Prediction and optimization of hydrogen production

Modern dünyanın en önemli iki sorunu, bir yandan uygun fiyatlı, kolay ulaşılabilir ve bol enerji kaynaklarının bulunması, diğer yandan ise sanayi devriminden bu yana sürekli artan çevre kirliliğidir. Fosil enerji kaynakları dünya enerji talebinin büyük bir kısmını karşılayabilmesine rağmen, fosil kaynakların sınırlı olması ve çevreyi ciddi şekilde kirletmesi gibi sorunlar nedeniyle alternatif enerji kaynaklarına yönelmek zorunlu hale gelmiştir. Bu nedenle günümüzde yenilenebilir enerji kaynaklarına olan ilgi artmaktadır. Bu kaynaklar arasında başlıca güneş enerjisi, rüzgâr enerjisi ve hidrojen enerjisi yer almaktadır. Yenilenebilir enerji kaynaklarının en büyük zorluklarından biri depolama sorunudur. Bu soruna çözüm olarak hidrojen, uzun vadede önemli bir alternatif olarak öne çıkmaktadır. Diğer yenilenebilir enerji kaynakları kullanılarak hidrojeni üretmek ve depolamak mümkündür. Suyun elektroliz yoluyla parçalanmasıyla elde edilen hidrojene yeşil hidrojen denir. Fosil yakıtlarla üretilen hidrojene kıyasla, yeşil hidrojen çok daha az emisyon gazı üretir. Bu tezin amacı tepki yüzey yöntemi (RSM) ile suyun elektroliz yoluyla ayrıştırılarak hidrojen üretiminde farklı elektrotlar kullanılarak elde edilen sonuçların optimize edilmesidir. Bu çalışmada alkalin elektroliz hücresi kullanılarak hidrojen gazı üretimi için laboratuvar ölçeğinde iki elektrotlu bir sistem kurulmuştur. İlk başta grafit anot, hafif çelik elektrotlar ise katot olarak kullanılmıştır. Daha sonra ise bir soygun metal olan platin anot olarak kullanılmış, grafit elektrotlar ise katot olarak tercih edilmiştir. Bu grafit elektrotlar, bir galvanostatik yöntemle nikel-kobalt-molibden (NiCoMo) ile modifiye edilmiştir. Her iki çalışmada da Elektrot voltajı ve molarite süresi bağımsız faktörler olarak seçilmiştir. Design-Expert programı (deneme sürümü) kullanılarak, bu bağımsız faktörlerin hidrojen üretimi üzerindeki etkileri istatistiksel olarak yorumlanmıştır. Bu yöntemin başlıca avantajlarından biri, çeşitli parametreleri küçük bir deneysel performans sayısıyla inceleyebilmesidir. Deneysel sonuçlar, yapılan tüm deneylerde voltaj değeri 2,5 volttan 3 volta çıktıkça üretilen hidrojen miktarının arttığını göstermiştir. Benzer şekilde tüm deneylerde molarite 0,5 molar konsantrasyondan 1,5 molar konsantrasyona çıktıkça üretilen hidrojen miktarında da artış gözlenmektedir. NiCoMo modifiye grafit elektrot için optimum arzu edilebilirlik 3V voltaj ve 1.5 M molalite gibi ideal koşullarda üretilen 10.67 mL hidrojenle 0.890 olarak bulunmuştur. R2 katsayısı açısından, düzeltilmiş R² ve tahmin edilen R² sırasıyla %98,81, %97,96 ve %91,63 olarak belirlenmiştir. Doğrulama test sonuçları, deneysel olarak elde edilen hidrojen hacimleri ile tahmin edilen hidrojen hacimleri arasında iyi bir uyum olduğunu göstermiştir.