ATIKTAN ENERJİYE: MUZ KABUĞUNUN ALTERNATİF ENERJİ KAYNAĞI OLARAK YAKIT PİLLERİNDE DEĞERLENDİRİLMESİ Hazırlayan Öğrenciler Oğuzhan YILDIRIM 8-C Gökhan ÇETİN 8-C Danışman Öğretmen Melike TURAN İZMİR, 2014
İÇİNDEKİLER 1. Proje özeti...2 2. Projenin amacı...2 3. Giriş...3-4 4. Yöntem...4-.5 5. Ulaşılan sonuçlar ve sonuçların değerlendirilmesi...5-.6 6. Proje Bütçesi...6 7. Proje Takvimi...6 8. Kaynaklar...7 9.Proje ile ilgili fotoğraflar..7-8 1
Proje Adı: ATIKTAN ENERJİYE: MUZ KABUĞUNUN ALTERNATİF ENERJİ KAYNAĞI OLARAK YAKIT PİLLERİNDE DEĞERLENDİRİLMESİ 1. Proje Özeti Bu projemizle, ülkemizde bol miktarda tüketilen muzun atık maddesi olan kabuğunu günümüzde temiz enerji üretim kaynağı şeklinde yaygınlaşan yakıt pilleri için hammadde olarak değerlendimeyi hedefledik. Enerji elde etmek için fosil yakıtların ağırlıklı olarak kullanılması küresel ısınma ve kirliliğin yüksek boyutlarda artmasına sebep olmuştur. Bunun yanı sıra bu kaynakların tükenebilirliği ve hızlı nüfus artışıyla beraber rezervlerin her geçen gün azalması diğer önemli bir sorun olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu nedenle günümüzde çevreye en az zarar verecek biçimde üretimi, iletimi ve tüketiminin sağlanması çözülmesi gereken en önemli sorunlardan biri haline gelmiştir. Bu durum alternatif bir yakıt ve enerji kullanılmasını gerekli kılmaktadır. Bizde bu amaçla ülkemizdeki miktar bakımından oldukça fazla bir katı atık olan muz kabuğunu çevreci enerji kaynağı olarak yakıt pillerinde hammadde biçiminde kullanılabileceği düşüncesini geliştirdik. 2. Projenin Amacı Günümüzde, küresel ısınma ve kirlilik, fosil yakıtlarının kullanılmasının da etkisiyle yaşamı tehdit edecek bir boyuta ulaşmıştır. Projemizin amacı, ülkemizde bol miktarda tüketilen muzun atık maddesi olan kabuğunu günümüzde temiz enerji üretim kaynağı şeklinde yaygınlaşan yakıt pilleri için hammadde olarak değerlendirmektir. 2
3. Giriş Ülkelerin ekonomik açıdan gelişmelerinde enerji kullanımı büyük önem taşımaktadır. Özellikle elektrik enerjisi hemen hemen bütün mal ve hizmetlerin üretiminde, ev, işyeri ve fabrikalarda tüketilmektedir. Hızla artan nüfus ve sanayileşmeye paralel olarak enerji gereksiniminin arttığı bilinmektedir. Bu artışla beraber ekonomik gelişmenin de sağlanabilmesi için gerekli olan enerjinin güvenilir, verimli ve düşük maliyetlerle sağlanması gerekmektedir (1). Enerji elde etmek için fosil yakıtların ağırlıklı olarak kullanılması küresel ısınma ve kirliliğin yüksek boyutlarda artmasına sebep olmuştur. Bunun yanı sıra bu kaynakların tükenebilirliği ve hızlı nüfus artışıyla beraber rezervlerin her geçen gün azalması diğer önemli bir sorun olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu nedenle günümüzde çevreye en az zarar verecek biçimde üretimi, iletimi ve tüketiminin sağlanması çözülmesi gereken en önemli sorunlardan biri haline gelmiştir. Bu durum alternatif bir yakıt ve enerji kullanılmasını gerekli kılmaktadır. Alternatif yakıttan istenen en temel özellikler ise, yüksek ısıl değer, zehirli olmama, çevreye uyumlu olma, farklı enerji dönüştürücülerinde kullanılabilme ve ekonomiklik olarak karşımıza çıkmaktadır (2). Türkiye de ve Dünyada atığın değerlendirilmesi durumunda enerji tasarrufunun sağlanması, daha ucuz ve kaliteli malzeme üretilmesi, atık malzemenin geri dönüştürülmesiyle ülke ekonomisine katkı sağlanmasının yanı sıra hem doğal hammadde ile ekolojik dengenin korunması hem de çevre kirliliğinin önlenmesi mümkün görünmektedir (3). Bizde bu amaçla ülkemizdeki miktar bakımından oldukça fazla bir katı atık olan muz kabuğunu çevreci enerji kaynağı olarak yakıt pillerinde hammadde biçiminde kullanılabileceği düşüncesini geliştirdik. Yakıt pilleri enerjisini kimyasal reaksiyonlardan elde eden üreteçlerdir. Farklı kimyasal maddelerden meydana gelmektedirler. Yakıt pilleri, temiz, çevreye zarar vermeyen ve yüksek verime sahip enerji dönüşüm teknolojileridir (4). Yakıt pili; uygun bir yakıt ve havanın elektrokimyasal tepkimesi ile yakıt kimyasal enerjisini doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren bir üreteçtir. Elektrokimyasal bir olay ile elektrik üretiyor olmaları bakımından piller ve aküler ile benzerlik gösterirler. Ancak piller ve akülerin sağladıkları enerji, içerisinde depo edilmiş olan enerji ile sınırlıdır. Yakıt pilleri ise yakıt ve hava sağlandığı sürece bu dönüşümü sürekli gerçekleştirebilen enerji üretim sistemidir. 3
Temel olarak bir yakıt pili; elektrolit ve bunun her bir yüzeyi ile temas halinde bulunan geçirgen-gözenekli yapıda bulunan anot ve katot elektrotlardan oluşur. Yani elektrotlar geçirgen ve gözenekli (poroz) yapıdadır ve elektrotların arasında elektrolit yer alır. Yakıt pilinin anot (negatif) kutbu ya da elektrotuna; gaz yakıt, katot (pozitif) kutbu ya da elektrotuna ise; oksitleyici (hava ya da oksijen) gönderilir. Gönderilen bu yakıt ve havanın elektrokimyasal reaksiyonu sonucunda anot ve katot arasında oluşan potansiyel farkı bir elektron akışını ve elektriksel gerilimi meydana getirir. Reaksiyon sonrası ısı, saf su ve karbon içerikli bir yakıt kullanılıyorsa ilave olarak karbondioksit açığa çıkar(2). Uygulamada en sık karşılaşılan yakıt pili çeşitleri şunlardır: Alkalin Yakıt Pili Proton Dönüşüm Zarlı (PEM) Yakıt Pili Fosforik Asit Yakıt Pili Erimiş Karbonat Yakıt Pili Katı Oksit Yakıt Pili Direkt Metanol Yakıt Pili 4. Yöntem 1. Aşama: Muz kabuklarındaki glikozun eldesi için ön hazırlık ( Şekil 1 ): Muz kabukları rondo yardımıyla parçalandı.100 gram kabuk atığı için 100ml saf su eklendi. Oluşan karışım iyice ezilerek karıştırıldı. İri gözenekli bir süzgeç yardımıyla süzme işlemi gerçekleştirildi. 2. Aşama: Süzülen karışımın içindeki özden glikozun elde edilmesi ( Şekil 2 ): Süzme işleminden sonra elde edilen karışımın içerisine yaklaşık 1M HCl konularak asidik hidroliz için 3-4 saat bekletildi. Bu işlem sayesinde muz kabuğunun yapısındaki glikozun ayrılması sağlandı. 4
3.Aşama: Fermantasyon yardımıyla glikozdan etil alkolün elde edilmesi ( Şekil 3 ): İçerisinde glikoz bulunan çözeltinin her 1litre için 1gram olacak şekilde toz maya eklendi.3-4 saat bekletildi. Böylelikle glikozdan etil alkol elde edilmesi sağlandı. 4.Aşama: Açığa çıkan alkolün saflığının arttırılması ( Şekil 4 ): Fermantasyon sonucu elde ettiğimiz çözelti süzülerek destilasyon işlemi ile içerisindeki alkolün saflığı arttırıldı. 5.Aşama: Elde edilen alkolün yükseltgendiği basit bir pil düzeneğinin oluşturulması (Şekil 5 ): Oluşturmak istediğimiz pil düzeneğinde anot ve katot uçlarını oluşturmak amacıyla yarı geçirgen filtre (aspiratör filtresi) yardımıyla bir kabı iki bölmeye ayırdık. Her iki bölmeye de eşit hacimde % 10 luk NaOH (sodyum hidroksit) çözeltisi koyduk. Katot bölmesine önceden hazırladığımız %6 lık KMnO 4 ( potasyum permanganat) çözeltisinden 50 ml ekledik. Her iki bölmeye birer elektrot yerleştirip, uçlarını krokodil yardımıyla voltmetreye bağlayarak basit bir pil hücresi oluşturduk. Anot bölmesine bir damlalık yardımıyla elde ettiğimiz etil alkolden damlatarak voltmetrede potansiyel farkı yaratıp yaratmadığını izledik. 5. Ulaşılan Sonuçlar ve Sonuçların Değerlendirilmesi Destilasyon işlemi sonunda elde ettiğimiz sıvının kaynama noktası 79 80 0 C olarak ölçüldü. Sıvının yoğunluğu yaklaşık 0,82 g/cm 3 olarak hesaplandı. Bu değerlerin saf etil alkolün değerlerine yakın olması elde ettiğimiz sıvının etil alkol bakımından oldukça zengin bir karışım olduğunu desteklemiştir. Pil hücresinin katot bölmesinde kahverengi mangan dioksit oluşumunun gözlenmesi etil alkolün yükseltgendiğinin göstergesidir ( 5 ). Yükseltgenme olayı sonunda voltmetrede sapma gözlemlenmiştir. Böylece muz kabuğu atığından çeşitli işlemler sonucunda elde ettiğimiz etil alkolden elektrik enerjisi elde edilmiştir. 5
Tüm ülkelerin ekonomik gelişimlerine paralel olarak enerji tüketiminin hızla arttığı görülmektedir. Bu gelişimin ileri ki yıllarda da sürdürülebilmesi için enerji üretiminin arttırılması gerekmektedir. Ancak enerji üretimi için çoğunlukla fosil yakıtların tercih edilmesi, hem yarattığı ciddi çevre kirliliği hem de tükenebilir olması nedeniyle ciddi bir tehdit olarak karşımıza çıkmaktadır. Bunun yanı sıra çevresel problemler göz önüne alındığında katı atıkların artışı da çözülmesi gereken bir sorundur. Bu doğrultuda farklı kaynaklardan oluşan ve çeşitlilik gösteren katı atıkların bir kısmının tekrar kullanımı hedeflenmektedir ( 6 ). Biz projemizde katı atıklardan biri olan muz kabuğunun alternatif enerji kaynağı olarak yakıt pillerinde kullanılabileceğini gösterdik. Böylelikle enerji tasarrufunun sağlanması, atık malzemenin değerlendirilmesiyle ülke ekonomisine katkıda bulunulabileceği gibi hem doğal hammadde ile ekolojik denge korunmuş olacak hem de çevre kirliliğinin önlenmesine yardımcı olunacaktır. 6. Proje Bütçesi Muz kabukları, toz maya, destilasyon düzeneği, beher, ısıtıcı, HCl ( hidroklorik asit ), NaOH ( sodyum hidroksit ), KMnO 4 ( potasyum permanganat ), iki adet elektrot, voltmetre, krokodil, bir adet dikdörtgen kap, yarıgeçirgen filtre 7. Proje Takvimi 01.10.2013-30.10.2013 Proje ile ilgili literatür kaynak taraması yapıldı. 03.11.2013-15.11.2013 Deney malzemelerinin tespit ve temin edilmesi. 21.11.2013-25.12.2013 Deneyin aşamalarının gerçekleştirilmesi. 02.01.2014-10.01.2014 Proje raporunun yazılması. 19.12.2011 14.01.2012 Raporun yazılması 6
8. Kaynaklar Erbay B.,Özsarı Ö.,Umut T.,Özdemir Y., Sağlık Yapılarında Isı, Ses, Yangın Yalıtımı ve Ekonomik Analizi, 7. Üniversitelerarası Yalıtım Yarışması Sonuç Bildirgesi, 78 90, 2007 Büyükmıhçı 2004 Uludağ Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi Sayı 2;Cilt 10-2005 PROJE İLE İLGİLİ FOTOĞRAFLAR 7
8