Hidrojen üretiminin PV destekli alkalin elektrolizi ile deneysel ve teorik değerlendirilmesi

Dünya nüfusunun hızla artması, teknolojinin sürekli gelişmesi, ülkelerin ekonomik refahı ve ilişkilerindeki rolü nedeniyle enerji kaynakları tüm dünya ülkelerinin en önemli sorunu haline gelmiştir. Öte yandan, bu sınırlı kaynakların üretim oranlarının her yıl azalması, rezervlerin tükenmesi, küresel ısınma ve sera gazı emisyonları konusundaki farkındalığın artması ve doğayı korumaya yönelik daha kısıtlayıcı düzenlemeler getirilmesiyle insanlık, farklı enerji kaynakları arayışına yöneldi. Fosil yakıtların olumsuz etkileri göz önüne alındığında, enerji taşıyıcısı olarak hidrojen başta olmak üzere, alternatif enerji kaynaklarına yönelmek ve bu kaynaklardan maksimum düzeyde yararlanmak bir zorunluluk haline gelmiştir. Ancak üretimi sırasında temiz yakıt enerjisine olan bu talep kritik bir konudur ve doğaya zarar vermemek için tamamen yeşil bir üretim zincirine ihtiyaç duyulmaktadır. Özellikle elektroliz hücreleri için elektrik yenilenebilir kaynaklardan sağlanmalıdır. Hidrojen teknolojileri, geleceğin enerji arenasında orta ve uzun vade için son derece olumlu sinyaller veriyor. Özellikle enerji taşıyıcısı olarak hidrojene başvurmak ve bu kaynaklardan maksimum faydayı elde etmek bir zorunluluk haline gelmiştir. Çünkü hidrojen emisyonu sadece sudur. Sıfır karbon emisyonu sağlar ve yüksek enerji yoğunluğu olarak iyidir, gelecek için en umut verici enerji taşıyıcılarından biri gibi avantajlara sahiptir. Bu yönde katkı sağlamak amacıyla yenilenebilir kaynaklarla şebeke içi besleme sistemi uygulamasına uyarlanabilecek alkali elektroliz yöntemi ile hidrojen üretimi gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmada, DC-DC dönüştürücülü 80 W'lık bir PV panelden elektroliz için gerekli voltajı sağlayan ve fazla elektriği akülerde depolayan yenilenebilir bir elektroliz sistemi tasarlanmıştır. Bu sistem önce MATLAB/Simulink'te simüle edilmiş daha sonra deneysel kısım gerçekleştirilerek sonuçlar karşılaştırılmıştır. Tüm deneyler Adana, Türkiye'de 25℃ ve 1000 W/m² ışınımda yapılmıştır. Simülasyon sonucunda PV panel gücü 81 W, deneysel çalışmada ise 77.15 W olarak bulunmuştur. Elde edilen sonuçlar birbirine yakın değerlere sahip olduğundan simülasyonu yapılacak sistemin sonuçları dünyanın herhangi bir yerinde böyle bir sistem kurulmadan önce, yaklaşık olarak gözlemlenebilmektedir. Elektroliz sisteminde anot olarak 2 cm² yüzeyli Pt, katot olarak 0.36 cm² yüzeyli dört farklı elektrot kullanılmıştır. 0.36 cm² yüzeyli grafit elektrot üretilmiş ve yüzeyi farklı metallerle kaplanmış ve dekore edilmiştir. Polarizasyon eğrileri yardımıyla uygun katot performansı belirlendi. Ayrışma potansiyeli ve hidrojen gazı hacmi, iki elektrotlu konfigürasyon ile elde edildi. Hidrojen gazı hacmi, 1 M KOH elektroliti ile doldurulmuş dereceli bir silindir ile belirlendi. G, G/Ni, G/NiCo ve G/NiCoAg'nin hidrojen performansı karşılaştırıldı. G, G/Ni, G/NiCo ve G/NiCoAg, 3V'luk bir voltaj uygulayarak 30 dakikalık elektroliz süresinin sonunda sırasıyla 30 mL, 31 mL, 42 mL ve 78 mL hidrojen gazı üretmiştir. Bu ince kaplamalar ve modifikasyonlar sayesinde elektrotların elektrokatalitik özellikleri artırılmış ve hidrojen üretiminde ciddi bir artış olduğu kanıtlanmıştır.