POPÜLER KONULAR

SODYUM BOR HİDRÜR ÜRETİMİ VE DOĞRUDAN SODYUM BOR HİDRÜRLÜ YAKIT PİLİ
 

Fosil yakıtların giderek azalması ve fosil yakıtların enerji üretiminde kullanılmalarının neden olduğu olumsuz çevresel etkiler, yeni ve temiz enerji üretim kaynaklarına yönelmeyi zorunlu kılmaktadır. Yakıt pilleri, yakıt olarak hidrojeni kullanan ve son yıllarda üzerinde yoğun olarak çalışılan alternatif teknolojilerden birisidir. Yakıt pilleri, yüksek verimde çalışan enerji dönüşüm sistemleridir ve bu sistemde hidrojenin kimyasal enerjisinden doğrudan elektrik enerjisi üretilmektedir. Sessiz olmaları, çevre ve gürültü kirliliğine neden olmamaları, hareketli parça içermemeleri ve fosil yakıtlardan daha yüksek dönüşüm elde edilebilmeleri gibi avantajlara sahiptir. Yakıt pilleri, cep telefonlarının ihtiyacını karşılayacak kadar az veya bir kente yetebilecek kadar çok güç üretebilecek kapasitelerde tasarlanabilmektedir. Bu nedenle, ulaşım araçlarından evsel ve endüstriyel uygulamalara kadar geniş bir kullanım potansiyeline sahiptirler. Yakıt pili piyasasının büyüklüğünün gelecek birkaç yıl içerisinde 1-2 milyar dolara, gelecek on yıl içerisinde ise (araç uygulamalarının yaygınlaşması ile) 20 milyar dolara kadar çıkması beklenmektedir. Bununla birlikte yakıt pillerinde kullanılan hidrojenin üretimi, depolaması ve taşınması yakıt pili teknolojisinin yaygınlaşması ve kullanımında önemli dar boğazlardan biridir.

Hidrojen fosil yakıtlardan, biyokütleden ve sudan üretilebilir. Ancak maliyeti mevcut fosil yakıtlara göre henüz yüksektir. Ayrıca depolama ve taşıma sorunları henüz çözümlenmemiştir. 1976'da Miami de yapılan ilk Dünya Hidrojen Enerjisi Konferansı'ndan bu yana pek çok ülkede hidrojen üretimi, depolaması, taşınması ve son kullanım ile ilgili yoğun araştırmalar yapılmıştır ve yapılmaya devam etmektedir. Dünyada hidrojenin taşınması ve depolanması için basınçlı silindirler, sıvı hidrojen depolama, kriyonejik silindirler, metal hidrürler, karbon nanotüpler, cam mikrokürecikler, zeolitler gibi pek çok yöntem çalışılmıştır. Bu yöntemlerden hiçbiri hidrojen depolamada beklenen kriterleri tam karşılamamaktadır. Bu kriterlerin en önemlileri;

• Kullanılabilir hidrojen yoğunluğu (hem ağırlık hem de hacimsel olarak )
• Kullanım emniyeti
• Maliyet
  olarak sayılabilir.

Bu noktada dünyanın da üzerinde yoğun olarak çalıştığı bor kimyasalı olan sodyum borhidrür önemli bir çözümdür. Ayrıca Türkiye'nin bor minerallerince yaklaşık % 65 payla dünyadaki en zengin ve kaliteli rezervlere sahip ülke olduğu da dikkate alındığında sodyum borhidrürün yakıt pilinde kullanımının önemi bir kat daha artmaktadır.

Sodyum borhidrürün diğer hidrojen taşıma ortamlarına göre avantajları aşağıda özetlenmiştir.

• Ağırlıkça % 20 hidrojen depolayabilir.
• Yanıcı/patlayıcı değildir.
• Reaksiyon kolayca kontrol edilebilir.
• Hidrojenin yarısı hidrürden, diğer yarısı ise sudan gelmektedir.
• Katalizör ve sodyum metaborat tekrar kullanılır.

Yakıt pillerinde sodyum borhidrür doğrudan ya da yakıt pili dışında istendiğinde hidrojen üretimi olmak üzere başlıca iki şekilde kullanılabilmektedir. Yakıt pili dışında katalizör varlığında istendiğinde hidrojen üretim sistemi için önemli kaynakların aktarımı ile yoğun araştırmalar sürdürülmektedir. Sodyum bohidrür çözeltisi hidrojen üretim biriminden geçirilerek hidrojene dönüştürülmekte ve bu hidrojen düşük sıcaklık yakıt pillerinde yakıt pili modifikasyonu olmaksızın kullanılmaktadır. Bu sistemde sodyum borhidrür sulu ortamda katalitik olarak, hidrojen verir. Bu teknoloji özellikle hidrojen taşınması ve depolanmasında ağırlık, hacim ve güvenlik gibi sorun olan uygulamalarda önemlidir. Doğrudan sodyum borhidrür yakıt pillinde ise, hidrojen üretim ara kademesi olmadan elektrik üretilmektedir. Hidrojen üretim ve depolama birimleri olmaksızın doğrudan sodyum borhidrür yakıt olarak kullanılmaktadır. Doğrudan sodyum borhidrür 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, dismounted soldier, insansız araçlar, sensör vb.) uygulamalarda öneme sahiptir.

Türkiye'nin, sahip olduğu bor cevherleri zenginliğini katma değere dönüştürebilmesi, dünya bor pazarında sahip olduğu bu zenginliğe koşut bir yere gelebilmesi için, katma değeri yüksek, yaygın olarak büyük miktarlarda kullanılabilecek bor bileşikleri üretimine geçilmesi gereklidir. BOR ARAŞTIRMA ENSTİTÜSÜ katma değeri yüksek bor bileşiklerinin üretilmesi ve kritik teknoloji alanlarında kullanılması için AR-GE faaliyetlerini yürütmekte ve koordine etmektedir. Bu bileşiklere sodyum borhidrür üretimi ve yakıt pillerinde kullanımı iyi bir örnektir.

Bor hidrürün hidrojen depolama ve yakıt pillerinde yakıt olarak kullanımı dışında da kullanım alanları mevcuttur. Bunlar; kağıt sanayisinde selülozun beyazlatılması, metal yüzeylerin temizlenmesi, fotoğrafçılık ve metal yüzey işlemlerinde değerli metal kazanılması, atık sulardan ağır metallerin giderilmesi olarak sıralanabilir. Kullanılmasının yaygınlaştırılmasında en önemli engel ise mevcut üretim yöntemleri nedeniyle fiyatının yüksekliğidir. Bu proje sonunda, sodyum borhidrür üretim maliyetinin düşürülebileceği düşünülmektedir. Bu gerçekleştiğinde hem mevcut kullanım alanlarında (kağıt sanayii ve arıtım) hem de hidrojen depolama ortamı olarak tüm dünyada yaygın bir kullanıma geçilebilecek, Türkiye'nin bor kimyasalları üretim ve pazar payı artırılabilecektir.

BOR ARAŞTIRMA ENSTİTÜSÜ'nün desteklediği "Sodyum Borhidrür Sentezi ve Üretimi" ve "Doğrudan Sodyum Borhidrürlü Yakıt Pili Üretimi ve Entegrasyonu" konulu iki proje TÜBİTAK MAM Kimya ve Çevre Enstitüsü ve Enerji Enstitüsü'nde paralel olarak yürütülecektir.

"Sodyum Borhidrür Sentezi ve Üretimi" projesi kapsamında, sodyum borhidrür üretim teknolojisi önce laboratuvar ölçeğinde geliştirilerek sanayii ölçeğinde üretim biriminin kurulabilmesi için gerekli bilgiler oluşturulacaktır. Proje kapsamında ayrıca, laboratuvar çalışmalarından elde edilen bilgiler ışığında bir sodyum borhidrür üretimi pilot tesisi kurulacaktır.

"Doğrudan Sodyum Borhidrürlü Yakıt Pili Üretimi ve Entegrasyonu" projesinde ise doğrudan sodyum borhidrürlü yakıt pilinin geliştirilmesi ve son kullanıcı entegrasyonu yapılacaktır. Bu kapsamda doğrudan sodyum borhidrürlü yakıt pili modül ve sistem bileşenlerinin üretimi için bilgi, alt yapı ve özgün teknoloji oluşturulacak, doğrudan sodyum borhidrürlü tek hücreli ve üç hücreli yakıt pili, doğrudan sodyum borhidrür yakıt pili sistem alt bileşenleri geliştirilecek ve askeri/sivil amaçlı muhtelif uygulama alanları için 70-100W'lık doğrudan sodyum borhidrür yakıt pili prototipi geliştirilecektir.

Bor için çok yaygın bir kullanım olanağı açan sodyum borhidrür üretimi ve yakıt pillerinde kullanımı, ülkemizin bu zenginliğini enerji alanında değerlendirmede yeni ufuklar açacaktır.