|
Özet: Temiz enerji kullanımı ve hava kirliliğinin azaltılması işlemleri gelişen teknolojinin yardımıyla artık uygulanabilir hale gelmiştir. Bu çalışmada yanmadan kaynaklanan hava kirliğinin oluşumuna ve oluşan yada oluşacak kirliliğin yakıtta, kaynakta ve yandıktan sonra nasıl arıtılacağı anlatılmaktadır. Kullanılan fosil kökenli yakıtlardan elde edilecek temiz yakıtların yeni teknoloji olan yakıt pillerinde kullanılmasıyla kirliliğin nasıl azaltılabileceği konularına da yer verilmiştir.
GİRİŞ
Hava kirliliği, ekonomik sektörlerdeki(konut, sanayi, ulaşım, tasarım, çevrim) tesislerin baca ve egzozlarından çevreye salınan emisyonların, yayılım süreci (baca, meteoroloji, topografi) etkisi ile atmosferde dağılarak çökelmesi sonucu oluşur. İnsanoğlunun enerji üretim amaçlı yakıtlarla ilişkisi yeryüzünde varoluşunun başlangıcıyla beraber ortaya çıkmıştır.
Emisyon kontrolü, sınır tanımayan hava kirliliği kontrolünde endüstriyel proseslerin enerji, işletme ve çevre ekonomisi yönünden optimizasyonunda, güncel küresel ekonominin yerleştirilmesinde en önemli uğraşlardan birisini oluşturmaktadır.
Bacaların dizaynlarına özen gösterilerek kirleticilerin daha geniş alanlara yayılması yapılarak imisyonların daha düşük olması sağlanabilmektedir. Konut ve ulaşım sektöründe olay bacaların yada egzozların yere yakın olmasından dolayı bir kümeleşme olmaktadır.
Yer yüzünde oluşan teknik emisyonların %90 nına yakın bölümü yanma prosesi ile yakma sistemlerinde (kazanlar, sobalar, içten yanmalı motorlar, endüstriyel fırınlar vb) yakıtların yakılması ile oluşur. Yakıt girdisinde hava kirleticileri yakıtın kül, S, N, Ağır metal, UK içeriğine bağlıdır.
Emisyon kontrolü için ya temiz yakıt girdisi kullanılmalı veya kirleticiler, proses öncesi girdi hazırlama sisteminde, proses(yanma) esnasında (örneğin yanma odasında) ve proses sonrası ise baca gazı arıtma sisteminde ayrıştırılarak bacadan salınan emisyonlar, yönetmelik sınır değerlerinin altına indirilmelidir.
Bacalardan çevreye salınan emisyonların bir bölümü, yakın çevreye yağarak o bölgede hava kirliliği oluşturur. Diğer bölüm serbest atmosferik hava akımı ile taşınarak gaz emisyonlardan SO2 ve NO taşınım oksitlenmesi ardından atmosferik su ile birleşerek asit yağmurları olarak yere inerek alıcı ortamda su ve toprak kirlenmesine neden olurlar.
Atmosferik kirlenmenin, yaşadığımız dünyanın geleceğini tehdit eden boyutlara ulaşmasından sonra öncelikle gelişmiş ülkelerde yirminci yüzyılın son çeyreğinde bu durumu önleyebilme bilinci ile yoğun araştırmalar başlatılmıştır.
Kirliliği önleme çalışmaları iki koldan yürütülmektedir. Birinci yol mevcut olan tesislerde fosil yakıtların yakılması sırasında oluşacak olan SOx, NOx ile PM ve Ağır Hidrokarbon Emisyonlarının giderilmesidir. İkinci Yol ise evsel ve endüstriyel enerji üretimi amacıyla atmosfer yada çevre dostu temiz yakıtların ve yakma sistemlerinin üretilmesi ve kullanılmasıdır.
HAVA KİRLETİCİ FOSİL YAKIT OLARAK KÖMÜR
Kömür fosil kökenli bir yakıt olarak bünyesinde genelde C, H, O, N, S, Su ve çeşitli mineral maddeler bulunmaktadır.
Günümüz hava kirliliği açısından olaya bakıldığında kömürün yanması sonucunda karşımıza en fazla çıkan problemlerin başında SOx, NOx, PM, PAH ve UOB problemleri gelmektedir.
Bu kirleticilerin bir kısmı doğada direkt olarak etki yaparken diğer bir kısmı radikal(ler) oluşturarak bulunulan çevreye ve canlı hayatına etki etmektedir.
Bu nedenle eğer kömürü yakıt olarak kullanacaksak canlı hayatını ve yaşanılan çevreyi temel alarak hazırlanan yasal düzenlemelere (HKKY; SKKY) uyulması zorunlu olmaktadır.
Kömür Yakıtında Kirlilik azaltma senaryoları üç yolla olabilmektedir: Birinci yol; yakıtın yanma prosesine girmeden önce safsızlıklardan temizlenmesi (örneğin kükürtten arındırılması) İkinci yol; yakıt odasında emisyonların azaltılması Üçüncü yol; proses sonrası baca gazının arıtılmasıdır.
Kömürün Yakılmadan Önce Temizlenmesi
Kömür yakılmadan önce fiziksel, kimyasal ve biyolojik olarak
safsızlıklardan temizlenebilmektedir.
Fiziksel Arıtım Yöntemleri
1. Hidrolik Ayırma: su siklonları; derişikleştirme tablaları; Batac ve Baum jigleri
2. Ağır Ortamda Arıtım: Magnetit yada uçucu kül asıltısında yüzdürme; Yüksek yoğunluklu organik sıvılarda yüzdürme
3. Yüzey Özelliklerine Bağlı Arıtım: Köpüklü yüzdürme
4. Kimyasal Öğütme: Amonyak gazı ile organik-inorganik bağların seçimli olarak parçalanması
5. Magnetik Temizleme: Piritin yoğun magnetik alanda ayrılması
6. Elektrostatik Ayırma: Yoğun elektrik alanında iletken olmayan saf kömür parçacıklarının kısmen iletken pirit ve diğer minerallerden ayrılarak kömürün kuru temizlenmesi.
Kimyasal ve Biyolojik Olarak Arıtım
Kimyasal ve Biyolojik yöntemle kömürün içerisindeki organik S veya kömür içerisinde çok ince parçacıklar olarak dağılmış piritik S giderilir.
o Yükseltgenme ile Kükürtsüzleştirme
o Meyers Prosesi
o Diğer Yükseltgeyici Süreçler
o İndirgenme ile Kükürtsüzleştirme
o Kostik ile işleme
o Bakterilerle Kükürtsüzleştirme
Yanma Sırasında Kükürt Giderimi
Tüm kuru giderme prensipleri küçük tanecik boyutunda gözenekli sorbentlerin eklenmesi esasına dayanır. Bu sorbenlerden bazıları; CaCO3, Ca(OH)2 ve Mg(OH)2 tir.
Bu sorbentler yakıtla birlikte, ikincil hava ile veya alev bölgesinin üstünde yakma kamarasına verilmektedir. Yanma odasında sıcaklık 1200 C nin üzerine çıkarsa sinterleşme olmaktadır. Bu nedenle yakma sistemindeki sıcaklık 750-1100 C arasında olmalıdır. CaO, SO2 ile reaksiyona girerek
CaSO4 oluşturarak SO2 giderilebilmektedir.
Yanma Sonrası Emisyon Kontrolü: Örneğin SO2
Bu sistemler Islak (Yaş) ve Kuru sistemler olarak ikiye ayrılır.
Islak Sistemler
1. Kalsiyum Bileşikleri Kullanan Sistemler (kireç, kireç taşı)
2. Magnezyum Bileşikleri Kullanan Sistemler (MgO, MgCO3)
3. Sodyum Bileşikleri Kullanan Sistemler (NaOH, Na2CO3, sitrat vb)
4. Amonyak Bileşikleri Kullanan Sistemler (NH4OH,(NH4)2SO4)
5. Potasyum Bileşikleri Kullanan Sistemler
6. İkili Alkali Bileşikleri Kullanan Sistemler
7. Organik Bileşikleri Kullanan Sistemler
Kuru Sistemler
1. Püskürtmeli Kuru Sistemler
Kireç, kireçtaşı çözeltisi kullanan sistemler
Soda çözeltisi kullanan sistemler
2. Alkali Enjeksiyon Sistemleri
Kireç kireçtaşı enjeksiyonu
Soda enjeksiyonu
3. Aktif kömür, metal oksitleri ve diğer adsorbantların kullanıldığı adsorpsiyon sistemleri
4. Katalitik Oksidasyon Sistemleri
5. SO2 İndirgeme Sistemleri
Fosil kökenli yakıtların evsel yada endüstriyel amaçlı kullanımı gerçekleştirilmeden önce kirletici madde içerikleri yakıt
sistemine beslenmeden önce, yanma sırasında ve yanma prosesi oluştuktan sonra kirleticiler giderilmeye çalışılır.
Eğer bu üç yoldan da istenilen bir sonuç alınamazsa o zaman ikinci ana yol olan evsel ve endüstriyel enerji üretimi amacıyla atmosfer yada çevre dostu temiz yakıtların ve yakma sistemlerinin üretilmesi ve kullanılması artık kaçınılmaz hale gelecektir.
Atmosfere ve canlıların bulunduğu çevreye zarar vermeyen ve 21 yüzyılın en güçlü temiz enerji yakıtı olarak Hidrojen, alternatifi halihazırda bulunmayan bir yakıttır.
TEMİZ ENERJİ YAKITI OLARAK HİDROJEN
Hidrojenin Üretim Alanları
Kömürün gazlaştırılması
Su gazı değişim reaksiyonu
Metan reformlama yöntemi
Hidrokarbonların Dehidrogenasyon
Hidrokarbonların Kısmi Oksidasyonu
Suyun Elektrolizi
Hidrojeni Yakıt Olarak Kullanan Sistemler; Yakıt pilleri, Hidrojenle çalışan içten yanmalı motorlar, Sıvı hidrojeni yakıt olarak kullanan uzay araçları
Bu Kullanım sistemleri arasında günümüz dünyasında en çok ilgiyi çeken sistemler Yakıt Pili Sistemleridir.
YAKIT PİLLERİNİN TEMELLERİ
Bir yakıt pili kimyasal bağ enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren elektro-kimyasal bir aygıtıdır. Yakıtı güce çevirmede bir içten yanmalı motordan iki yada üç kat daha fazla verime sahiptir. Bir yakıt pili yakıt ve havanın oksijenini kullanarak elektrik, su ve ısı üretir. Hidrojen yakıt olarak kullanıldığında tek emisyon sudur.
Hidrojeni Yakıt olarak kullanan bir Yakıt pilinde gerçekleşen anot, Katot ve toplam pil reaksiyonları şöyle açıklanabilir:
Anot:
H2 ® 2H+ + 2e-
Katot: 1/2O2 + 2H+ + 2e- ® H2O
Pil:
H2 + 1/2O2 ® H2O + ısı
YAKIT PİLİ ÇEŞİTLERİ
Polimer membran yakıt pilleri (PEFC)
Alkali yakıt pilleri (AFC)
Erimiş karbonat yakıt pilleri (MCFC)
Fosforik asit yakıt pilleri (PAFC)
Katı oksit yakıt pilleri (SOFC)
Direkt metanol yakıt pilleri (DMFC)
İDEAL YAKIT PİLİ VOLTAJININ TÜRETİLMESİ
Bir yakıt pili prosesinden maksimum elde edilebilir voltajın tahmini prosesteki reaktantların ilk yapıları ile (H2 + 1/2O2 ) ve son yapıları (H2O) arasındaki enerji farklarının değerlendirilmesini içerir. Bu tür değerlendirmeler bir kimyasal proseste yapının termodinamik fonksiyonlarına dayanır, öncelikle Gibbs serbest enerji. Standart sıcaklık
ve basınçta H2/Hava yakıt pili reaksiyonu için maksimum pil voltajı (DE) şu denklemle hesaplanır:
DE= -DG/n F
bu denklemde DG; reaksiyon için Gibbs serbest enerjisini n; her mol hidrojen başına elektronların mol sayısını, F; Faraday sabitini, 96487 coulombs (j/s).
1 atm sabit basınçta her mol hidrojen başına yakıt pili prosesindeki serbest enerji değişimi reaksiyon sıcaklığından, ve reaksiyondaki entalpi ve entropi değişiminden hesaplanır. Eğer sıcaklık 25 °C alınırsa;
DG= DH - TDS
DG = -285,800J - (298 K)(-163.2 J/K)
DG = -237,200 J
H2/Hava yakıt pili için 1 atm basınç ve 25 C (298 K) deki pil voltajı 1.23 V dur. Bu şöyle bulunur.
DE= -DG/n F
DE= -(-237,200 J / 2*96,487 J/V)
DE = 1.23 V
YAKIT PİLLERİNİN KULLANIM ALANLARI
Yakıt pilleri hareketli ve sabit sistemlerde güç kaynağı olarak kullanılmaktadır. Hareketli kaynaklar arasında otomobiller, otobüsler ve uzay araçları bulunmaktadır. Sabit kaynaklar arasında ise taşınabilir güç üniteleri, büyük binaların elektrik gücünün sağlanmasında (örneğin Los Angeles şehrinde bir yüksek binanın elektrik enerjisi alkali yakıt pili sistemiyle tamamen hidrojen enerjisi yakıt kullanılarak sağlanmaktadır) ve hızlı alış-veriş makinelerinin elektriğinin sağlanmasında kullanılmaktadır.
SONUÇLAR
Hava kirliliği ve temiz enerji kullanımı birbirini tamamlayan
iki alandır. Eğer hava kirliliği ve onun getireceği tüm olumsuz sonuçları istemiyorsak, insan hayatının her aşamasında vazgeçilmez bir yer tutan enerji ihtiyacını, temiz enerji kaynaklarından sağlamak zorundayız.
Temiz enerji kaynaklarını üreten ve kullanan bir ülke olmak için temiz enerji kaynaklarına bir an önce gerekli araştırma ve geliştirme imkanlarını seferber etmek zorundayız. Bu alanda yakıt pilleri tüm dünyanın başta otomotiv sektörü olmak üzere bir çok sektöründe hızlı bir gelişme kaydetmektedir. Ülkemizde de yakıt pilleri konusunda gerekli yatırımın kaçınılmaz olduğu gelecek yıllarda çok daha bariz bir şekilde ortaya çıkacaktır.
Normal bir insan açlığa ve susuzluğa günlerce dayanabilmesine Karşın havasızlığa ancak beş (5) dakika dayanabilmektedir. Bu Nedenle Hava kirliliğinin önlenmesi kaçınılmaz bir görev olarak karşımıza çıkmaktadır.
Eğer Yaşanabilir bir dünyada hayatımızı devam etmek ve gelecek nesillere temiz bir atmosfer ve yaşam çevresi bırakmak istiyorsak, öncelikle ülkemizde daha sonra ise tüm dünyada Çevremizi Koruyan Kuralları öğrenme, öğretme ve bu kurallara uymada öncü olmalıyız.
Tüm konularda olduğu gibi temiz bir atmosferde de yaşayabilmek için, temiz atmosferde yaşayabilmenin temellerini eğitim yoluyla tüm toplum bireylerine öğretmeliyiz ve onları bu konularda bilinç sahibi yapmalıyız.
Kaynaklar
1. Thomas, S., and Zalbowitz, M., "Fuel Cell: Green Power", Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, New Mexico, 1999, USA.
2. Blomen, LJMJ., and Michael, N., "Fuel Cell Sysytems", 1993.
3. Doğu, G., Uysal, BZ., ve Çulfaz, M., "Yanma ve Hava Kirliliği I. Ulusal Sempozyumu", 10-12 Haziran 1991, Ankara.
4. Durmaz, A., ve Ercan, Y., "Yanmadan Kaynaklanan Hava Kirliliği Kontrolü", Uluslararası Yanmadan Kaynaklanan Hava Kirliliği Kontrolü Sempozyumu, 23-25 Eylül 1987, Ankara.
5. Kural, O., "Kömür Özellikleri, Teknolojisi ve Çevre İlişkisi", 1998, İstanbul.
6. Özdemir, E., ve Kılıçaslan, İ., "Yakıt Pilleri Güç Sistemlerinin Bugünkü Durumu ve Geleceğe İlişkin Belirtiler", Türkiye 6. Enerji Kongresi, Teknik Oturum Tebliğleri, Cilt II, 17-22 Ekim 1994, İzmir.
| anasayfa
| sayfa başı |
geri |
|
