Prediction and optimization of hydrogen production
Hidrojen üretiminin tahmini ve optimizasyonu
- Tez No: 917378
- Danışmanlar: DOÇ. DR. CEYLA GÜNGÖR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Adana Alparslan Türkeş Bilim Ve Teknoloji Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 85
Özet
Modern dünyanın en önemli iki sorunu, bir yandan uygun fiyatlı, kolay ulaşılabilir ve bol enerji kaynaklarının bulunması, diğer yandan ise sanayi devriminden bu yana sürekli artan çevre kirliliğidir. Fosil enerji kaynakları dünya enerji talebinin büyük bir kısmını karşılayabilmesine rağmen, fosil kaynakların sınırlı olması ve çevreyi ciddi şekilde kirletmesi gibi sorunlar nedeniyle alternatif enerji kaynaklarına yönelmek zorunlu hale gelmiştir. Bu nedenle günümüzde yenilenebilir enerji kaynaklarına olan ilgi artmaktadır. Bu kaynaklar arasında başlıca güneş enerjisi, rüzgâr enerjisi ve hidrojen enerjisi yer almaktadır. Yenilenebilir enerji kaynaklarının en büyük zorluklarından biri depolama sorunudur. Bu soruna çözüm olarak hidrojen, uzun vadede önemli bir alternatif olarak öne çıkmaktadır. Diğer yenilenebilir enerji kaynakları kullanılarak hidrojeni üretmek ve depolamak mümkündür. Suyun elektroliz yoluyla parçalanmasıyla elde edilen hidrojene yeşil hidrojen denir. Fosil yakıtlarla üretilen hidrojene kıyasla, yeşil hidrojen çok daha az emisyon gazı üretir. Bu tezin amacı tepki yüzey yöntemi (RSM) ile suyun elektroliz yoluyla ayrıştırılarak hidrojen üretiminde farklı elektrotlar kullanılarak elde edilen sonuçların optimize edilmesidir. Bu çalışmada alkalin elektroliz hücresi kullanılarak hidrojen gazı üretimi için laboratuvar ölçeğinde iki elektrotlu bir sistem kurulmuştur. İlk başta grafit anot, hafif çelik elektrotlar ise katot olarak kullanılmıştır. Daha sonra ise bir soygun metal olan platin anot olarak kullanılmış, grafit elektrotlar ise katot olarak tercih edilmiştir. Bu grafit elektrotlar, bir galvanostatik yöntemle nikel-kobalt-molibden (NiCoMo) ile modifiye edilmiştir. Her iki çalışmada da Elektrot voltajı ve molarite süresi bağımsız faktörler olarak seçilmiştir. Design-Expert programı (deneme sürümü) kullanılarak, bu bağımsız faktörlerin hidrojen üretimi üzerindeki etkileri istatistiksel olarak yorumlanmıştır. Bu yöntemin başlıca avantajlarından biri, çeşitli parametreleri küçük bir deneysel performans sayısıyla inceleyebilmesidir. Deneysel sonuçlar, yapılan tüm deneylerde voltaj değeri 2,5 volttan 3 volta çıktıkça üretilen hidrojen miktarının arttığını göstermiştir. Benzer şekilde tüm deneylerde molarite 0,5 molar konsantrasyondan 1,5 molar konsantrasyona çıktıkça üretilen hidrojen miktarında da artış gözlenmektedir. NiCoMo modifiye grafit elektrot için optimum arzu edilebilirlik 3V voltaj ve 1.5 M molalite gibi ideal koşullarda üretilen 10.67 mL hidrojenle 0.890 olarak bulunmuştur. R2 katsayısı açısından, düzeltilmiş R² ve tahmin edilen R² sırasıyla %98,81, %97,96 ve %91,63 olarak belirlenmiştir. Doğrulama test sonuçları, deneysel olarak elde edilen hidrojen hacimleri ile tahmin edilen hidrojen hacimleri arasında iyi bir uyum olduğunu göstermiştir.
Özet (Çeviri)
Two of the most important issues in the modern world are, on one hand, the availability of affordable, easily accessible, and abundant energy sources, and on the other hand, the continuously increasing environmental pollution since the Industrial Revolution. Although fossil energy sources meet a large portion of the world's energy demand, the limitations of these sources and their significant environmental pollution have made it necessary to seek alternative energy sources. As a result, there is a growing interest in renewable energy sources today. Among these sources, solar, wind, and hydrogen energy are prominent. One of the biggest challenges of renewable energy sources is the storage issue. Hydrogen emerges as a significant long-term alternative to address this problem. It is possible to produce and store hydrogen using other renewable energy sources. Hydrogen obtained through the electrolysis of water is known as green hydrogen. Compared to hydrogen produced from fossil fuels, green hydrogen produces significantly fewer emission gases. This thesis aims to optimize the results obtained by using different electrodes in hydrogen production through the electrolysis of water with the response surface method (RSM). In this study, a laboratory-scale two-electrode system was set up for hydrogen gas production using an alkaline electrolysis cell. Initially, graphite was used as the anode and mild steel electrodes as the cathode. Later, platinum, a noble metal, was used as the anode, while graphite electrodes were preferred as the cathode. These graphite electrodes were modified with nickel-cobalt-molybdenum (NiCoMo) using a galvanostatic method. In both studies, electrode voltage and molarity time were selected as independent factors. Using the Design-Expert program (trial version), the effects of these independent factors on hydrogen production were statistically interpreted. One of the main advantages of this method is that it allows for the examination of various parameters with a small number of experimental performances. Experimental results have shown that the amount of hydrogen produced increased as the voltage value rose from 2.5 volts to 3 volts in all experiments. Similarly, an increase in hydrogen production was observed as the molarity increased from 0.5 M to 1.5 M across all experiments. For the NiCoMo-modified graphite electrode, the optimum desirability was found to be 0.890 with 10.67 mL of hydrogen produced under ideal conditions of 3V voltage and 1.5 M molarity. In terms of the coefficient of determination, R2, the adjusted R2 and predicted R2 values were determined to be 98.81%, 97.96%, and 91.63%, respectively. Validation test results demonstrated a good agreement between the experimentally obtained hydrogen volumes and the predicted hydrogen volumes.
Benzer Tezler
- Statistical optimization of the production of TagI endonuclease by recombinant E. coli cells using response surface methodology
Rekombinant E. coli hücrelerinde TagI endonükleaz üretiminin yanıt yüzeyi yöntemi kullanılarak istatistiksel eniyilemesi
İLKEM EMRAH NİKEREL
Yüksek Lisans
İngilizce
2003
Kimya MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BETÜL KIRDAR
YRD. DOÇ. DR. RAMAZAN YILDIRIM
- Fischer-tropsch ile hafif olefin üretimi prosesi için kinetik modelleme ve optimizasyon çalışması
Kinetic modeling and optimization study for light olefin production process with fischer-tropsch
SELİN ERTUNAN GÜMÜŞBOĞA
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ GAMZE GÜMÜŞLÜ GÜR
- Prediction of syngas and exergy data from gasification of lignite coal and biomass blends with machine learning algorithms
Linyit kömürü ve biyokütle karışımlarının gazlaştırılmasından elde edilen sentez gaz ve ekserji verilerinin makine öğrenmesi algoritmaları ile tahmini
MİSLİNA ÇAKAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
EnerjiYıldız Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN SADIKOĞLU
ÖĞR. GÖR. ÖZGÜN YÜCEL
- Elektrikli araçların dağıtım şebekesine etkisinin maliyet analizi ve genetik algoritma ile en iyileştirilmesi
Effects of electric vehicles on distribution network, cost analysis and optimization with genetic algorithm
HAZAL ÇİFTÇİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BELGİN EMRE TÜRKAY
- Machine learning in solar energy utilization
Solar enerji kullanımında makine öğrenmesi
BURCU ORAL
Doktora
İngilizce
2023
Kimya MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RAMAZAN YILDIRIM