HİDROJEN YAKITLI ARAÇLAR - ELEKTRİKLİ ARAÇLAR

 

Günümüzde insanlar, fosil yakıtların yakın bir zamanda tükeneceği gerekçesiyle ve bu yakıtların çevreye verdiği zararlar neticesinde fosil yakıtlar yerine alternatif yollar aramaya başladı. Bunun en belirgin örneklerinden biri elektrik ve hidrojen yakıtlı arabalara merak ve talebin artmasıdır.

Nasıl Ortaya Çıktı?

1839 yılında Sir William Robert Grove, sudan hidrojen elde etmek ve bunun sonucunda da elektrik üretmek amacıyla bir deney gerçekleştirdi. Bugün elektroliz olarak bildiğimiz bu deney, o yıllarda hidrojen yakıt hücrelerinin temellerini atmış oldu. 20. Yüzyılın ortalarına doğru bu işlem Francis Bacon tarafından daha da geliştirildi.

İlk yakıt hücreleri sistemi 1960’lı yıllarda General Electric tarafından orbital uzay kapsüllerinde kullanılmak üzere geliştirildi. Bu sistemin 1990’lı yıllarda toplu taşıma araçlarında kullanılmaya başlaması sistemin ‘kurulabilir ve kullanılabilir’ bir sistem olduğunu kanıtlar niteliktedir.

Sistemdeki yakıt hücrelerini bir çeşit pil olarak düşünebilirsiniz. Aradaki fark ise piller yakıtlarını içerlerinde barındırırken, yakıt hücreleri tekrar tekrar doldurulmak ister. Hidrojen yakıt hücrelerinin yakıtı adından da anlaşılacağı gibi hidrojendir. Hidrojen yakıt hücreleri protonlardan elektronları ayırır ve bu elektronları saf elektrik akımı üretmek için kullanır. İyonize olmuş hidrojen atomları oksijen ile birleşerek suyu oluşturur. Bu olay sonucunda ısı açığa çıkar ve bu ısı, hidrojenden elektrik üretirken oluşan suyu buharlaştırır. Hidrojen yakıt hücresi kullanan araçların egzozlarından buhar çıkmasının nedeni budur.

Arabalarda kullanılan yakıt hücresinin çeşidi ‘polymer exchange membrane’ (PEM) olarak adlandırılan tiptir. PEM yakıt hücrelerinin küçük ve hafif olması gibi avantajları vardır. Bu hücreler iki elektrottan, bir katalizörden ve membrandan oluşur. Bu elektrotlar negatif yüklenmiş anot ve pozitif yüklenmiş katottur. Hidrojen; yakıt hücrelerine, anottan her biri iki hidrojen atomu içeren hidrojen molekülleri şeklinde alınır. Anotta bulunan bir katalizör, hidrojen moleküllerini proton olarak bilinen hidrojen iyonlarına ve elektrik akımını sağlayan elektronlara parçalar.

Hidrojen iyonları membranın içinden geçerler fakat elektronlar membranın etrafından dolaşmak zorundadır. Bu dolaşım sırasında elektronların hareketi elektrik akımını oluşturur. Sonra proton ve elektronlar katotta tekrar bir araya gelerek ve oksijen ile birleşerek suyu oluşturur.(Burada oksijen, hidrojenle tepkimeye girerek elektrik ve su üretiyor. Bu, kimyasal bir tepkime ancak aracın atık borusundan sadece su çıkıyor. Yani tek emisyon bu.)

Yakıt hücreleri, yan yana dizilebilmesi için düz ve ince olarak tasarlanır. Ne kadar çok yakıt hücresi bir araya konabilirse o kadar yüksek voltajda elektrik üretilebilir. Bu da daha çok güç anlamına gelir.

NOT:

Hidrojen ile çalışan arabaları üretmek normal arabaları üretmekten çok da farklı değildir. Tabi ki hidrojen yakıt hücreleri elektrik ürettiği için arada temel farklar olacaktır. Genelde hep karıştırılır. Hidrojenle çalışan araba ve elektrik ile çalışan arabalar sonuç olarak elektrik ile çalışır. Aradaki fark hidrojen ile çalışan arabada elektrik hidrojenden elde edilir. Elektrik ile çalışan arabalarda ise elektrik yan yana dizilmiş şarj edilebilir akülerden sağlanır.

ELEKTRİKLİ OTOMOBİLLER

Elektrikli otomobiller gün geçtikçe hayatımızda daha görünür olarak yer almaya başlamış durumdadır ve sayıları her geçen gün daha da artmaktadır. Günümüzde temel açıdan 4 çeşit elektrikli otomobil teknolojisi kullanılmaktadır. Bunlar;

1. Hybrid Sistemli (Melez)
2. Şarj Edilebilir Özellikli Hybrid Sistem (Plug-in Hybrid)
3. Menzil Arttırıcılı Sistem (Range Extender)
4. Tam Elektrikli Sistem

1) Hybrid Sistemli (Melez) Otomobiller

Melez (hybrid) arabalarda isimlerinden de anlaşıldığı üzere hem içten yanmalı hem de elektrikli olmak üzere iki çeşit motor kullanılmaktadır. Elektrikli olan motorların temel görevi, içten yanmalı olarak çalışan motorlara destek olmaktır. Otomobilde, elektrikli motoru şarj etmekte olan ve pilleri prize takılmak suretiyle şarj olan bir düzen bulunmamaktadır. Elektrikli motor, içten yanmalı olarak çalışan motor tarafınca şarj edilmektedir.  Buna ek olarak fren geri dönüşüm sistemi, tekerleklerin dönüş enerjisini yani kinetik enerjiyi, otomobilin frenlemesi esnasında elektrik enerjisine dönüşmesini sağlayarak pillere gönderir. Hem elektrikli motorlar hem de içten yanmalı olarak çalışan motorlar, otomobil modellerine göre değişen şekillerde motorun çekişine yardımcı olmaktadırlar.

Otomobillerin belirli hızlarına kadar etkin olan elektrikli motorlar, motor çekiş görevini üstlenmektedir. Belirlenmiş olan hızların aşılmasıyla birlikte içten yanmalı olarak çalışan motorlar devreye girer ve böylece kullanılan yakıt miktarında önemli seviyede düşüşler sağlanmış olunur.

2) Şarj Edilebilir Özellikli Hybrid Sistem (Plug-in Hybrid) Otomobiller

Bu otomobillerin temel çalışma prensipleri Hybrid sistemlerle hemen hemen aynıdır. Fakat bu sistemle çalışmakta olan otomobillerde daha büyük piller bulunmaktadır. Buna ek olarak büyük boyutlu olan pillerde fiş tertibatı bulunması sayesinde, prize takılmak suretiyle şarj edilebilmektedirler. Bu sayede elektrik motorları hem priz hem de içten yanmalı motor vasıtasıyla bunlara ek olarak fren enerjisinin de yeniden kazanılmasıyla sistem şarj edilebilmektedir.

3) Menzil Arttırıcılı Sistem (Range Extender) Otomobiller

Plug-in Hybrid sisteminde de olduğu gibi bu sistemle çalışan otomobillerde de hem elektrik hem de içten yanmalı olarak çalışan motorlar bulunmaktadır. Fakat bu sistemde; içten yanmalı olarak çalışan motor, hiçbir surette motorun çekişine katkıda bulunmamaktadır. Çekiş görevini tamamen elektrik motoru gerçekleştirmektedir. İçten yanmalı olarak çalışan motorun görevi yalnızca pilleri şarj etmektir. Bu sistemde; fren enerjisinin geri kazanımıyla ve prize takılmak suretiyle piller şarj edilmektedir.

4) Tam Elektrikli Sistem Otomobiller

Bu sistemle çalışmakta olan otomobillerde yalnızca elektrik motoru bulunmaktadır ve çekiş bu motor tarafınca gerçekleştirilmektedir. Sistemin pilleri, prize takılarak şarj edilmektedir. Buna ek olarak fren enerjisi de geri kazanım olarak pillerin şarj edilmesine yardımcı olmaktadır.

ELEKTRİKLİ ARAÇLAR İLE YAKIT HÜCRESİ KULLANILAN ARAÇLAR ARASINDAKİ FARKLILIKLAR NELERDİR ?

Yakıt hücresi kullanılan araçlar da elektrikli araçlar da kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürerek çalışır. Yakıt hücreli araçlarda hidrojen ve oksijenin kimyasal tepkimesi sonucu enerji elde edilir. Elektrikli araçlarda ise farklı kimyasal maddelerden oluşan bataryalar kullanılır.

Elektrikli araçlarda çoğunlukla cep telefonu, dizüstü bilgisayar gibi taşınabilir elektronik cihazlarda da kullanılan lityum-iyon piller tercih edilir. Enerji yoğunluğunun yüksek olması, yüksek sıcaklıklarda iyi performans göstermesi, hafıza etkisinin görülmemesi, kendiliğinden boşalma hızının düşük olması gibi özellikleri nedeniyle lityum-iyon piller diğer enerji depolama sistemlerine göre daha avantajlıdır. Elektrikli araçlarda lityum-iyon piller dışında nikel-metal hidrür piller de kullanılabilir.

Elektrikli araçların yakıt hücresi kullanılan araçlardan en önemli farkı kullanılan bataryaların şarj edilebilir olmasıdır. Yakıt hücresi kullanılan araçlarda ise yakıt olarak kullanılan hidrojen ve oksijen harici olarak depolanır. Yani bu araçların yakıt hücreleri şarj edilemez.

Yakıt hücreleri kullanılan araçlarda yakıt tükendiğinde birkaç dakika içinde tekrar doldurulabilirken, elektrikli araçların şarj süresi genellikle saatlerle ifade edilir. Ancak elektrikli araçları evinizde bile şarj edebilirsiniz. Şimdilik yakıt hücresi kullanılan araçlar tekrar doldurulmadan ortalama 500 kilometre yol alabilirken, elektrikli araçlar ise ortalama 300 kilometre menzile sahip. Ancak yakıt hücreli ve elektrikli araç teknolojilerindeki gelişmeler sayesinde bu değerler değişebilir.

Kaynak