Experimental and theoretical evaluation of hydrogen production via PV-assisted alkaline electrolysis
Hidrojen üretiminin PV destekli alkalin elektrolizi ile deneysel ve teorik değerlendirilmesi
- Tez No: 686030
- Danışmanlar: DOÇ. DR. BAŞAK DOĞRU MERT
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Enerji, Electrical and Electronics Engineering, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Adana Alparslan Türkeş Bilim Ve Teknoloji Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 107
Özet
Dünya nüfusunun hızla artması, teknolojinin sürekli gelişmesi, ülkelerin ekonomik refahı ve ilişkilerindeki rolü nedeniyle enerji kaynakları tüm dünya ülkelerinin en önemli sorunu haline gelmiştir. Öte yandan, bu sınırlı kaynakların üretim oranlarının her yıl azalması, rezervlerin tükenmesi, küresel ısınma ve sera gazı emisyonları konusundaki farkındalığın artması ve doğayı korumaya yönelik daha kısıtlayıcı düzenlemeler getirilmesiyle insanlık, farklı enerji kaynakları arayışına yöneldi. Fosil yakıtların olumsuz etkileri göz önüne alındığında, enerji taşıyıcısı olarak hidrojen başta olmak üzere, alternatif enerji kaynaklarına yönelmek ve bu kaynaklardan maksimum düzeyde yararlanmak bir zorunluluk haline gelmiştir. Ancak üretimi sırasında temiz yakıt enerjisine olan bu talep kritik bir konudur ve doğaya zarar vermemek için tamamen yeşil bir üretim zincirine ihtiyaç duyulmaktadır. Özellikle elektroliz hücreleri için elektrik yenilenebilir kaynaklardan sağlanmalıdır. Hidrojen teknolojileri, geleceğin enerji arenasında orta ve uzun vade için son derece olumlu sinyaller veriyor. Özellikle enerji taşıyıcısı olarak hidrojene başvurmak ve bu kaynaklardan maksimum faydayı elde etmek bir zorunluluk haline gelmiştir. Çünkü hidrojen emisyonu sadece sudur. Sıfır karbon emisyonu sağlar ve yüksek enerji yoğunluğu olarak iyidir, gelecek için en umut verici enerji taşıyıcılarından biri gibi avantajlara sahiptir. Bu yönde katkı sağlamak amacıyla yenilenebilir kaynaklarla şebeke içi besleme sistemi uygulamasına uyarlanabilecek alkali elektroliz yöntemi ile hidrojen üretimi gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmada, DC-DC dönüştürücülü 80 W'lık bir PV panelden elektroliz için gerekli voltajı sağlayan ve fazla elektriği akülerde depolayan yenilenebilir bir elektroliz sistemi tasarlanmıştır. Bu sistem önce MATLAB/Simulink'te simüle edilmiş daha sonra deneysel kısım gerçekleştirilerek sonuçlar karşılaştırılmıştır. Tüm deneyler Adana, Türkiye'de 25℃ ve 1000 W/m² ışınımda yapılmıştır. Simülasyon sonucunda PV panel gücü 81 W, deneysel çalışmada ise 77.15 W olarak bulunmuştur. Elde edilen sonuçlar birbirine yakın değerlere sahip olduğundan simülasyonu yapılacak sistemin sonuçları dünyanın herhangi bir yerinde böyle bir sistem kurulmadan önce, yaklaşık olarak gözlemlenebilmektedir. Elektroliz sisteminde anot olarak 2 cm² yüzeyli Pt, katot olarak 0.36 cm² yüzeyli dört farklı elektrot kullanılmıştır. 0.36 cm² yüzeyli grafit elektrot üretilmiş ve yüzeyi farklı metallerle kaplanmış ve dekore edilmiştir. Polarizasyon eğrileri yardımıyla uygun katot performansı belirlendi. Ayrışma potansiyeli ve hidrojen gazı hacmi, iki elektrotlu konfigürasyon ile elde edildi. Hidrojen gazı hacmi, 1 M KOH elektroliti ile doldurulmuş dereceli bir silindir ile belirlendi. G, G/Ni, G/NiCo ve G/NiCoAg'nin hidrojen performansı karşılaştırıldı. G, G/Ni, G/NiCo ve G/NiCoAg, 3V'luk bir voltaj uygulayarak 30 dakikalık elektroliz süresinin sonunda sırasıyla 30 mL, 31 mL, 42 mL ve 78 mL hidrojen gazı üretmiştir. Bu ince kaplamalar ve modifikasyonlar sayesinde elektrotların elektrokatalitik özellikleri artırılmış ve hidrojen üretiminde ciddi bir artış olduğu kanıtlanmıştır.
Özet (Çeviri)
Energy resources have become the most important issue of all countries in the world because of the rapid increase in the population worldwide, the continuous development of technology, the role of the countries in their relations and economic prosperity. On the other hand, due to the decrease in the production rates of these limited resources every year, the depletion of reserves, the increase of awareness about global warming and greenhouse gas emissions, and more restrictive regulations to protect nature, humanity has led to the search for different energy resources. Considering the negative effects of fossil fuels, it has become a necessity to turn to alternative energy sources, especially hydrogen as an energy carrier, and to make maximum use of these sources. However, this demand for clean fuel energy during its production is a critical issue and a completely green production chain should be needed in order not to harm nature. Especially for electrolysis cells, electricity must be supplied from renewable sources. Hydrogen technologies give extremely positive signals for the medium and long term in the energy arena of the future. In particular, it has become a necessity to resort to hydrogen as an energy carrier and to get the maximum benefit from these sources. Because hydrogen emission is only water. It provides zero carbon emissions and is good as a high energy density, it has such advantages as one of the most promising energy carriers for the future. In order to contribute to this direction, hydrogen production was carried out by alkaline electrolysis method, which can be adapted to the application of an on grid supply system with renewable sources. In this study, a renewable electrolysis system is designed, which provides the necessary voltage for electrolysis from an 80 W PV panel with a DC-DC converter and stores the excess electricity in batteries. Firstly, this system was simulated in MATLAB/Simulink and then the experimental part was carried out and the results were compared. All experiments were carried out at 25℃ and 1000 W/m² irradiation in Adana, Turkey. As a result of the simulation, the PV panel power was found to be 81 W, while it was found to be 77.15 W in the experimental study. Since the results obtained have close values with each other, the results of the system to be simulated can be observed approximately without installing such a system anywhere in the world. In electrolysis system, Pt with a surface of 2 cm² was used as the anode, and four different electrodes with a surface of 0.36 cm² were used as the cathode. A graphite electrode with a surface of 0.36 cm² was produced and its surface was covered with different metals and decorated. Appropriate cathode performance was determined with the aid of polarization curves. The decomposition potential and hydrogen gas volume were obtained with the two-electrode configuration. The hydrogen gas volume was determined with a graduated cylinder filled with 1 M KOH electrolyte. The hydrogen performance of G, G/Ni, G/NiCo and G/NiCoAg was compared. G, G/Ni, G/NiCo, and G/NiCoAg produced 30 mL, 31 mL, 42 mL and 78 mL of hydrogen gas, respectively, end of 30 minutes of electrolysis time by applying a voltage of 3V. Thanks to these thin coatings and decorations, the electrocatalytic properties of the electrodes were increased and it was proved that there was a serious increase in hydrogen production.
Benzer Tezler
- Biyokütle ve kömür birlikte yakma sistemlerinde sinerji araştırması
Synergy research in biomass and coal cofiring systems
SİNEM ÖZSOY AYDEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SERDAR YAMAN
- Benzin ve metanol yakıtlı bazı ateşlemeli motorlarda performans ve emisyon karakteristiklerinin incelenmesi
Başlık çevirisi yok
İBRAHİM KORKMAZ
- Wankel motoru ve çevrim atlatma sisteminin deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of the Wankel engine and skip cycle system
ÖMER CİHAN
Doktora
Türkçe
2017
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. OSMAN AKIN KUTLAR
- Özel hibrit kompozit malzemelerin radyasyon karşısında davranışının incelenmesi - xcom ile irdelenmesi, xe26+ iyonları karşısında hasarının srım simülasyonu ile değerlendirilmesi
Assessment of special hybrid composite materials against radiation, analysis by xcom program, evaluation of radiation damage with Xe+26 ions by srim simulation
ERTUĞRUL DEMİR
Doktora
Türkçe
2020
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ASİYE BERİL TUĞRUL
- Elektron ışın kaynağı ve otomotiv endüstrisindeki uygulamaları
Başlık çevirisi yok
ERCAN CİHAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELAHATTİN ANIK