Endüstriyel atık ısılardan yüksek sıcaklıkta elektroliz yöntemi ile hidrojen üretiminin araştırılması

Enerji insanoğlunun temel girdilerinin karşılanmasında, ülkelerin sosyal ve ekonomik olarak kalkınmasında en önemli ihtiyaçlardan biridir. Sürekli olarak gelişen teknoloji ile birlikte yükselen ivmeyle enerji talebindeki artışı, çevre dostu olan ve sürdürülebilir olarak sağlayabilecek en ileri teknolojinin hidrojen enerji sistemi olduğu bilinmektedir. Bu tez, çizilen çözüm çemberi içerisinde atık ısının değerlendirilerek hidrojen üretimine yönelik etkin, verimli ve çok disiplinli bir çözüm paketi oluşturmayı amaçlamaktadır. Tezin amacı doğrultusunda oluşturulacak çözüm paketi iki ana süreçten oluşmaktadır. -İlk süreç atık ısının bir ısı değiştirici ile yakalanmasıdır. Bu süreçte tasarım limitlerimizi, akışkanın kabul edilebilir basınç kaybı ve transfer edilebilir toplam ısı miktarı belirlemiştir. -İkinci süreç yüksek sıcaklıklı buhar elektrolizi ünitesi ile hidrojen üretimidir. İlk süreçte yakalanan ısı, bu elektroliz ünitesinin ısı desteğini sağlamıştır. Bu süreçte farklı opsiyonların analizi yapılmıştır. Isı değiştiricisi tasarımında öncelikle gerekli literatür taraması yapılmıştır. Optimum değerlere sahip olan geometri baz alınarak parametrik analitik ısı transfer hesapları yapılmıştır. Ardından akışkanın maruz kalacağı basınç ve ısı kaybı değerleri, çevresel faktörler göz önüne alınarak limite edilmiştir. Daha sonra ısı değiştiricinin transfer etmesi gereken ısı miktarı göz önüne alınarak ikincil bir optimizasyon ve modelleme yapılmıştır. Yüksek sıcaklıklı buhar elektrolizi ünitesi tasarımında hidrojen üretim hızı ve verimini belirleyen temel faktörler olan elektroliz hücre ve yığın sayısı, hücre alanı gibi değerler önceki çalışmalar baz alınarak yapılan literatür taraması ile belirlenmiştir. Buharın akış debisini ve sıcaklığını belirleyen temel etken olan baca gazının çıkış sıcaklığının, termal elektrolizi etkileyen faktörlere bağlılığı, tasarlanan sistem için analiz edilmiştir.