II. İLERİ TEKNOLOJİLER ÇALIŞTAYI (İTÇ 2011) - Bilgesam

86
koşulları altında oksitlenmiş ve indirgenmiş türlerin her ikisi içinde yüksek çözünürlülüğe
sahiptir. Bu proses kimyasal absorpsiyon ve elektrokimyasal dönüşüm
üniteleri olmak üzere iki temel üniteden oluşur. Absorpsiyon reaktöründe, asidik
çözeltideki vanadyum dioksit (VO2) + hidrojen sülfürü elementel kükürde
yükseltger, kükürt ise süzme ile ayrılır. Elektrokimyasal dönüşüm ünitesinde ise
oksijenin serbest kalması için gereken potansiyelin altında bir potansiyelde VO2 +
tekrar üretilir ve aynı anda proton (H + ) iyonları da hidrojen gazına indirgenir.
4. Yüksek Sıcaklıkta Elektroliz Yöntemi
Suyun elektrolizinin daha verimli, ekonomik ve temiz olması için son yıllarda öne
çıkan çalışma alanlarından biri de yüksek sıcaklıkta çalışan katı oksit elektroliz
hücreleridir (SOEC: Solid oxide electrolytic cells). Katı oksit yakıt pilleri (SOFC:
Solid oxide fuel cells) sistemlerindeki gelişmeler bu hücrelerin gelişimini de olumlu
yönde etkilemiştir. Son yıllarda bu sistemlerle fosil yakıtların reformasyonu ile elde
edilen hidrojen maliyeti seviyesinde maliyetler rapor edilmiştir (0,02-0,03 € per
kWh. [18]. Yüksek sıcaklık termodinamik açıdan gereken enerjinin miktarını azaltarak
sistem verimlileştirir. Buna en uygun kaynaklar nükleer enerji santralleri veya
yoğunlaştırılmış güneş enerjisi santralleridir. Alkalin elektrolitli sistemler de yüksek
sıcaklıkta çalışılmasına rağmen, ağırlıkla katı elektrolitli (SOEC) sistemler
korozyon ve dayanım açısından öne çıkmaktadır. Elektrolit olarak YSZ(yttria
stabilized zirconia) gibi seramik temelli malzemeler kullanılır. Elektrolitten geçen
iyon bu sefer negatif yüklü oksijen iyonudur. Bu malzemenin etkin iyonik iletkenliğe
ulaşması ancak yüksek sıcaklıklarda mümkün olduğundan genellikle 500-800 ºC
aralığında çalışır ve bu nedenle yüksek sıcaklık elektrolizörleri olarak da bilinirler.
Literatürde 1000 ºC’ye kadar sıcaklıklarda çalışmalar vardır. Bu sıcaklıklarda temel
problem kullanılan malzemelerin termal dayanımı olmaktadır. Verimlidirler fakat
ilk yatırım maliyetleri yüksektir.
Literatürde hidrojen sülfürün doğrudan yakıt olarak kullanıldığı katı oksit yakıt
hücreleri üzerine yapılan çalışmalar bulunmaktadır [19,20]. Liu ve arkadaşlarının
[20] yaptığı çalışmada H2S, Pt/(ZrO2)0.92(Y2O3)0.08/Pt konfigurasyonundaki hücre
atmosferik basınçta ve 750-800 ºC aralığında incelenmiş, %5 H2S beslenen sistemde
başlangıçta 100 mA/cm 2 akım yoğunluğuna ve 15,4 mW/cm 2 güç yoğunluğuna
ulaşılmasına rağmen Pt elektrodun kükürt zehirlenmesi ile performansın hızla düştüğü
görülmüştür. Hidrojen sülfürün doğrudan yakıt piline beslenmesi durumunda
bu beklenen bir durumdur. Lu ve arkadaşları [19] ise hidrojen sülfürü katı oksit
yakıt hücresi sisteminin yüksek sıcaklığından yararlanarak entegre bir sistemde
metan yardımıyla reforme ederek önce hidrojen üretmiş sonra bu hidrojeni sisteme
yollamışlardır. Elde ettikleri toplam sistem verimi %65’tir. Araştırmacıların da
söylediği gibi yüksek sıcaklıkta katı oksit yakıt hücreleri hidrojen sülfür ile entegre
edilebilirse çok verimli sonuçlar elde edilebilir.