Suyun Hidrolizi Sonucu Hidrojen Yakıt Hücreleri

Belli bir enerji etkisiyle saf su, kendisini oluşturan hidrojen ve oksijen atomlarına ayrıştırılabilir. Bu işlem esnasında, dört termodinamik potansiyel işlem uygulanmaktadır. Bu makalemizde termodinamik dört işlemi ve Hidrojen kaynaklı yakıt hücrelerini inceleyeceğiz.

A- A+

28.07.2013 tarihli yazı 32958 kez okunmuştur.

Laboratuvar koşullarında bir mol suyun elektrolizi sonucu bir mol hidrojen gazı ve yarım mol oksijen gazı oluşmaktadır. Bu işlemi detaylı incelediğimizde, termodinamik denklemler ve termodinamiğin 1. kanunu sonucuna varırız. Ancak bu reaksiyonu gerçekleştirirken 298 K ve 1 atm koşulları göz önüne alınarak yapılır.

Bu işlem ile ayrışmadan dolayı üretilen gazların genleşmesi ile belirli bir enerji açığa çıkar. Bu gazların her ikisi de entalpi değişimine neden olmaktadır.

298 K, 1 atm de sistemimizin çalışması aşamaları;

W = PΔV = (101,3*103 Pa).(1,5 mol).(22,4*10-3 m3/mol)(298/273 K) = 3715 J

Entalpi, H = U + PV olduğundan iç enerjideki değişim;

U = ΔH - PΔV = 285,83 kJ - 3,72 kJ = 282,1 kJ

İç enerjideki değişim ΔU, üretilen gazların genleşmesidir. Bu yüzden entalpi değişimi, elektroliz işlemini tamamlamak için gerekli enerjiyi oluşturur. Ayrışma işleminde entropi arttığından dolayı, T sıcaklığı çevreden sağlanabilmektedir. Pil tarafından sağlanan enerji miktarı ise gerçekte, Gibbs serbest enerjisindeki değişim miktarıdır. Bu ise;

ΔG = ΔH - TΔS = 285,83 kJ - 48,7 kJ = 237,1 kJ

Elektroliz işlemi, entropi artışına neden olduğundan çevre sıcaklığına katkı sağlayarak reaksiyona yardımcı olur. Gibbs serbest enerjinin yararı ise, işleminin gerçekleşmesi için, diğer formlardan ne kadar enerji miktarı sağlanması gerektiğini bize söylemesidir.

Hidrojen Yakıt Hücrelerinin Özellikleri

Özellikle arabalarımızda kullandığımız yakıtların bazı özelliklere sahip olması beklenir;

♦ Kolaylıkla ve güvenli olarak her yere taşınabilmelidir,
♦ Her yerde kullanılabilmeli ve depolanabilmelidir,
♦ Birim kütle başına yüksek ısıl değerde, temiz, çevre dostu, hafif ve güvenli olmalıdır,
♦ Isı, elektrik ve mekanik enerjiye kolaylıkla dönüşebilmelidir,
♦ Yüksek verimde enerji üretebilmeli ve ekonomik olmalıdır.

► İlginizi Çekebilir: Nanokristaller ile Işık Tabanlı Hidrojen Üretimini Artırmak

Gerçekte bu özelliklerin tamamına sahip yakıt henüz yoktur. Fakat hidrojen yakıt hücreleri bu kategoriye en uygun yakıt türüdür. Hidrojen çok hafif bir gazdır. Bu nedenle herhangi olağan üstü durumlarda ortamdan direk uzaklaşır ve tehlike potansiyelini düşürür. Ayrıca kimyasal yapısından dolayı, karbon ve kükürt elementlerini içermez. Atmosfere zararlı karbondioksit, karbonmonoksit, kükürt oksit, azot oksit oluşumlarına neden olmaz.

KAYNAK:

► Georgia State University