıcak su kaynaklarında Sassolit (borik asit ürünü) bulunduğu anlaşılmış, 1852 de Şili de endüstriyel anlamda ilk boraks madenciliği başlamıştır. Nevada, California, Caliko Moutain ve Kramer yöresindeki yatakların bulunarak işletilmeye alınmasıyla ABD dünya bor gereksinimini karşılayan birinci ülke haline gelmiştir. Türkiye de ilk 8

9 işletmenin 1861 yılında çıkartılan Maadin Nizannamesi uyarınca 1865 yılında bir Fransız şirketine işletme imtiyazı verilmesiyle başladığı bilinmektedir Türkiye de Bor Üretiminin Tarihçesi 1850 li yılların başında, Bebek te mermer işleri ile uğraşan Polonya lı mülteci Henri Groppler eski ortağı fransız mühendis Camille Desmazures e alçı taşından yapıldığını sandığı heykeller hediye eder. Heykellerde yüksek oranda boraks olduğunu anlayan fransız Camille Desmazures, ortağı ile birlikte Türkiye de boraks aramaya başlar ve Balıkesir ili Susurluk ilçesi yakınlarındaki Sultançayırı mevkiinde bulurlar. Buldukları pandermit adı verilen bir bor minerali türüdür.fransızlar, pandermitin işletilmesi için 1856 yılında Sultandan 37 dönüm arazi üzerine alçıtaşı madeni çıkarmak üzere 20 sene süreli işletme izni alırlar. Bor Osmanlı döneminde yabancı firmalar tarafından alçıtaşı olarak işletilmiştir yılında Sultançayırındaki cevherler Desmond Aber Smith den 3/12002 sayılı Kararname ile bu yıllarda dünya tekeli firma durumundaki Borax Consolidated Ltd ye devredilmiştir. Borax Consolidated 1951 yılında ton a yakın ihracat yapsa da 1954 yılında bor cevherinin tükendiğini ileri sürerek, Sultançayırı ocağını kapatır. Ancak piyasalardaki düşük tenörlü cevherin satışını 1961 yılına kadar sürdürerek Türkiye deki faaliyetlerine devam eder. 14 Haziran 1935 tarihinde kurulan Etibank'da bor madenleri ile ilgisini sürdürmektedir. MTA nın Kütahya/Emet yöresinde Tersiyer Linyit Arama adı altında yürüttüğü çalışmalarda kolemanit yatağı bulunur. Đlk jeolojik tespitlerden sonra alınan ruhsat 15 Mayıs 1958 de Etibank a devrolunur. Etibank ruhsatı aldıktan sonra 1958 ve 1959 yıllarında aramalarını sürdürürken üretime de geçer. Borax Consolidated Ltd yılında yabancı sermayeyi teşvik kanunlarından yararlanmak için Türk Boraks Madencilik Anonim Şirketini kurar. Bu tarihten sonra Türkiye de bu yeni şirket vasıtasıyla madencilik faaliyetlerini yürütecektir. Bu şirketin hisselerinin %94 ü Borax Consolidated, % 2 si Türk hissedarlar, % 4 ü Đngiliz hissedarlara verilmiştir. Bu arada başka bir kararname ile iki yabancı şirkete daha arama ve işletme izni verilir. Bunlardan biri American Potash And Chemical Co., diğeri ise Ugine Kuhlman dır. 9

10 Eskişehir Kırka da bor tuzu aramaları maden arama ruhsatı sahibi yerli madenciler adına 1950 li yılların sonlarına doğru MTA uzmanlarınca başlatılmıştır. Bu aramalar devam ederken 1961 Ağustos ayında Borax Consolidated Ltd. Maden Dairesinden kendi adına bir arama ruhsatı alarak hissesinin büyük bir kısmı kendisine ait Türk Boraks Madencilik A.Ş.'ne devir ederek aramaları başlatır. Şirket ürettiği tinkal ürününün fiyatlarını önce $/ton a daha sonra 17 $/ton a kadar düşürmüştür.bu boraks yataklarının ruhsatı 1968 yılından itibaren Etibank a geçmiştir. Etibank tarafından bu yatakları işlemek için gerekli çalışmalara 1969 yılında başlanarak 1970 yılında tesisler kurulmaya başlanmıştır. Balıkesir in Bigadiç Đlçesi yakınlarında da 1950 yılından beri bor tuzu (KOLEMANĐT ve ÜLEKSĐT) üretip ihraç eden Türk Girişimcileri (Bortaş, Ali Şayakcı, Rasih-Đhsan, Yakal Madencilik) vardı yılında burada faaliyet gösteren Fransız KEMAD Ltd. (Kimya Endüstri Madenleri Ltd. Şti.) nin saha sınır anlaşmazlığı nedeniyle Bakanlar Kurulu Kararıyla 13/02/1976 da Tülü Açık Đşletmesinin bulunduğu sahanın Etibank a verilmesi ile Etibank bölgede madencilik faaliyetlerine başlamış ve 08/04/1976 tarihinde Emet Müessesesine bağlı Etibank Bigadiç Madenleri Đşletmesi Şantiyesi kurulmuştur. Bursa Mustafa Kemalpaşa da Kestelek civarındaki bor tuzu yatakları (Kolemanit) MTA Enstitüsünün Linyit Araştırmaları esnasında 1954 yılında bulunmuştur. Diğer tüm bor tuzu sahalarının imtiyazı hakkında olduğu gibi 4 Ekim 1978 tarih ve 2172 sayılı Devlet çe işletilecek Madenler ile ilgili yasa gereği 21/08/1979 tarihinde saha o tarihteki adımız ile Etibank a devredilmiştir. Bugün için bu görev 1983 yılında çıkartılan 2840 sayılı Devletçe işletilecek madenler kapsamında Eti Maden Đşletmeleri Genel Müdürlüğü tarafından yürütülmektedir Borun Genel Özellikleri Yer kabuğunda 51. yaygın element olarak boratlar ve borosilikatlar halinde yer alan bor elementi, yaklaşık 3 ppm'lik konsantrasyon değerine sahiptir. Kimyasal sembolü "B" olup, periyodik cetvelde IIIA grubunun metal olmayan tek elementidir. Bor elementinin erime sıcaklığı 2300 C, kaynama sıcaklığı ise 4000 C 'dir. Elementlerden karbon ve silisyum elementlerine benzerliği en fazla ve oksijene karşı afinitesi (kimyasal reaksiyona girme isteği) çok yüksek olan bir elementtir. Atom numarası 5, atom ağırlığı 10,81 olan bor elementinin amorf bir toz halindeki rengi 10

11 koyu kahverengi ve çok gevrek ; sert yapılı monoklinik kristal halinin rengi ise sarımsı kahverengidir. Kristal haldeki elementel borun elde edilmesi için yüksek basınç ve sıcaklık gereklidir. Kristal bor, amorf bordan sertlik ve kırılganlık gibi fiziksel özellikleri bakımından daha tercih edilir özelliklere sahiptir Bor Elementinin Kristal Yapısı Bor elementinin dış yörüngesinde 3 tane elektron bulunduğundan 3 tane bağ yapabilir.bor kristalinin birim hücresinde 12 bor atomu yer almaktadır.12 bor atomu içeren birimlerin birbirine farklı bağlanmasıyla üç farklı kristal yapı meydana gelir.bu kristal yapılar ; 1.Alfa-rombohedral 2.Tetragonal 3.Beta-rombohedral Bor Elementinin Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri Elementel bor, oda koşullarında kararlıdır ve 800 C ve üstü sıcaklıklarda yükseltgenerek farklı oksitler oluşturur. Sulu ortamda çözünmeyen bor, kaynatıldığında oksitlerine çok az dönerek yavaşça çözünür. Bor, nitrik asit haricinde 11

12 mineral asitlerine karşı da oldukça dayanıklıdır. Bor oksitleri veya elementel bor,kömür tozu gibi karbonlu bileşiklerle havasız ortamda C gibi yüksek sıcaklıklarda işleme tabi tutulduğunda bor karbüre döner. Ayrıca, elmastan sonra bilinen en sert malzeme olan kübik bor nitrürü oluşturmak için yüksek basınç ve yüksek sıcaklık gibi ilave şartlar gerekir. Bor yanıcıdır ve tutuşma sıcaklığı yüksektir. Buna ilaveten yanma sonucunda kolaylıkla aktarılabilecek katı ürün vermesi ve çevreyi kirletecek emisyon açığa çıkarmaması gibi bir özelliğe sahip olduğundan dolayı katı yakıt hücresi olarak kullanılmaktadır Bor Mineralleri Ticari önemi olan bor mineralleri Mineral Formülü % B2O3 Bulunduğu yer Boraks(Tinkal) 36.6 Kırka,Emet,Bigadiç,A.B.D Kernit(Razorit) 51.0 Kırka, A.B.D., Arjantin Üleksit 43.0 Bigadiç,Kırka,Emet,Arjantin Propertit 49.6 Kestelek, Emet, A.B.D Kolemanit 50.8 Emet, Bigadiç, A.B.D Pandermit 49.8 Sultançayır, Bigadiç Borasit 62.2 Almanya Boraks (Tinkal) Tabiatta genellikle renksiz ve saydam olarak bulunur. Ancak içindeki bazı maddeler nedeniyle pembe, sarımsı, gri renklerde de bulunabilir. Sertliği 2-2.5, özgül 12

13 ağırlığı 1.7 g/cm³ B ² O ³ içeriği % 36.5'dir. Tinkal suyunu kaybederek kolaylıkla tinkalkonite dönüşebilir. Kille arakatkılı tinkalkonit ve üleksit ile birlikte bulunur. Ülkemizde Eskişehir-Kırka yataklarından üretilmektedir Kolemanit Monoklinik sistemde kristallenir.sertliği 4-4.5, özgül ağırlığı 2.42g/cm³'dir. B ² O ³ içeriği % 50.8'dir. Suda yavaş, HCl asitte hızla çözünür. Bor bileşikleri içinde en yaygın olanıdır. Türkiye'de Emet, Bigadiç ve Kestelek yataklarında, Dünya da A.B.D.'de bulunur Üleksit Tabiatta lifsi ve sütun şeklinde bulunur. Saf olanı, beyaz rengin tonlarındadır. Đpek parlaklığında olanları da vardır. Genelde kolemanit, hidroboraksit ve probertit ile birlikte teşekkül etmiştir. Ülkemizde Kırka, Bigadiç ve Emet; yörelerinde, dünyada ise Arjantin'de bulunmaktadır. B ² O ³ içeriği ise % 43'tür Probertit Kirli beyaz, açık sarımsı renklerde olup ışınsal ve lifsi şekilli kristaller şeklinde bulunur. Kristal boyutları 5 mm ile 5 cm arasında değişir. Kestelek yataklarında üleksit ikincil mineral olarak gözlenir. Ancak Emet'te tekdüze tabakalı birincil olarak ve Doğanlar, Đğdeköy bölgesinde kalın tabakalı olarak oluşmuştur.b ² O ³ içeriği % 49.6'dır Kernit (Razorit) Tabiatta renksiz, saydam uzunlamasına iğne şeklinde küme kristaller halinde bulunur. Sertliği 3, özgül ağırlığı 1.95 gr/cm³ dir. Soğuk suda az çözünür. Kırka'da sodyumborat kütlesinin alt kısımlarındadır. Dünya'da ise Arjantin ve A.B.D.'de bulunur. B ² O ³ içeriği ise %51'dir. 13

14 Hidroborasit Bir merkezden ışınsal ve iğne şeklindeki kristallerin rastgele yönlenmiş ve birbirini kesen kümeler halinde bulunur. Lifsi bir dokuya sahiptir. Beyaz renkte, bazen içerisindeki safsızlıklara bağlı olarak sarı ve kırmızımsı renklerde (arsenik içeriğine göre) kolemanit, üleksit, probertit ile birlikte bulunur. Ülkemizde en çok Emet, Doğanlar, Đğdeköy yörelerinde ve Kestelek'te oluşmuştur. B ² O ³ içeriği ise % 50.5'tir Pandermit Beyaz renkte ve yekpare olarak teşekkül etmiş olup kireçtaşına benzer. Ülkemizde Sultançayırı ve Bigadiç yataklarında gözlenmektedir. B ² O ³ içeriği % 49.8'dir. 3. BORUN KULLANIM ALANLARI 3.1. Cam Endüstrisinde Kullanımı Boratların ana kullanım yeri cam endüstrisidir. Bütün dünyada bor kullanımının %42 si cam endüstrisindedir. Bor oksit; borosilikat camlar, tekstil cam elyafı ve yalıtım cam elyafının önemli bir bileşiğidir. Bu üç ürün cam endüstrisinde bor bileşiklerinin ana tüketim yeridir. Düz cam ve konteyner cam gibi birçok üründe az miktarda bor bileşikleri bulunabilir. Bor oksit, susuz boraks, borik asit gibi bor bileşikleri halinde veya boraks ya da kolemanit gibi mineraller şeklinde cama katılır.bor oksit, çok kuvvetli bir cam yapıcıdır. Diğer bir ifade ile devitrifikasyonunu (kristallenme) önler. Genleşmeyi düşürdüğünden ısıl şoklara dayanımı artırır (Roskill,1999; Smith, 1992) Yalıtım cam elyafı Yalıtım cam elyafı, düz camların bileşimi ile aynı bileşimde ve lifli şekilde üretilir. Camı eritmek için borik asit veya bor oksit kaynakları katılır. Cam harmanı, fırında 1450 ºC de eritilir ve paslanmaz çelik bükme makinesinden geçirilir. Borik asit, cam 14

15 yapıcıdır ve eriyiğin viskozitesini düşürerek lifleşmeye yardımcı olur. Yalıtım cam elyafı üretiminde bor bileşiği olan boraks pentahidrat yaygın olarak kullanılmaktadır. Yalıtım cam elyafları, inşaat endüstrisinde, bina yalıtımlarında kullanılarak, rulo halinde duvara veya tavana uygulanır. Boru, kazan ve tank kaplama, yalıtım panelleri, otomobiller ve ses yalıtım uygulamalarında kullanılır (Roskill,1999; Lyday,1996) Borosilikat Borosilikat camlar cama bor bileşiklerinin eklenmesiyle üretilir. Borik asit camın ısıl genleşme katsayısını düşürür. Bu yüzden borun ısıya direnci artar. Bor bileşikleri çizilmeye, aside dayanıklılığı artırır. Yansımayı, renk ve parlaklığı artırır. Kimyasallara direnci artırır. Cam tipine göre bor oksit içeriği %0,5 23 bor oksit arasında değişir. Corning firması Pyrex camda %13,5 bor oksit kullanmaktadır. Bor ilavesi, bor bileşiklerinden borik asit ve bor minerallerinden boraks, kolemanit veya bunların kombinasyonları şeklinde yapılır. Pyrex camlar dondurulabilir, hızla ısıtılabilir özellikteki tava, servis tabağı ve kahve pişiricilerin bünyesinde ve laboratuar camlarının yapımında kullanılır (Bolger,1996). Borosilikat camlar otomobil farları, çamaşır makinasının pencere camı, fırın kapları, mutfak seramikleri ısıya dayanıklı kaplar, endüstriyel cam seramikler, ısıya dirençli transparan camlar ve tüpler, yüksek voltaj izolatörleri, lamba camları ve sinyal camları üretiminde kullanılmaktadır. Borosilikat camlar ve alüminosilikat camlar arasında yer alan alümino borosilikat camların termal genleşme katsayısı yüksektir; ancak bunlar kimyasallara borosilikat camlardan daha iyi dayanırlar. Bu camlar uzay araçlarının camlarında kullanılır (Roskill, 1999; Lyday, 1996) Tekstil cam elyafı Tekstil fiber glassın en önemli özellikleri, gerilmelere, darbelere ve kimyasallara yüksek mukavemeti ve hafifliğidir. Bu özelliklerden dolayı tekstil cam elyafı plastik ve kompozitlerde kuvvetlendirici olarak kullanılır. Kolemanit minerali alkali içermez ve bu özelliği nedeniyle düşük alkali borosilikat cam (E-glas) üretiminde tercih edilir. Bor tekstil cam elyafına, kolemanit minerali veya bor bileşiklerinden borik asit olarak eklenir. Modern E-glass % 6 10 oranında B ² O ³ içerir. Bor oksit cama kararlılık verir. Borik asit pahalı olduğundan sodyum içermeyen kolemanit mineralinin kullanımı 15

16 tercih edilmektedir. Düşük alkali camın erimesini zorlaştırır. Bor oksit ise camın erimesini kolaylaştırır. Kolemanit minerali harmana CaO olarak da katkıda bulunur. Böylece kireç katkısı için daha az gereksinme olur. E-glass bot, uçak, otomobil gibi endüstrilerde kullanılmaktadır. E-glass bir kalsiyum alüminosilikat camı olup mekanik, kimyasal ve elektrik özellikleri belirli bir dengeye sahiptir. Bu yüzden E-glas kompozitlerde kullanılmaktadır. Düşük dielektrik özelliklerine sahip yüksek gerilim cam malzemeleri, radar tarafından algılanmadığından gizlilik için değerli bir malzemedir (Roskill,1999; Lyday, 1996) Seramik Endüstrisinde Kullanım Seramik sanayisinde bor mineral ve ürünleri çoğunlukla seramik sırı ve porselen emaye yapımında frit üretimi aşamasında kullanılmaktadır Sır Ve Emaye Sır ve emaye, sabit bir alt tabaka üzerinde erimiş ince bir cam kaplamadır. Sır ve emaye hammaddeleri pişirme sıcaklığında erimeli ve cam oluşturmalıdır. Boratlar cam yapıcıdır. Bu yüzden devitrifikasyonu(kristallenme) önler. Boratların erime noktası 741 ºCdir. Erime noktası silikadan düşük olduğundan düşük sıcaklıkta cam yapabilir. Böylece az bir miktar bor katkısı düşük sıcaklıkta cam oluşumunu sağlar. Borosilikat camlar kimyasal şoklara dayanıklıdır. Bu yüzden yüksek sıcaklık seramiklerinde değerlidir. Az bir miktar bor katkısı, eriyiğin viskozitesini azaltırken akıcılığını artırır. Böylece düzgün yüzey oluşur. Boratlar termal genleşme katsayısını düşürerek bünye ile cam tabaka arasında iyi bir uyum sağlar. Böylece yüzey termal şoklara dayanıklı hale gelir (Bayça, 2001; Stefanov, 1988) Seramik Sırları Boratların sırda kullanımı suda çözünürlüğüne göre değişir. Suda yüksek oranda çözünen bor minerali boraks ve bor bileşiklerinden borik asit, boraks pentahidrat gibi maddelerdir. Suda çözünen boratların sır hammaddesi olarak kullanılması durumunda bu maddeler fritleştirilmelidir. Fritleştirme, sır hammaddelerinin eritilerek suda çözünmeyen inert (kimyasal olarak aktif olmayan) bir cama dönüştürülmesi işlemidir. 16

17 Özellikle yer ve duvar seramiklerinde büyük miktarda frit kullanılmaktadır. Düşük sıcaklık sırlarında bor oksit kaynakları (boraks ve borik asit) suda eriyen özellikte olduğundan frit yapılarak kullanılır. Yüksek sıcaklık sırlarında hammaddeler, frit yapılmadan kullanıldığından suda çözünmeyen mineraller veya oksitler tercih edilir. Kolemanit minerali, B ² O ³ kaynağı olup suda çözünmez, bu yüzden bazı sırlarda çok popüler hale gelmiştir (Rhodes, 1958; Kartal, 2002). Boratlar sırın kırınım indisini artırır. Parlaklığı artırarak sırın viskozitesini ve yüzey gerilimini düşürür. Sırın olgunlaşmasını hızlandırır ve düzgün bir yüzey oluşturur. Borat ilavesi mekanik dayanımı ve çizilmeye dayanımı artırır, kimyasallara ve su şoklarına dayanıklılık sağlar Emaye Emayeler, metallerin kaplanmasında kullanılır. Metallerin emaye ile kaplanması alt tabakayı kimyasal olarak inert (kimyasal olarak olarak aktif olmayan), ısıya dirençli hale getirir ve dekoratif görünüm sağlar. Boraks, silika ve soda ile emaye friti oluşturulur. Modern fritler %25 bor oksit içerebilir. Borik asidin eklenmesi sırın daha düşük sıcaklıkta alt tabakaya kaplanmasını ve yapışmasını sağlar. Emaye fritleri, metallerin değişik bir kaplama uygulamasıdır. Fırın ve çamaşır makinası gibi beyaz eşyalar, alttaki metal yüzeyi korozyondan korumak ve dekoratif görünüm vermek için emaye ile kaplanır. Emaye fritleri hammadde harmanının eritilmesiyle yapılır. Burada elde edilen cam üründeki hammaddeler kuvars (saf silisyumdioksit kristallerinin genel adı), feldspat (eritici özelliği olan mineral türü) ve borakstır. Emaye friti püskürtme, daldırma veya elektrostatik püskürtme ile uygulanır. Bor oksit, boraks, boraks dekahidrat veya boraks pentahidrat olarak hammaddeye %17-32 B ² O ³ katılır. Bazı durumlarda bor oksit susuz boraks veya borik asit olarak katılır (Roskill,1999). 17

18 3.3. Temizleme ve Beyazlatmada Kullanım Modern deterjanlar birçok maddeden oluşur. Bunlardan yüzey aktif maddeler (sülfonatlar), suyun yüzey gerilimini düşürür. Böylece kumaşın ıslanmasını sağlar, yağ ve diğer lekeleri kumaştan uzaklaştırır. Deterjan geliştiriciler (zeolit), sert sularda kullanıldığı zaman kalsiyum ve magnezyum iyonlarını sudan uzaklaştırır. Böylece yüzey aktif maddesinin verimini artırır. Ağartıcılar (perborat ve hipoklorit), oksidasyon (elektronların bir atom ya da molekülden ayrılmasını sağlayan kimyasal tepkimedir) ile lekeleri uzaklaştırır. Ağartma aktivatörü TEAD (tetraacetyl ethylene daimine) veya sodyum tuzları, düşük sıcaklıkta ağartma verimini artırmak için kullanılır. Dünya deterjan endüstrisinde oksijen bazlı sodyum perborat ve sodyum hipoklorit olmak üzere iki ana ağartıcı kullanılmaktadır. Avrupa da sodyum perborat ağartıcılı deterjanlar, ABD de ise hipoklorit ağartıcılı deterjanlar kullanılmaktadır. Hipokloritlerin 40 ºC sıcaklıkta etkinliği yüksektir. Perborat ağartıcıların ise 60ºC sıcaklık üzerinde kullanıldıklarında etkinlikleri en yüksektir. Ancak 40ºC sıcaklıkta etkinliği düşüktür. Sodyum perboratın düşük sıcaklıkta etkinliği artırmak için yıkama süresi veya ağartıcı miktarı artırılabilir. Günümüzde perborat ağartıcıların 40 C sıcaklıktaki etkinliğini artırmak için aktivatörler (TEAD gibi) kullanılmaktadır Sodyum perborat ve sodyum hipoklorit ağartıcıların karşılaştırması. Etken madde Sodyum perborat Oksijen Sodyum hipoklorit Oksijen Sıcaklık 40 C de etkinliği düşüktür. 40 C de etkinliği yüksektir. Kumaşa etkisi Renklere etkisi Kumaşa çok az zarar verir. Renklere çok az zarar verir. Kumaşa çok fazla zarar verir. Renklere çok fazla zarar verir. 18

19 Çevreye etkisi Çevreye çok az zararlıdır. Çevreye çok fazla zararlıdr. Ağartıcı özelliği olan sodyum perborat; boraks ve hidrojen peroksitin birlikte reaksiyonu sonucu elde edilen beyaz, katı, kararlı bir bor bileşiğidir. Sodyum perborat tetrahidrat % 10,5 aktif oksijen içerir. Tetrahidratın dehidrasyonu ile üretilen sodyum perborat monohidrat % 15,5 aktif oksijen içerir. Ağartıcılar renkli toz ve sıvı deterjanlarda kullanılmaz. Klasik toz deterjanlarda %10-25 sodyum perborat tetrahidrat bulunur. Sodyum perborat monohidrat şeklinde % kompakt formülasyonunda yer alır. Günümüzde 60ºC üzerindeki yıkama sıcaklığı, 40ºC nin altına düşmüştür. Bunda en önemli faktör polyester ve sentetik elyafların kullanımının artmasıdır. Çünkü bu maddeler düşük sıcaklıkta yıkama gerektirir. Perborat ağartıcılar, düşük sıcaklıkta daha az etkindir. Bu yüzden aynı başarıyı almak için daha yüksek konsantrasyonlar gerekir (Roskill, 1999). Perboratlar aktif oksijen taşır. Perborat monohidrat deterjan üretiminde perborat tetrahidratın yerini almıştır. Çünkü monohidrat, soğuk suda tetrahidrattan daha fazla çözünmektedir (Lyday,1996). Son yıllarda ağartıcı aktivatörlerin girişi, perborat ağartıcıların düşük sıcaklıkta kullanımını mümkün kılmıştır. Daha düşük yıkama sıcaklığı, kullanılan perboratın tipini belirler. Sodyum perborat tetrahidrat, monohidrat yapısından daha az çözünürdür. Çözünmezlik sebebiyle ağartma verimi yeterince hızlı değildir. Bu yüzden deterjan üreticileri tetrahidrattan daha pahalı olmasına rağmen monohidratı kullanmaktadırlar. ABD de deterjanlarda klor bazlı ağartıcı kullanılmasına karşı çevresel baskı artmaktadır. Bu yüzden beyaz çamaşır deterjanlarında, perborat, bazlı ağartıcılara talep artmaktadır Đnşaat ve Çimento Sanayinde Kullanım Ülkemizde üretilen perlitin % 80 i inşaat sektöründe ısı ve ses yalıtım malzemesi olarak kullanılmaktadırlar. Isı iletkenlik değerinin çok düşük olması, hafifliği, kullanılabilme ve işlenebilme kolaylılığı ısıya dayanımı, asit ve bazlara dayanıklılığı, bakteri barındırmayışı gibi birçok avantajları perliti inşaat sektöründe ideal bir yapı malzemesi durumuna getirmektedir. 19

20 Đnşaat Endüstrisinde Isı ve Ses Yalıtım Amaçlı Uygulamaları Genleştirilmiş perlit ısı ve ses yalıtımı sağlamak amacıyla serbest olarak duvar ve döşemelerde kullanılabilmektedir. Bu uygulamalarda genleştirilmiş perlit, çift cidarlı bir duvarın iki cidarı arasına serbest olarak doldurulur. Đnorganik bir malzeme olan perlitin ph ı 6-7 dolaylarındadır. Bu nedenle kimyasal olarak pasiftir, çürümez, böcek ve bakteriden etkilenmesi söz konusu değildir. Ayrıca ; - Şekillendirilmiş izolasyon malzemeleri (çatı ve zemin izolasyonlarında) - Perlitli hafif yapı elemanları, tavan kiremitleri, boru izolasyonlarında da kullanılmaktadır Borun Çimento Endüstrisinde Kullanımı Son zamanlarda çimento üretiminde, bor kullanımı betonun dayanıklılığını arttırıyor. Borlu çimento, özellikle "beton yol" ve "baraj" inşaatında tercih ediliyor.borlu çimentonun beton yol yapımında kullanabilirliğini ve yol performansına etkisini araştımak üzere 1000 metresi Karadeniz Bölgesinde olmak üzere 1600 m beton yol yapılmıştır. Yapılan çalışmalarda borlu çimentonun potansiyel kullanım alanları belirlenmiştir : Yüksek dayanım nedeniyle tünellerde,barajlarda ve beton yollarda. Düşük hidratasyon ısısı nedeniyle tüp geçitlerde,köprülerde,barajlarda. Nükleer enerji santrallerinin inşasında ve güvenli olarak atık depolanmasında. Özel amaçlı olarak(hastanelerin röntgen odalarında, askeriyenin depolama bölümlerinde). Yüksek binaların inşasında Yanmayı Önleyici/Geciktirici Malzeme Olarak Kullanımı Polietilenik polimerler, ev eşyaları, tasıma, elektrik mühendisliği gibi birçok alanda kullanılmaktadır. Bu polimerler kimyasal bileşimi nedeniyle kolayca alevlenebilmektedir. Bu yüzden alev geciktiriciler söz konusu polimerler için önemli bir gereklilik haline gelmiştir. Bir çok alev geciktirici madde vardır. Günümüzde bu amaçla halojen bileşikleri yaygın olarak kullanılmaktadır; ancak korozif (aşındırıcı) olması, yanma ürünlerinin ve dumanının zehirli olması dikkatleri bu alana çekmiştir. Sonuç olarak bu endüstrideki sektörler, halojen içermeyen çinko borat, alüminyum 20

21 hidroksit veya magnezyum hidroksit gibi alev geciktiriciler ile ilgilenmektedirler. Çinko boratlar, alüminyum hidroksit ve magnezyum hidroksit dolgulu PVA(polivinil asetat-polimer türü) ile birlikte çalışan alev geciktiricilerdir (Bourbigot, 1999). Boratlar, yanmayı geciktirici özelliğinden dolayı, cam elyafı halinde tekstil üretiminde kullanılır. Alev geciktiriciler, malzemelerin alev alabilme seviyesini azaltmak için kullanılmaktadır. Alevlenebilmenin azaltılması malzemeye alev geciktiricilerin ilavesiyle olur. Alev geciktiriciler, tutuşmayı ve alevin yayılmasını önlerler. Çinkoborat, borik asit ile çinko oksidin reaksiyonu sonucu üretilen bir bor bileşiğidir. Çinkoboratın, alümina hidratlar ile birlikte alev geciktirici olarak kullanımı artmaktadır. Çünkü bu iki malzeme üretim sırasında yanarak kömür halinde halojen vermez ve yanma durumunda az bir duman ve toksit içerir. Boratlar, değişik malzemelerde alev geciktirici olarak kullanılır. Boratlar eriyerek malzemenin üzerini kaplar ve oksijenle alevin temasını keserek alev almayı önler. Çinko boratlar, plastiklerde kullanılır. Çinko boratlar, borik asit, boraks pentahidrat ve boraks dekahidrat gibi çözünen boratlar selülozik malzemelerde işlenerek kullanılır. (Smith, 1992; Acarkan, 2002). Son elli yılda kaplamalar ve polimerlerde alev geciktirici olarak kullanılan hidrate boratlar geliştirilmiştir. Çinko boratların, dünyada yılda birkaç bin ton civarında yaygın bir tüketimi vardır. Çinko boratların en yaygın kullanım yeri vinil plastiklerdir. Vinil plastiklerde çinko boratlar tek baslarına kullanılmakta veya plastiğe antimon oksit gibi diğer alev geciktiricilerle birlikte eklenmektedir Nükleer Uygulamalarda Kullanım Atom Reaktörlerinde Borlu çelikler, titan - bor alaşımları, borkarbürler veya boral reaktörlerde nötron akımı işinde kullanılır. Paslanmaz borlu çelik (% 5 B), nötron soğurucu olarak tercih edilir. Borlu çubuklar daha çabuk ve düzenli yanar. Bor daha çok seyyar reaktörlerde, yani nötronların soğurulmasının gerekli olduğu yerlerde tercih edilir. Esaslı bir koruyucudur. B 10 izotopu, bor a göre 10 kat büyük soğurma kesitine sahip 21

22 olduğundan aynı amaç için tercihen kullanılır. B 11 izotopu ise, küçük soğurma kesitli olduğundan, aktif elemanın korunması ve reaktörün kaplanması işlerinde kullanılır (Çeçen, 1968). Atom reaktörlerinin kontrol sistemleri ile soğutma havuzlarında ve reaktörün alarm ile kapatılmasında (B10) bor kullanılır. Aynı zamanda, nükleer atıkların depolanması için kolemanit kullanılmaktadır (Anonim, 2001) Nötron Absorpsiyonunda Atom reaktörlerinde kontrol işlemleri için kullanılan çubuklar, yüksek dayanımlı bir çelik veya alaşımdan üretilir. Tercih edilen malzeme, bor, kadmiyum, hafniyumdur. Bor, atom ağırlığının ve yoğunluğunun düşük olması nedeniyle tercih edilir. Ağırlıkça kadmiyuma göre üç kat daha avantajlıdır. Ayrıca 2300 C lik yüksek erime sıcaklığı (kadmiyumunki 321 C) ve kimyasal dayanıklılığı reaktör tekniğinde avantajlı bir durumdur. Nötron bombardımanı neticesi istenmeyen radyoaktif bileşimler oluşturmaz. Borun çok zayıf bir gama radyasyonu vardır. Kadmiyum ise nötron bombardımanından sonra 6 MeV şiddetinde gama ışınları yayar ve dayanıksız 4 izotop verir kw lik bir reaktörde kontrol işlemleri için 50 kg bor yeterlidir. Norveç deki Boiling Water reaktörü bir deneme sırasında bor asidi ile boğularak faaliyeti bir anda tamamen durdurulabilmiştir (Çeçen, 1968). Bor atom çekirdeği, nötronlara karşı oldukça duyarlı olup, onları çok fazla yutabilme niteliğine sahip olduğundan, özellikle nükleer santrallerde kontrol malzemesi olarak kullanılmaktadır (Erdoğmuş, 2005). Borkarbür; Atom reaktörlerinde borkarbürden yapılan borular emniyet çubuğu olarak kullanılır. Enerji ayarında kullanılan çubuklar, suyla soğutulan bor karbür çubuklarıdır. B 10 atomları, nötron absorbe ederek Li ve He gazı yayınlar. C 12 ve B 11 atomları nötron moderatörü olarak iş görür. Borkarbür, radyoaktif ışınların etkisi ile önce sertliğini kaybeder, daha sonra parçalanarak ufalanır ve bu arada % 36 kadar zayiat verir. Atom reaktörlerinde bornitrür kullanılması halinde ortaya çıkan Li, malzeme içinde kalmakta, He ise soğutma görevi yapan Na tarafından tutularak 22

23 zararsız hale getirilmektedir. Bu gaz, reaktörlerde emniyet gazı olarak kullanılır. Donanımlarının ucuz oluşu önemli bir avantajdır (Çeçen, 1968). Borun en stratejik ve ara hammaddesi özelliğinde olan bu malzemenin en önemli özellikleri, elmastan sonra ikinci sertliğe sahip olması ve nötron absorbsiyon yeteneğidir. Yüksek sıcaklığa karşı dayanımı diğer bor bileşiklerinin sentezlenmesinde ara hammadde özelliğine sahip olmasını sağlamaktadır Nötron ¹ Đzolatörü Olarak Kullanılması Boral ; % 65 Al, % 35 borkarbürden yapılmış büyük nötron kesitli bir malzemedir. Bu malzemeden yapılan 6.4 mm kalınlığındaki levha, 640 mm kalınlığındaki beton plâkların izolâsyon gücüne sahiptir. Bu malzemeyi üretmek için, B4C tozu, yeteri kadar alüminyumla karıştırılıp grafit potalarda 670 C de eritilir. Elde edilen alaşım, 3 mm kalınlığındaki alüminyum levhalar arasında 600 C de haddelenir ve bu şekilde ince bir plâk elde edilir. Tavlamaya ihtiyaç yoktur. Plâğın ağırlığı çok azdır. Bu sebeple hem sabit, hem de gemi vs. reaktörlerinde kullanılır. Boral, kolay kesilmekte, delinmekte, vida açılmakta fakat zor kaynak edilebilmektedir. Boral, genellikle araştırma reaktörlerinde tercihen kullanılır. Yüksek güçlü sanayi rektörlerinde ortaya çıkan sıcaklık çok fazla olduğundan, boraksla kullanılan alüminyum amaca uygun cevap verememektedir. Boroksit ve alüminyumdan yapılan Boroksal, boral la aynı özelliktedir ve onun yerine kullanılır. Daha ucuzdur, fakat daha az bor atomu içerir.(çeçen, 1968) ¹ Elektrik direklerinde iletim hattıyla direk arasındaki yalıtımı sağlayan malzemedir. Genellikle porselen veya camdan yapılırlar Borlu Paslanmaz Çelik Đzolasyon maksadıyla kullanılan % 1 borlu çelik, normal paslanmaz çeliğe göre 15 kat daha fazla nötron absorpsiyon kesidine sahiptir. 300 C de suya çok dayanıklıdır (Cr-Ni çeliği gibi). Bu çelik kullanılarak reaktör inşaatında maliyetler büyük oranda azaltılır. Normal çelik, ferroborla birlikte indüksiyon fırınlarında eritilerek borlu çelikler üretilir. Haddeye ve dövmeye uygundur. Kaynağa çok uygun değildir. Bu nedenle daha çok perçin yapımında tercih edilir (Çeçen, 1968). 23

24 Nötron Odaları B 10 izotopu, borun kendisine göre çok büyük bir absorpsiyon kesidine sahiptir. Bu nitelik sayesinde sadece radyasyon izolatörü olarak kullanılmayıp, «bor odalarında» olduğu gibi, nötron odaları inşasında da kullanılır. Bu iyonizasyon odalarının iç yüzü, bor veya borlu bir malzeme ile kaplanmakta ya da oda, B - florürle doldurulmaktadır. Bu amaçla kullanılacak Borflorürü, Si tetra florürden temizlemek gerekir. Ayrıca, B florür su organik maddelere karşı dayanaksız olduğundan, odaları cam - metal konstrüksiyonla takviye gerekir (Çeçen, 1968) Borlu Reaktör Grafiti Reaktörlerde moderator olarak kullanılan grafitin bor içeriği, en fazla %0,00002 olmalıdır. Aslında grafitte eser olarak bulunan bor ve B 10 izotopu, grafitle birlikte kuvvetli bir nötron absorblayıcıdır. Boru bu seviyede tutmak için grafit özel olarak eritilir (Çeçen, 1968) Enerjide Kullanım Bilimsel çalışmalar, bor ve bor bileşiklerini, hidrojen depolama ve üretiminde kullanılan bir enerji kaynağı konumuna getirmiştir. Bu sebeple, borun, hidrojen ve yakıt pili teknolojileri için önemi giderek artmıştır. Hidrojen, bir bor bileşiği olan sodyum bor hidrürden hiçbir zararlı yan ürün oluşmaksızın üretilebilmektedir. Sodyum borhidrür, ayrıca yakıt pilleri için potansiyel yakıt konumundadır. Bor, ayrıca element halinde, yüksek yanabilirliği sebebiyle doğrudan araçlar için motor yakıtı veya motor yakıtı katkı maddesi olarak da kullanılabilmektedir Borun Hidrojen Üretimi ve Depolanmasında Kullanımı Yapısında bor olup hidrojen adsorbe eden ve açığa çıkaran çeşitli maddeler olmasına rağmen, bu konuda söz sahibi olan bor bileşikleri borhidrürlerdir. Bunların içinde de sodyum borhidrür en önemlisidir (Owen, 2005). Sodyum borhidrür, Millennium Cell firması tarafından geliştirilen Hydrogen on Demand (Đhtiyaç anında hidrojen) sistemi ile ticari değer kazanmıştır. Bu sistemde, sodyum borhidrür, su ile oda sıcaklığında yüksek basınç olmaksızın reaksiyona girmekte ve hidrojen üretmektedir. Bu reaksiyon, kontrol edilebilir bir ısı salmakta ve zararlı yan ürün 24

25 ortaya çıkarmamaktadır (Fakioğlu ve diğ., 2004). Hydrogen on Demand sistemiyle hidrojen üretimi işleminin reaksiyonu şu şekildedir: (Katalizör) NaBH4 (çöz) + 2H2O 4H2 + NaBO2 (çöz) + Isı Hydrogen on Demand sisteminde sodyum borhidrür çözeltisi bir yakıt tankında depolanır ve gerektiğinde minyatür bir reaktör içinde hidrojene dönüştürülür. Hidrojen üretimi, çözeltinin reaktör içinde bir katalizör ile kontrollü teması sayesinde kontrol edilir. Hidrojen gazı sonra yan ürün olarak oluşan sodyum meteborattan ayrılır. Hidrojen akımı sürekli nemlendirilir, çünkü reaksiyon ısısı suyun bir kısmını buharlaştırır. Hidrojen/su buharı akımı yakıt pili güç modülüne gönderilmeden önce opsiyonlu olarak ısı değiştiriciye gönderilerek nem miktarı ayarlanır. Yan ürün olan sodyum metaborat atılmak veya yeniden kazanım için kullanılmış yakıt sahasına gönderilir. Üretilen hidrojen gazı direk olarak sodyum borhidrürün reaktöre pompalanma hızı ile bağlantılıdır(millenium Cell, 2006). Hidrojen üretim hızı kullanılan katalizör miktarı ile de orantılıdır. Hydrogen on Demand sisteminin avantajları şunlardır: Bu yöntemle hidrojen üretimi diğer kimyasal yöntemlere göre daha güvenli, kolay ve kontrol edilebilir özelliğe sahiptir. Hacimsel ve kütlesel olarak depolanabilecek hidrojen miktarı yüksektir. Sodyum borhidrür çözeltisi yanıcı-patlayıcı değildir. Hidrojen üretimi sadece katalizör varsa yapılır. Hidrojen üretim hızı kontrol edilebilir. Gaz halindeki yan ürün sadece su buharıdır. Reaksiyon ürünleri çevre için zararsızdır (Ay ve ark., 2006) Katalizör ve sodyum metaborat tekrar kullanılır (MAM,2006). Hydrogen on Demand sisteminin birçok avantajı olmasına rağmen, sistemle ilgili bazı problemler mevcuttur. Kullanılan katalizör oldukça pahalıdır. Sodyum borhidrürün kendisi de pahalı olup sistemin ekonomik olabilmesi sodyum borhidrür üretim maliyetinin düşmesine bağlıdır (Zeybek ve Akın, 2005). 1 mol sodyum borhidrür üretmek için 4 mol sodyum metaline ihtiyaç duyulması üretimi etkileyen ana faktördür (Bilici, 2004). Şu an için, yakıt pili ile çalışan bir arabada sodyum borhidrür maliyeti benzin maliyetinin 40 katıdır (Owen, 2005). 25

26 Hydrogen on Demand sistemiyle hidrojen üretimi (Millenium Cell, 2006) Bilim ve teknoloji çevrelerince yapılan petrol ve türevleri, methanol, metal hidrür likid hale getirilmiş yada sıkıştırılarak depolanmış hidrojenin; yakıt ağırlığı, güç-kontrol güvenlik çevre ve maliyet açısından borhidrür ile yapılan bir karşılaştırmada; borhidrür ün diğer enerji kaynaklarına inanılmaz bir üstünlük sağladığı görülmüştür Kısaca borhidrür diğer enerji kaynaklarına ve hidrojen eldesi ve stoklanması prosedürleri karşısında alternatifsiz bir konumda bulunmaktadır. 26

27 Sodyum borhidrür içindeki hidrojen elektrokimyasal yolla elektrik enerjisine dönüştürüldükten sonra ortaya çıkan sodyum metaborat tekrar işlenerek sodyum bor hidrüre dönüştürülebilmektedir. Bilim ve teknoloji çevreleri bir taraftan borhidrürün petrol ve türevleri yerine kullanımının bir çok avantajı olduğunu petrole dayalı dağıtım ve pazarlama sisteminin ve alt yapısının borhidrür kullanımına, keza dağıtım ve pazarlamasına uygun olduğu, alt yapıda herhangi bir değişiklik yapmanın gereksiz olduğunu vurgularlarken, borhidrür ve bundan hidrojen üretim maliyetlerinin petrol türevleriyle rahatlıkla rekabet edebileceğini ifade etmektedirler. Örneğin ABD de Seaworthy Systems ve Millennium Cell tarafından yapılan çalışmalarda, günde ton borhidrür üreten bir rafinerinin 200 milyon doların altında bir maliyetle inşaa edilebileceği. Bu kapasite rafinerinin her gün yakıt pilli aracın yakıt ihtiyacını karşılayacağı ve bu rafineride üretilen borhidrüre taşıtılan 1 kg hidrojenin maliyetinin 2 dolar 34 sent olacağı ifade edilmektedir. 27

28 Borun Yakıt Pili Yakıtı Olarak Kullanımı Merit firması tarafından yakıt olarak sodyum borhidrür kullanan Direct Borohydride Fuel Cell (DBFC) (Doğrudan borhidrürlü yakıt pili) geliştirilmiştir.(merit, 2006). Doğrudan sodyum borhidrürlü yakıt pillinde, hidrojen üretim ara kademesi olmadan elektrik üretilmektedir. Hidrojen üretim ve depolama birimleri olmaksızın doğrudan sodyum borhidrür yakıt olarak kullanılmaktadır. Doğrudan sodyum borhidrürlü yakıt pili özellikle güç gereksinimi düşük olan taşınabilir sivil (telefon,radyo, küçük televizyon, el süpürgesi, vb) ve askeri (lokal aydınlatma (varta, vb), seyyar telsiz, telefon, elektronik harp cihazları (radyo alıcıları, vb), personel ısıtma,insansız araçlar, sensör vb.) uygulamalarda öneme sahiptir (MAM, 2006). Yakıt pillerinde hidrojen gazı yerine sodyum borhidrür kullanımının birçok avantajı vardır. Depolama problemi yoktur. Mobil uygulamalar için tehlikeli yüksek basınç tankları veya enerji tüketen soğutucu ekipmanlara gerek yoktur. Sodyum borhidrür yakıtı güvenlidir, düşük sıcaklıkta yanar, yüksek hidrojen kapasitesine sahiptir Borun Motor Yakıtı Olarak Kullanımı Hidrojen gibi bazı metaller de enerji kaynağıdırlar ve yandıklarında hiçbir kirletici yan ürün vermeden enerji açığa çıkarırlar. Birim hacim başına hidrojenden daha fazla enerjiye sahiptirler (Nichols, 2005), ortam sıcaklığı ve basıncında depolanıp taşınabilirler, motor içinde yanma performansları yüksektir (Ornl, 2006). Bir metal 28