Benzin motorunun hidrojen motoruna dönüştürülmesi

Selim ÇETİNKAYA

1970’lü yıllardaki petrol krizi, dünyanın ham petrole olan anormal bağımlılığını azaltmak için araştırmacıları daha verimli sistemleri ve farklı güç kaynaklarını araştırmaya yöneltmiştir. Çalışma alanlarından birisi de tüketimin ana alanlarından biri olan ulaşım sektörüdür.

En çok ilgi çeken sistemlerden biri, hidrojen-oksijen yakıt pili ile güçlendirilen elektronik otomobildir. Halen uzay yolculuklarında kullanılmakta olan yakıt pillerinin ürünleri, elektrik enerjisi ve içme suyudur. Yakıt pili ile güçlendirilen elektronik otomobiller, geleceğin ana ulaşım araçlarından biri olarak görülmektedir. Daimler-Benz'in ürettiği yeni elektrikli otomobil (New Electric Car -NECAR), Mayıs 1996' da testlere başlamıştır. 110 km/h’lik maksimum hızı ve 250 km’lik sürüş mesafesiyle geleneksel benzinli taşıtlarla karşılaştırılabilir performansa sahip olan bu taşıtın, kullanıcılar tarafından benimseneceği ve 10 yıl içerisinde ticari üretimine geçilebileceği tahmin edilmektedir.

Hidrojen, günümüz taşıtlarının içten yanmalı motorlarında kullanılabilir mi?

Sorunun cevabı, hidrojen kullanımı için dönüşümlerinin yapılması halinde "evet" olacaktır. Halen, bir başka gaz olan doğal gazı kullanan içten yanmalı motorlar mevcuttur. Hidrojen kullanıldığında, egzoz hemen hemen tamamen su buharı olduğu için taşıt çevreci olacaktır.

Önce kimyasal bakımdan bir değerlendirme yapılabilir. Motorda hidrojen kullanılması halinde, benzine oranla motora hacimsel olarak daha fazla hidrojen gönderilirken (aynı basınç ve sıcaklıkta, 1 dm³ H₂ için ~2,38 dm³ hava), yakıt ve karışım kütlesi daha az olmaktadır (1 kg H₂ için ~35,5 kg hava). Bu durum, yanmada daha az basınç artışı olacağı ve aynı enerjiyi üretmek için daha fazla daha fazla hidrojen gerekeceği anlamına gelmektedir. Bu değerlendirmeye göre, hidrojen yakıtın çalışabileceği yegane motor, havanın silindire normalden daha yüksek basınçla pompalanarak verim ve gücün artırılacağı türboşarjlı motor gibi gözükmektedir.

Hidrojen nasıl üretilir?

Hidrojen, benzinin 3…4 katı daha fazla enerji içeren mükemmel bir yakıttır ve birçok başka enerji kaynağı ile üretilebilmekte ya da birçok endüstriyel işlemin yan ürünü olarak alınmaktadır. Hidrojen gücü, Jules Verne’in suyu yakıt olarak kullandığı eski bir rüyanın gerçekleşmesidir. Hidrojen üretiminde genellikle şu iki metot uygulanmaktadır:

Elektrolizde, su moleküllerini hidrojen ve oksijene ayrıştırmak için elektrik enerjisi kullanılır. Elektrik enerjisi, yenilenebilir yakıt dahil, herhangi bir kaynaktan sağlanabilir. Elektrolizin, gelecekte fazla miktarlardaki hidrojen üretiminin esas yöntemi olması beklenmemektedir.

Diğer hidrokarbonlar da kullanılabileceği halde, doğal gazın buhar ıslahı, sentez gazı üretiminin esas metodu olarak görülmektedir. Örneğin biyokütle ve kömür gazlaştırılabilir ve buhar ıslah işleminden geçirilerek hidrojen üretilebilir.

Hidrojenle güçlendirilecek araçlarda su değil, muhtemelen motorin kullanılacak

Taşıt tasarımcıları, çevreyi kirletmeyen bir prototipin seri üretimine geçmeden önce, hangi yakıtı kullanacaklarına karar verme problemi ile karşılaştılar.

Hidrojen üretimindeki ideal senaryo, güneş panelleri veya rüzgar türbinleri ile elde edilen elektrikle suyun ayrıştırılmasıdır. Anlaşılacağı gibi, bu işlemin uygulama yeri kesinlikle taşıt değildir. Taşıtta, verimli ve hemen kullanılabilir bir hidrojen kaynağının uygulamaya aktarılması henüz başarılmış değildir. Hidrojenin verimli olarak üretimi ve kullanımına geçiş dönemi için bir seçenek, taşıtta hidrojene dönüşümü yapılabilecek olan metanol veya doğal gazın kullanılmasıdır. Bu iki yakıtın olumsuz tarafı ise, servis ağının çok sınırlı olmasıdır. Motorin, taşıtta kısmen oksitlenerek, ihmal edilebilecek düzeyde nitrojen oksitleriyle hidrojen üretimi yapılabilecek en uygun yakıt olarak görülmektedir. (Sülfür dioksitlerin azaltılması için, sülfür rafineride ayrılabilir). Buradaki esas avantaj ise, doldurma istasyonlarının hazır olmasıdır.

Hidrojenin buharlaşma sıcaklığı –253°C’ dir. Güvenli depolama problemi, üretilen hidrojenin patlayıp tutuşmayacağı metal tozları arasında veya metal hidrid biçiminde absorbe edilmesi ve gerektiğinde serbest bırakılması ile çözümlenebilmektedir. Daimler Benz, dönüşümü yapılan araçlara şehir gazından üretilen hidrojen doldurmak üzere, Batı Berlin’de bir doldurma istasyonu açmıştır.