Yakıt Pilleri

Temiz ve yenilenebilir enerji kaynaklarını verimli enerjiye dönüştürmeye yarayan sistemlerdir. Yakıt ile havanın elektrokimyasal tepkimesi sonucu yakıtın kimyasal enerjisi doğrudan elektrik enerjisine dönüştürür. Reaksiyon sonucu saf su ve ısı açığa çıkar. Elektrolizin ters reaksiyonu olarak da tanımlanabilecek olan yakıt pili reaksiyonu sonrası, doğru akım (DC) formunda elektrik üretilir.

A- A+

29.11.2013 tarihli yazı 47808 kez okunmuştur.

Doğal kaynakların hızla tükenmesi ve daha temiz bir dünya amaçlanması gibi nedenler çalışmaları temiz ve yenilenebilir enerji kaynaklarına yöneltmiştir. Kullanılan petrol ve türevi yakıtlar gerek doğaya verdiği zarar gerek tükenebilirlik açısından problem teşkil etmekte ve bu problemlerin başında petrol türevli yakıtların ekolojik dengeye verdikleri zararlar gelmektedir. Çoğu karbon içerikli bu yakıtların yanması ile açığa çıkan emisyonların zehirli olması, bu emisyonların atmosferdeki artışı asit yağmurları ve sera etkisi gibi olumsuzlukları da beraberinde getirmektedir. Tüm bunlar göz önünde bulundurulduğunda temiz ve yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelim bir tercih olmaktan çıkıp mecburiyet haline dönüşmüştür.

Dünya enerji ihtiyacının %88’i fosil yakıtlardan (kömür, petrol ve doğalgaz) sağlanmaktadır. Bunun %38’ini petrol, %30’unu kömür ve %20’sini ise doğalgaz oluşturmaktadır. Hızla artan dünya nüfusu beraberinde artan tüketim hızı mevcut petrol rezervlerini her geçen gün azaltmaktadır. Yapılan araştırmalarda bu rezervlere 50-60 yıllık bir ömür biçilmektedir. Bu durum yenilenebilir enerjiyi bütünüyle hayatımıza sokma vaktinin geldiğini işaret eder. Bu gerekliliğe rezerv sınırlılığı ile beraber çevresel faktörlerde eklendiğinde alternatif bir yakıta duyulan ihtiyaç daha da fazlalaşmaktadır. Bu bağlamda alternatif bir yakıtın çevreyle dost, ekonomik ve farklı enerji dönüşüm sistemlerinde kullanılabilme özelliği taşıması gerekir.

İlk yakıt pili çalışmaları 1838 yılında Sir William Grove tarafından H2-O2 pili üzerinde yapılmıştır. Mazisi oldukça eski yıllara dayanan yakıt pili, ilk kez 1958 yılında NASA’nın uzay programında Apollo, Gemini, ve Space Shuttle uzay gemilerinde kullanıldığı bilinmektedir. İlk yakıt pili çalışmaları 1838 yılında Sir William Grove tarafından H2-O2 pili üzerinde yapılmıştır.

► İlginizi Çekebilir: Dünya'nın İlk Hidrojen Yakıt Pili

Yakıt Pili Nedir, Nasıl Çalışır ?

Yakıt pili; sisteme sağlanan uygun bir yakıt ve oksitleyicinin elektrokimyasal reaksiyonu ile elektrik enerjisi üreten bir sistemdir.Yakıt ile havanın elektrokimyasal tepkimesi sonucu yakıt kimyasal enerjisini doğrudan elektrik enerjisine dönüştürmeye yarar. Reaksiyon sonucu saf su ve ısı açığa çıkar. Elektrolizin ters reaksiyonu olarak da tanımlanabilecek olan yakıt pili reaksiyonu sonrası, doğru akım (DC) formunda elektrik üretilir. Aşağıdaki şemada bir yakıt pilinin genel yapısı ve işleyişi gösterilmiştir.

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) kutbuna gaz yakıt, katot (pozitif) kutbuna ise oksitleyici (hava yada 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.

Avantajları

Yakıt pillerinin yüksek verimlilikleri dışında, hareketli parça içermeme, sessiz, modüler, kompakt yapılı, geniş yakıt yelpaze ile çalışabilme(doğal gaz,LPG,Metanol,Etanol ), düşük emisyon, yüksek güvenilirlik, kolay kurulum, hızlı enerji dönüşümü gibi özelliklere sahip olmaları onları avantajlı kılar.

Dezavantajları

Yüksek maliyet, büyük hacim ya da ağırlıkta yakıt depolama gereksinimi , direkt hidrojen kullanımı halinde yüksek yakıt fiyatı, kullanım ömürlerinin tam olarak bilinememesi olarak özetlenebilir.

Yakıt Pili Çeşitleri

Yakıt pilleri çalışma sıcaklık aralığına ve elektrolit kısmını oluşturan malzeme cinsine göre farklı tiplere ayrılır. Bu çeşitlilik temel çalışma prensibini etkilemez, ancak performansları çalışma koşulları ve uygulama alanlarının farklılaşmasına yol açar.

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

Uygulamada uzay aracı, meteoroloij istasyonu,kırsal alanlar, ve bazı askeri uygulamalar gibi yerleşim alanlarından uzak bölgelerde, çok kullanışlı güç kaynağı olarak yararlanılabilir. Bunun dışında az yer kaplaması, hafif ve hareket eden parçasının bulunmaması kullanım açısından avantaj sağlar. Günümüzde yolcu gemileri,otobüsler,otomobiller de bu sistemlere yer verilmektedir.

Sonuç olarak kaynakların tükenmesine sayılı zamanların kalması yapılacak araştırma-geliştirme ve uyarlama sürecinin de kısaldığını göstermektedir. Yapılan araştırmalar ve çalışmalarla aktif kullanılabilir sistemlerin gelişmesine sadece bilim adamları değil, üniversiteler ve öğrenciler de tasarladıkları araçlarla katkı sağlamaktadır. Bu alanda öğrencileri olaya dahil dahil etmek ve gelişime katkı sağlamak açısından düzenlenen alternatif enerjili araçlar yarışmalarında yakıt pilleri kullanan çevre dostu araçlar yarışmaktadır.

► İlginizi Çekebilir: Geleceğin araçları, Shell Eco Marathon'da yarışıyor