HİDROJEN DEPOLAMA AMACIYLA KİMYASAL YÖNTEMLE METAL HİDRAT SENTEZİ. İrfan AR1, M.Cengiz TAPLAMACIOĞLU2, Figen AR3



Benzer belgeler
YAKIT PİLLERİ. Cihat DEMİREL

Hidrojen Depolama Yöntemleri

SÜRDÜRÜLEBİLİR ENERJİ VE HİDROJEN ZEYNEP KEŞKEK ALTERNATİF ENERJİ KAYNAKLARI TEKNOLOJİSİ

HİDROJEN ÜRETİMİ BUĞRA DOĞUKAN CANPOLAT

HİDROJENLİ ENERJİ ÜRETEÇLERİ MESUT EROĞLU

ELEKTROLİTİK TOZ ÜRETİM TEKNİKLERİ. Prof.Dr.Muzaffer ZEREN

KÖMÜRÜN GAZLAŞTIRILMASI YOLUYLA ELDE EDİLEN SENTEZ GAZINDAN METANOL ÜRETİMİ

ULUSAL BOR ARAŞTIRMA ENSTİTÜSÜ BAŞKANI

KİMYA LABORATUVARI CİHAZ KATALOĞU

ALTERNATİF ENERJİ KAYNAKLARI

Toprakta Kireç Tayini

ICHET LABORATUVARLARI

MİKRODALGA YÖNTEMİYLE NİKEL FERRİT NANOPARTİKÜLLERİN SENTEZİ VE KARAKTERİZASYONU

MODERN ENERJİ DEPOLAMA SİSTEMLERİ VE KULLANİM ALANLARİ

HYDROTERMAL YÖNTEMİYLE NİKEL FERRİT NANOPARTİKÜLLERİN SENTEZİ VE KARAKTERİZASYONU

DOLGULU KOLONDA AMONYAK ÇÖZELTİSİNE KARBON DİOKSİTİN ABSORPSİYONU

Tozların Şekillendirilmesi ve Sinterleme. Yrd. Doç. Dr. Rıdvan YAMANOĞLU

KMB0404 Kimya Mühendisliği Laboratuvarı III GAZ ABSORSPSİYONU. Bursa Teknik Üniversitesi DBMMF Kimya Mühendisliği Bölümü 1

BARTIN ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ MALZEME LABORATUARI II DERSİ AKIMLI VE AKIMSIZ KAPLAMALAR DENEY FÖYÜ

Enerji iş yapabilme kapasitesidir. Kimyacı işi bir süreçten kaynaklanan enerji deyişimi olarak tanımlar.

Bölüm 2. Bu slaytlarda anlatılanlar sadece özet olup ayrıntılı bilgiler derste verilecektir.

RÜZGAR ENERJİSİ. Cihan DÜNDAR. Tel: Faks :

T.C. ADANA BİLİM VE TEKNOLOJİ ÜNİVERSİTESİ MALZEME MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ NUMUNE HAZIRLAMA LABORATUVARI

Enerji kaynaklarının dünyaya verdiği zararların kimyasal olarak etkileri nelerdir?

İstanbul Bilgi Üniversitesi Enerji Sistemleri Mühendisliği. Çevreye Duyarlı Sürdürülebilir ve Yenilenebilir Enerji Üretimi ve Kullanımı

TOA08 SÜPERKRİTİK KARBON DİOKSİTİN (CO 2 ) FARKLI KALİTEDE ARGONNE KÖMÜRLERİNE ADSORPSİYONU

ADANA BİLİM VE TEKNOLOJİ ÜNİVERSİTESİ MADEN VE CEVHER HAZIRLAMA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ KİMYASAL ANALİZ LABORATUVARI CİHAZ KATALOĞU

ZEMİN MEKANİĞİ DENEYLERİ

Metal Hidrür Reaktörlerde Hidrojen Şarj Basıncının Depolanan Hidrojen Kütlesine Etkisinin Deneysel Olarak İncelenmesi

Termal Enerji Depolama Nedir

YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI

Dumlupınar Gaz Atomizasyonu Ünitesi

T.C. SELÇUK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK MİMARLIK FAKÜLTESİ KİMYA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

Temiz Teknoloji. Giriş

ENERJİ DEPOLAMA YÖNTEMLERİ BEYZA BAYRAKÇI ALTERNATİF ENERJİ KAYNAKLARI TEKNOLOJİSİ

Belli dalga boylarındaki analizlerde kullanılır.

SEMİH AKBAŞ

HAZIRLAYAN Mutlu ŞAHİN. Hacettepe Fen Bilgisi Öğretmenliği. DENEY NO: 6 DENEYİN ADI: DOYMUŞ NaCl ÇÖZELTİSİNİN ELEKTROLİZİ

DİYARBAKIR MERMER TOZ ARTIKLARININ TAŞ MASTİK ASFALT YAPIMINDA KULLANILABİLİRLİĞİNİN ARAŞTIRILMASI

Çevre İçin Tehlikeler

Öğretim Üyeleri İçin Ön Söz Öğrenciler İçin Ön Söz Teşekkürler Yazar Hakkında Çevirenler Çeviri Editöründen

GAZLAR GAZ KARIŞIMLARI

TIG GAZALTI KAYNAK YÖNTEMİNDE KULLANILAN GAZLAR VE ÖZELLİKLERİ PROF. DR. HÜSEYİN UZUN HOŞGELDİNİZ

TÜBİTAK-BİDEB Lise Öğretmenleri (Fizik, Kimya, Biyoloji ve Matematik) Proje Danışmanlığı Eğitimi Çalıştayı LİSE-2 (ÇALIŞTAY 2012) SUYUN DANSI

(Mekanik Sistemlerde PID Kontrol Uygulaması - 2) DENEYSEL KARIŞTIRMA İSTASYONUNUN PID İLE DEBİ KONTROLÜ. DENEY SORUMLUSU Arş.Gör.

GENEL KİMYA. 10. Hafta.

ERCİYES ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

Havacılık Meteorolojisi Ders Notları. 1. Atmosfer ve İçeriği

Malzeme Bilimi Ve Laboratuvarı KOROZYON. Sakarya Üniversitesi Teknoloji Fakültesi

ATIKTAN ENERJİYE: MUZ KABUĞUNUN ALTERNATİF ENERJİ KAYNAĞI OLARAK YAKIT PİLLERİNDE DEĞERLENDİRİLMESİ

YAKIT PİLİ ve GÜÇ KOŞULLANDIRMA

KANTİTATİF ANALİTİK KİMYA PRATİKLERİ

Elçin GÜNEŞ, Ezgi AYDOĞAR

T.C. Ölçme, Seçme ve Yerleştirme Merkezi

ÖLÇME, DEĞERLENDİRME VE SINAV HİZMETLERİ GENEL MÜDÜRLÜĞÜ

Toz Metalürjisi. Prof. Dr. Akgün ALSARAN. Notların bir bölümü Dr. Rahmi Ünal ın web sayfasından alınmıştır.

DENEYĐN ADI. Organik bileşiklerde nitel olarak Karbon ve hidrojen elementlerinin aranması

ISLAKLIK ÖLÇÜMLERİ. a. Metalin paslanması b. Tahtanın çürümesi c. Ekmeğin küflenmesi. Şekil 1. Malzemeler üzerindeki bozulmalar

Araçlar: Çıkarma Parçaları şu şekilde etiketlenmiştir:

ELBİSTAN LİNYİTİ VE ATIKLARIN BİRLİKTE SIVILAŞTIRILMASI

Akreditasyon Sertifikası Eki (Sayfa 1/9) Akreditasyon Kapsamı

Emisyon Raporu YAZICI DEMİR ÇELİK SAN.VE TUR.TİC. A.Ş.

GENEL KİMYA. Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM

M 324 YAPI DONATIMI ISITMA TESİSATI. Dr. Salih KARAASLAN. Gazi Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü

MM548 Yakıt Pilleri (Faraday Yasaları)

Biliyor musunuz? Enerji. İklim Değişikliği İle. Mücadelede. En Kritik Alan

TÜBİTAK BİDEB. LİSE ÖĞRETMENLERİ ( FİZİK, KİMYA, BİYOLOJİ, MATEMATİK ) PROJE DANIŞMANLIĞI EĞİTİMİ ÇALIŞTAYI LİSE-1 ( Çalıştay 2011 )

SIFIR KARBONDİOKSİT SALINIMI

İkincil Çelik Metalurjisi (MATE 482) Ders Detayları

Kanalizasyon Atıklarının Geri Dönüşümü Projesi (Antalya Tesisi)

Pik (Ham) Demir Üretimi

KÜKÜRT DİOKSİT GAZI İLE ÜLEKSİT TEN BORİK ASİT ÜRETİMİ

T.A.I Dış Ticaret Ltd. ve PROMED International LTD. CO. şirketleri Japon NİKUNİ firmasının KTM pompalarının,

4. Ünite 2. Konu Enerji Kaynakları. A nın Yanıtları

1/10 PR _P-Hidrokarbon. PROSENSE P SERİSİ (P-XX25 ve P-XX23) HİDROKARBON (PATLAYICI) GAZ DEDEKTÖRLERİ UYGULAMA ALANLARI TEKNİK ÖZELLİKLER

TÜBİTAK-BİDEB YİBO ÖĞRETMENLERİ (FEN VE TEKNOLOJİFİZİK,KİMYA,BİYOLOJİ-VE MATEMATİK ) PROJE DANIŞMANLIĞI EĞİTİMİ ÇALIŞTAYLARI

ALETLİ ANALİZ YÖNTEMLERİ

ÇANAKKALE BOĞAZINDAKİ CHLOROPHYTA ENTEROMORPHA YOSUNUNDAN POTASYUM HİDROKSİT DESTEKLİ KATALİZÖR VARLIĞINDA BİYODİZEL ELDESİ

ERCİYES ÜNİVERSİTESİ Çevre Mühendisliği Bölümü Fiziksel ve Kimyasal Temel İşlemler Laboratuvarı Dersi Güncelleme: Eylül 2016

AİLE TİPİ BİR GÜNEŞLİ KURUTUCUNUN GELİŞTİRİLMESİ

İDEAL GAZ KARIŞIMLARI

FIRINLARDA ENEJİ VERİMLİLİĞİ BEYZA BAYRAKÇI

Patlama nedir? Tozların, gazların ve patlayıcıların kimyasal enerjisinin ani büyümesi. www. atexegitim.com

Çalışma hayatında en çok karşılaşılan soru işyerinden patlama tehlikesi olup olmadığı yönündedir. Bu sorunun cevabı, yapılacak risk

SAKARYA ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

ÇÖZÜNMÜŞ OKSİJEN TAYİNİ

Dokuz Eylül Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, Buca/İZMİR. Yanma. Prof.Dr. Abdurrahman BAYRAM

EVDE BİYOTEKNOLOJİ. Yrd. Doç. Dr. Hüseyin UYSAL ADNAN MENDERES ÜNİVERSİTESİ TARIMSAL BİYOTEKNOLOJİ BÖLÜMÜ 5. DERS

NITRON MG SERİSİ MEMBRAN AZOT JENERATÖRLERİ

ATMOSFERİK FAKTÖRLERİN MERMER VE GRANİT CEPHE KAPLAMA MALZEMELERİ ÜZERİNDEKİ PARLAKLIK KAYBINA OLAN ETKİLERİ

İLK ANYONLAR , PO 4. Cl -, SO 4 , CO 3 , NO 3

SERAMİK/METAL OKSİT SENSÖRLÜ ÇİY-NOKTASI ÖLÇER KALİBRASYON SİSTEMİ

Genel Kimya Prensipleri ve Modern Uygulamaları Petrucci Harwood Herring 8. Baskı. Bölüm 4: Kimyasal Tepkimeler

Doç. Dr. Özlem Esen KARTAL (A Şubesi) Yrd. Doç. Dr. Adil KOÇ (B Şubesi) :16:57 1

YILDIZ ENERJİ EVİ. Yıldız Enerji Evi

GAZ, ISI, RADYASYON ÖLÇÜM CİHAZLARI

VAKUM TESİSİ DEVREYE ALMA PRATİĞİ

İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Yapı ve Deprem Uygulama Araştırma Merkezi

Atmosfer Kimyası Neden Önemli?

Akreditasyon Sertifikası Eki (Sayfa 1/5) Akreditasyon Kapsamı

Transkript:

HİDROJEN DEPOLAMA AMACIYLA KİMYASAL YÖNTEMLE METAL HİDRAT SENTEZİ İrfan AR1, M.Cengiz TAPLAMACIOĞLU2, Figen AR3 1Kimya Mühendisliği Bölümü, Gazi Üniversitesi, Ankara. 2Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü, Gazi Üniversitesi, Ankara. 3Elektrik İşleri Etüd İdaresi Genel Müdürlüğü, Ankara. 1e-posta: irfanar@gazi.edu.tr 2e-posta: taplam@gazi.edu.tr 3e-posta: far@eie.gov.tr ÖZET Hidrojen evrende en bol bulunan elementtir ve enerji taşıyıcı olarak büyük bir potansiyele sahiptir. Petrolden farklı olarak yenilenebilir enerji kaynaklarından kolaylıkla üretilebilir. Diğer taraftan elektrik üretmek amacıyla yakıt hücrelerinde kullanımı esnasında bir kirlilik oluşturmaz; yan ürün olarak sadece ısı ve su açığa çıkar. Ancak bu temiz enerji kaynağının günlük hayata uygulanmasının önündeki en büyük engel hidrojenin emniyetli bir şekilde depolanıp, son kullanıcıya ulaştırılabilmesi ve emniyetli bir şekilde kullanılmasıdır. Hidrojen gazının 1 gramının atmosferik basınçta 11 litre hacim kapladığı göz önüne alınırsa; gaz olarak depolama çok büyük hacim gerektirdiğinden, pratik bir çözüm olarak gözükmemektedir. Hidrojenin sıvı olarak depolanması ise çok yüksek basınç uygulanmasını ve bunun sonucu olarak yüksek basınç kaplarına ihtiyaç duyulduğundan pahalı bir uygulama olarak görülmektedir. En emniyetli ve ucuz depolama yöntemi olarak bu nedenle hidrojenin metal hidrat halinde depolanması görülmektedir. Hidrojenin depolanması için en uygun çözüm yöntemi olan metal hidrat halinde saklama, büyük miktarlarda hidrojeni absorplayıp tutabilen alaşımların kullanılması esasına dayanır. Kullanılan alaşımlar hidrojen ile bağ oluşturarak hidratları meydana getirirler ve kendi yapılarını bozmadan hidrojeni desorplayabilirler. Hidrojen depolama alaşımları dört farklı formda olabilirler: AB5 (LaNi5 gibi), AB (FeTi), A2B (Mg2Ni) ve AB2 (ZrV2). Bazı alaşımlar 250 oc veya daha yüksek sıcaklıklara ısıtıldıklarında kendi ağırlıklarının %5 ile %7 si kadar hidrojen depolayabilirler. Bu değerleri daha yukarılara çekmek için çalışmalar sürdürülmektedir. Metal hidratların sentezinde farklı yöntemler kullanılması da bu çalışmalar arasında önemli bir yer tutmaktadır. Sentez çalışmalarına bakıldığında genel olarak yüksek verimli bilyeli değirmenler kullanılarak veya inert ortamda (genellikle Argon) elektrik arkı kullanılarak indüksiyonla metal hidratların sentezlendiği görülmektedir. Sunulması önerilen bu çalışmada ise gözenekli ve kimyasal yapısı daha kontrollü olarak ayarlanabilen malzemeler (katalizör/adsorbent) sentez etmek için sıklıkla başvurulan ortak çöktürme (co-precipitation) yöntemi kullanılmıştır. Sentezi gerçekleştirilen metal hidratın hidrojen tutma kapasitesi basınç değişimi yöntemi ile belirlenmiştir. Ayrıca bir karşılaştırma yapabilmek amacıyla ticari bir metal hidrat 1

alınarak aynı şartlarda adsorpsiyon/desorpsiyon deneyleri yapılmış ve elde edilen bulgular bu çalışmada sentezlenen metal hidrat için bulunanlarla karşılaştırılmıştır. Sentezi gerçekleştirilen metal hidratın hidrojen tutma kapasitesi oldukça yüksek olmakla birlikte, metal hidratların hidrojen depolamada kullanılabilmeleri açısından istenilen en önemli özelliklerinden biri olan atmosfer basıncında ve düşük sıcaklıklarda hidrojen desorpsiyonu özelliğinin iyileştirilmesinin gerektiği gözlenmiştir. I. GİRİŞ Günümüzde dünyada enerji ihtiyacının büyük bir kısmının karşılanmasında kullanılan fosil yakıtlar (petrol, doğal gaz, kömür) hızla tükenmektedir. Ayrıca bu yakıtların yanma ürünleri sera etkisi, ozon delinmesi, asit yağmuru, hava kirliliği gibi global problemlere neden olmaktadır. Bu problemler çok ciddi çevresel problemler yaratmasının yanında gezegenimizin üzerindeki tüm hayatı tehdit etmektedir. Birçok bilim adamı ve mühendis bu global probleme çözüm olarak şu anda kullanılan fosil yakıtların yerini hidrojen enerjisinin alması gerektiği konusunda görüş birliği içerisindedir. Hidrojenin yanma ürünlerinin sera etkisi, ozon tabakasını delme, asit yağmuru, hava kirliliği gibi etkileri yoktur. Hidrojen yenilenebilir bir enerji kaynağından üretildiği takdirde değiştirilmesi gerekmeyen, kalıcı bir enerji sistemi olur. Çevre kirliliğine yol açmadan çeşitli alanlarda kullanılabilecek esnek bir yakıt olan hidrojen, 21. yüzyılın yakıtı olarak düşünülmekte; üretimi, taşınması, depolanması ve kullanılmasına ilişkin teknolojilerin geliştirilmesi için çok kapsamlı programlar yürütülmektedir. Hidrojenin üretiminde kullanılabilecek kaynaklar arasında hidrolik enerji, güneş enerjisi, rüzgar enerjisi, deniz-dalga enerjisi, jeotermal enerji ve nükleer enerji sayılabilir. Ayrıca biyokütleden, doğalgazdan, biyoyakıtlardan ve metanol gibi alkollerden çevre dostu teknolojiler kullanılarak hidrojen üretimi konusunda önemli gelişmeler kaydedilmiştir. Hidrojenin son kullanımı ile ilgili teknolojilerde de önemli bir sorunun olmadığı kabul edilebilir. Ancak hidrojenin taşınması ve depolanması ile ilgili problemler, hidrojen enerjisine geçişteki en önemli engeller olarak varlıklarını sürdürmektedirler. Her ne kadar hidrojenin gaz veya sıvı fazda saklanması, taşınması veya kullanımı mümkünse de gaz fazında saklama veya kullanma çok büyük hacimler gerektirmektedir. Bu da hidrojenin yakıt olarak kullanılmasının düşünüldüğü cihaz ve taşıtların anormal ölçülerde olmasını gerektirir. Sıvı olarak depolama çok yüksek basınçlarda çalışmayı gerektirdiğinden maliyetlerde çok büyük artışlara neden olduğu gibi emniyetli kullanım açısından da çeşitli risklere neden olur. Diğer taraftan hidrojenin katı olarak saklanması, taşınması bütün bu sakıncaları bertaraf ettiği gibi yangın, kaza gibi tehlikeli durumlarda hidrojenin patlama tehlikesini de ortadan kaldırır. Metal hidratların uygulama alanları içerisinde, bu çalışmanın konusunu oluşturan hidrojen depolama amacıyla kullanılmalarının yanısıra ısı deposu, elektrik deposu, ısıtma/soğutma çevrimleri, elektrik üretimi, pompalama veya basınç artırma, hidrojenin saflaştırılması, döteryumun (deuterium) saflaştırılması ve yakıt hücreleri için yine hidrojen deposu olarak kullanılması sayılabilir. Bu nedenle çalışmada sentezi yapılmaya çalışılan metal hidratlar, özellikle enerjinin vazgeçilmez bir unsur olduğu günümüzün 2

modern dünyasında enerji ile ilgili çalışmalarda çok önemli rol oynamaları nedeniyle, üzerinde önemle durulması gereken bir konudur. Metal hidratların hidrojen depolama amacıyla kullanılmasında ortaya çıkan problemler çoğunlukla yüzeyde oluşan olaylardan kaynaklanmaktadır (1). Kimyasal adsorpsiyon ve reaksiyon prosesleri küçük miktarlardaki safsızlıklardan etkilenebilirler (1,2) Bunlar katalitik zehir etkisi yaparlar. Zehirlenme prosesi hidrat oluşturabilen farklı metaller ve alaşımlar için değişiklik gösterir. Ancak yapılan çalışmalar sonucunda geçiş metalleri, nadir toprak metalleri ve aktinitlerin hidratlarının hepsinin özellikleri arasında iyi bir ilişki oluşturulması başarılmıştır. Metal hidrat sentezi ile ilgili çalışmalarda saf metallerden yüksek verimli bilyeli değirmenlerde öğütme veya elektrik arklı fırınlarda indüksiyon yöntemleri kullanılmışsa da ender olarak metal hidrat sentezinin kimyasal yöntemlerle gerçekleştirildiği çalışmalara da literatürde rastlamak mümkündür (3,4). Araştırmacılar kimyasal yolla üretilen metal hidratın konvansiyonel ark eritmesiyle üretilenlere göre daha küçük özgül yüzey alanına sahip olduğunu, değişik yüzey halleri ve hidrojen adsorpsiyon/desorpsiyon çevrimleri için daha düşük aktivasyon enerjisi ve daha iyi elektrot karakteristiğine sahip olduğunu ifade etmişlerdir. Metal hidrat uygulamalarına iyi bir örnek olarak Vanhanen ve arkadaşları (5) tarafından yapılan çalışma gösterilebilir. Söz konusu araştırmacılar bir elektroliz cihazı, metal hidrat, hidrojen deposu ve bir yakıt hücresinden oluşan, küçük ölçekli bir enerji depolama sistemi üzerinde çalışmışlardır. Elektrolizleyici-metal hidrat-yakıt hücresi enerji depolama sistemleri üzerinde yapılan fizibilite çalışmalarına göre katı polimer elektrolizleyiciler ve yakıt hücreleri en iyi seçeneklerdir. Bir döngüde %30 verime ulaşılmıştır. Söz konusu sistemler yüksek hacimsel kapasite ve güvenliğin gerektiği durumlarda küçük ölçekli, kendi kendine yeterli, küçük uygulamalar için çok uygundur. Bu çalışmada hidrojen depolamak amacıyla kullanılması planlanan ve literatürdeki çalışmalardan yüksek bir hidrojen tutma kapasitesine sahip olduğu belirlenen LaNi5 sentezi ortak çöktürme (co-precipitation) yöntemiyle yapılmaya çalışılmış ve elde edilen metal hidrat ile adsorpsiyon/desorpsiyon döngüleri gerçekleştirilerek metal hidratın hidrojen depolama kapasitesi belirlenmeye çalışılmıştır. Metal hidratın hidrojen tutma kapasitesi literatürde verilen ve aynı şartlarda adsorpsiyon/desorpsiyon döngüleri gerçekleştirilen, piyasadan temin edilen bir metal hidratın hidrojen depolama kapasitesi ile karşılaştırılmıştır. 2. YÖNTEM Literatürde yer alan çalışmalarda metal hidrat sentezinde ya fiziksel yöntemler (yüksek verimli bilyeli değirmenlerde öğütme gibi) veya argon ortamında elektrik ark fırınında indüksiyonla alaşım haline getirme gibi yöntemler yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu çalışmada ise hidrojen absorpsiyon kapasitesini artırabilmek için daha gözenekli bir metal hidrat elde etmek amacıyla adsorbent/katalizör sentezinde kullanılan ortak çöktürme yöntemi kullanılmıştır. 3

2.1 METAL HİDRATIN SENTEZLENMESİ Elde edilmek istenen metal hidrat LaNi5 olduğu için LaCl3 ve NiCl2 tuzlarından La/Ni oranı 1/5 olacak şekilde stokiyometrik oranlarda alınarak damıtık suda çözüldü. Isıtıcılı manyetik karıştırıcıda çözelti 65-70 oc aralığında sabit sıcaklıkta tutulurken damla damla sitrik asit ve sonra da çöktürme amacıyla sodyum karbonat ortama yavaş yavaş ilave edildi. Böylece La ve Ni in karbonatları veya hidroksitleri şeklinde birlikte çökelmeleri sağlandı. Çözeltinin viskozitesi iyice artıncaya kadar ısıtıcı üzerindeki karıştırma işlemine devam edildi. Daha sonra elde edilen çökelek süzülerek çözeltiden ayrıldı ve yaklaşık 8 ila 10 saat 70oC daki etüvde kurutuldu. Kuruyan çökelek hidrojenle temas yüzeyini artırmak amacıyla havanda dövülerek iyice toz haline getirildi. Elde edilen toz daha sonra U şeklinde bükülmüş quartz tüp içerisine konularak tüp fırın içine yerleştirildi. Çökelek içerisindeki karbonatları parçalayıp oluşan CO2 i ve çökelekte kalma olasılığı bulunan Cl gibi safsızlıkları uzaklaştırmak amacıyla toz fırın içerisinde 900 oc da 2 saat süreyle hidrojen ortamında kalsine edildi. Oksitleri ve kloru uzaklaştırılan çökelek aktifleştirilmeye hazır bir metal hidrat haline gelmiştir. Bu da metal hidratın mekanik olarak elde edilemeyecek kadar küçük boyutlara indirgenmesi ile gerçekleştirilebilir. 2.2 METAL HİDRATIN AKTİFLEŞTİRİLMESİ VE ABSORBSİYON KAPASİTESİNİN BELİRLENMESİ Elde edilen metal hidratın aktifleştirilmesi ve metal hidratın özelliklerinin belirlenmesi için Şekil 1 de verilen düzenek kullanılmıştır. Bu düzenekte Hazne 2 basınç haznesi, Hazne 1 ise metal hidratın yerleştirildiği numune haznesidir. Her iki hazne de paslanmaz çelikten yapılmıştır ve 10 cm3 hacmindedir. Sistemde görülen bütün vanalar açma/kapama (on/off) vanası olup, sadece 4 no lu vana hidrojen akış hızı ayarı için kullanılan iğne vanadır. Metal hidrat tarafından tutulan hidrojenin hacmini ölçmek amacıyla kullanılan büret 50 cm3 lük normal cam, laboratuvar büretidir. Basınç ölçer 30 atm skalalı ve 0.5 atm hassasiyetle ölçüm yapabilen bir basınç ölçerdir. Sistemdeki bağlantı elemanları pirinç olduğu ve pirinç ile bakırın genleşmedeki uyumu, pirinç ile çeliğinkinden daha iyi olduğu için bakır borular kullanılmıştır. Şekil 1. Deney düzeneğinin şematik gösterimi. Metal hidrat Hazne 1 e yerleştirildikten sonra Vana 1 kapatılıp diğer bütün vanalar açılarak sistem vakumlanmıştır. Böylelikle sistemden oksijen ve azot uzaklaştırılarak metal hidratın bu gazları absorplaması sonucu aktivitesini yitirmesinin ve ölçüm hatalarına sebebiyet vermesinin önüne geçilmiş olur. Daha sonra Vana 2, Vana 3 ve 4

Vana 5 kapatılıp Vana 1 açılarak Hazne 2 ye hidrojen verilerek basıncın, aktifleştirmenin yapılacağı basıncın iki katına ulaşması sağlanmıştır. Arzu edilen basınca ulaşıldığında Vana 1 kapatılmış ve Vana 3 açılarak Hazne 1 e hidrojen verilmiştir. İlk deneylerde Hazne 1 boş tutularak kalibrasyon ölçümleri yapılmış ve ölçmelerde bağlantı elemanları ve borulardaki ölü hacim nedeniyle yapılması muhtemel ölçüm hataları ortadan kaldırılmaya çalışılmıştır. Kalibrasyon deneylerinden sonra Hazne 1 e sentezi yapılan metal hidrat numunesi konularak yukarıda anlatılan işlemler gerçekleştirilmiştir. Vana 3 açıldıktan sonra basınç ölçerden zamana karşı basınç verileri alınarak basıncın sabit kaldığı denge değeri belirlenmiştir. Kalibrasyon deneylerindeki denge basıncı ile hazneye metal hidrat konularak yapılan deneylerdeki denge basıncı değeri arasındaki fark, absorplanan hidrojen nedeniyle meydana gelen basınç azalmasının bir sonucudur. Oda sıcaklığında gerçekleştirilen bu absorpsiyon işleminden sonra desorpsiyon işlemi için metalhidrat haznesi 80 oc da tutulan sıcak su banyosuna yerleştirilmiştir. Absorpsiyon/desorpsiyon ardışık işlemleri 10 defa tekrarlanarak metal hidratın aktif hale getirilmesine çalışılmıştır. Bu işlem otokatalitik bir işlemdir; metal hidrat hidrojeni absorpladıkça parçalanır, parçalandıkça yüzey alanı artar ve daha çok hidrojen absorblar. Aktif hale getirilen metal hidratların absorpsiyon/desorpsiyon ve hidrojen tutma kapasiteleri yukarıda belirtilen işlemler takip edilerek gerçekleştirilmiştir. Ancak bu defa daha düşük basınçlarda çalışılmıştır. Absorpsiyon işlemi sırasında zamana karşı basınç düşmesi değerleri alınırken desorpsiyon sırasında metal hidrat tarafından serbest bırakılan hidrojen miktarı büretteki sıvı seviyesindeki düşüşten belirlenmiştir. Bu amaçla absorpsiyon işleminin sona erdiği basıncın sabit kalması gözlenmek suretiyle belirlendikten sonra Vana 3 kapatılmış, Hazne 1, 80 oc daki su banyosuna yerleştirilmiştir. Vana 5 açılmış ve büretteki sıvı seviyesindeki azalmadan desorplanan hidrojen miktarı belirlenmiştir. Oda sıcaklığında farklı basınçlarda gerçekleştirilen absorbsiyon deneylerinden elde edilen değerleri karşılaştırmak amacıyla bu işlem referans olarak piyasadan temin edilen metal hidrat kullanılarak 11 atm de tekrarlanmıştır. 3. GENEL DEĞERLENDİRME Önceki bölümde ayrıntıları verilen yöntem kullanılarak 4 gram metal hidrat hazırlanmıştır. Tüp fırında kalsinasyon deneyleri yapıldıktan sonra, 1 gram metal hidrat alınarak, kalibrasyonu yapılmış bulunan deney düzeneğindeki Hazne 1 e konulmuştur. Aktivasyon işlemleri gerçekleştirildikten sonra 24 atm basınçta yapılan ilk absorpsiyon deneyinden elde edilen veriler aşağıda Şekil 2 de sunulmuştur. Vana 1 kapatılıp Vana 3 ün açıldığı an t=0 başlangıç anı olarak alınarak yapılan ölçümlerde, sistem 120 dakikanın sonunda 22.1 atm basınçta dengeye gelmiştir. Denge basıncına ulaşıldıktan sonra Vana 3 kapatılmış, Hazne 1, 80 oc daki su banyosuna yerleştirilmiştir. 5

Şekil 2. 24 atm de yapılan ilk absorpsiyon deneyinden elde edilen basınç-zaman verileri Vana 5 açılmış ve büretteki sıvı seviyesindeki azalmadan desorplanan hidrojen miktarı belirlenmeye çalışılmıştır. Ne yazık ki bu deneyde ve 30 atm de yapılan ikinci absorpsiyon deneyinde kayda değer bir hidrojen çıkışı gözlenmemiştir. Gerek Şekil 2 ve Şekil 3 de verilen ilk ve ikinci absorpsiyon deneyleri verilerinden gerekse Tablo 1 deki verilerden hidrojenin absorplandığı görülmektedir. Desorpsiyon verisi elde edilememiş olması absorpsiyonun tersinmez-kimyasal absorpsiyon olduğu izlenimini vermektedir. İlginç bir diğer nokta ise 11 atm basınçta gerçekleştirilen üçüncü absorpsiyon/desorpsiyon döngüsü sonuçlarında gözlenmektedir. Şekil 3. 30 atm de yapılan absorpsiyon deneyinden elde edilen basınç-zaman verileri. Şekil 4 de sunulan sonuçlar ve bu sonuçlardan hesaplanan Tablo 1 deki absorplanan hidrojen miktarları, başlangıç basıncı daha düşük olmasına karşın bu döngüde absorplanan hidrojen miktarının 30 atm basınçta gerçekleştirilen deneydeki absorpsiyon miktarına yakın olduğunu göstermektedir. Ayrıca ilk defa bu döngüde desorpsiyon 6

sonucu ortama geri verilen hidrojen miktarı ölçülebilmiştir. Desorpsiyonda elde edilen veriler Şekil 5 de sunulmuştur. Şekil 4. 11 atm de yapılan absorbsiyon deneyinden elde edilen basınç-zaman verileri Şekil 5. 11 atm deki desorpsiyon deneyinden elde edilen hacim-zaman verileri Bu deneysel verilerden hesaplanan absorplanan ve desorplanan hidrojen miktarları Tablo 1 de sunulmuştur. Tablo 1 Deneysel verilerden hesaplanan adsorplanan/desorplanan hidrojen miktarları. Başlangıç basıncı (atm) Absorplanan Hidrojen (gmol H2/g MH) Desorplanan Hidrojen (gmol H2/g MH) 24 8.38x10-4 30 1.68x10-3 11 1.67x10-3 1.38x10-3 Ref. MH* 11 2.11x10-3 1.89x10-3 : Referans olarak pil yapımında kullanılan ve piyasadan temin edilen ticari metal hidrat kullanılmıştır. 7

Tablo 1 deki değerler, deneysel veriler, Hazne 1 boşken yapılan kalibrasyon deneylerinden elde edilen sonuçlara göre düzeltildikten sonra hesaplanan değerlerdir. İlk iki absorpsiyon deneyinde yüksek basınca karşılık absorplanan hidrojen miktarının düşük olması ve desorpsiyon deneyinden olumlu sonuç alınamaması öncelikle sentez sırasında çöktürülen metal tuzlarının tam olarak indirgenemediğini, yüksek sıcaklıkta hidrojen geçirilmesi sırasında sistemden klorların HCl olarak uzaklaşırken metal oksite dönüştüklerini düşündürmektedir. Diğer bir deyişle çözeltideki hidroksit ve karbonat iyonları H ve CO2 halinde klor ise HCl olarak uzaklaşırken metaller oksitleri halinde karışımın içinde kalmış olabilir. Bu da absorpsiyon olayının kimyasal absorpsiyon olduğunu ve desorpsiyon verisi elde edilememesini büyük ölçüde açıklığa kavuşturmaktadır. Bu olasılığın doğruluğunu anlamak için malzemenin X-ışını kırınımı desenlerinin çekilmesi gerekmektedir. Üçüncü absorpsiyon deneyinde düşük basınçta çalışılmasına rağmen 30 atm basınçta elde edilen verilere yakın değerler elde edilmesi aktivasyon için 10 döngünün yeterli olmadığını göstermektedir. Literatürde çeşitli metal hidratlarla yapılan çalışmalarda aktivasyon için 30 (6) döngüye kadar çıkıldığı belirtilmektedir. Saf metallerle yapılan söz konusu çalışmalarda bu kadar çok sayıda döngüye ihtiyaç duyulması, metal tuzları ile yapılan bu çalışmadaki döngü sayısının yetersiz olabileceğini düşündüren bir başka neden olmaktadır. 4. SONUÇ Bu çalışma ile piyasadan temin edilen ticari metal hidrata yakın değerler elde edilmiş olması bu konudaki araştırmalar için umut vericidir. Mevcut çalışmada alternatif enerji kaynağı olan Hidrojenin aktif bir şekilde depolanması için yeni bir yöntem olan Metal Hidrat sentezi üzerine deneysel bir çalışma yapılmıştır. Aynı deneysel şartlarda elde edilen değerler arasındaki farklılığı tam olarak açıklayabilmek için her iki metal hidratın da X-ışını kırınım desenlerinin, gözenek yapılarının, yüzey alanlarının ve diğer morfolojik ve yapısal özelliklerinin çok iyi incelenmesi gerekmektedir. Bundan sonra çalışmanın devamında metal hidratların yukarıda belirtilen özelliklerinin belirlenmesi çalışmalarının yanısıra farklı sıcaklıklarda absorpsiyon deneylerini sürdürerek absorpsiyon izotermlerinin elde edilmesi, Van t Hoff bağıntısı yardımıyla absorbsiyon denge sabiti, H ve G gibi termodinamik parametrelerin belirlenmesi çalışmalarının yapılması planlanmaktadır. 8

4. KAYNAKLAR: (1) Ward, J.W, Electronic Structure, Bonding and Chemisorption in Metallic Hydrides, Journal of Less-Common Metals, Vol.73, pp.183-192, (1980). (2) Andrievski, R.A., B.P. Tarasov, I.L. Korobov, N.G. Mozgina, S.P.Shilskin, Hydrogen Absorption and Electrocatalytic Properties of Ultrafine LaNi5 Powders, International Journal Of Hydrogen Energy, Vol.21, pp.949-954, (1996). (3) Chen, J., Bradhurst, D.H., Dou, S.X., Liu, H.K., Properties of Chemically Prepared MmNi4.52Mn0.49 Alloy, Journal of Alloys and Compounds, Vol. 260, pp.260-264, (1997). (4) Aiello, R., Mattews, M.A., Reger, D.L., Collins, J.E., Production of Hydrogen Gas From Novel Chemical Hydrides, International Journal Of Hydrogen Energy, Vol.23, pp. 1103-1108, (1998). (5) Vanhanen, J.P., Lund, P.D., Tolonen, J.S., Electrolyser-Metal hydride-fuel Cell System for Seasonal Energy Storage, International Journal Of Hydrogen Energy, Vol.23, pp.267-271, (1998). (6) Zhang, Q.A., Lei, Y.Q., Yang, X.G., Phase Structures and Electrochemical Properties of Cr Added V3TiNi0.56Hf0.24Mn0.15 Alloys, International Journal Of Hydrogen Energy, Vol 25, pp.977-982, (2000). 9