Yerleşik Sistem Yakıt Pillerinde Hidrojen İhtiyacının Karşılanması İçin Süreç, Yakıt ve Katalizör Sistemi Tasarımı

DOĞU, Timur; SEZGİ, Naime Aslı

Yerleşik Sistem Yakıt Pillerinde Hidrojen İhtiyacının Karşılanması İçin Süreç, Yakıt ve Katalizör Sistemi Tasarımı

Yürütücü

Naime Aslı SEZGİ (Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Kimya Mühendisliği Bölümü, Ankara, Türkiye)

Araştırmacı(lar)

Timur DOĞU (Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Kimya Mühendisliği Bölümü, Ankara, Türkiye)

9 5

Proje Grubu: MAG Sayfa Sayısı: 133 Proje No: 115M425 Proje Bitiş Tarihi: 01.04.2018 Metin Dili: Türkçe İndeks Tarihi: 21-03-2020

Yerleşik Sistem Yakıt Pillerinde Hidrojen İhtiyacının Karşılanması İçin Süreç, Yakıt ve Katalizör Sistemi Tasarımı

Öz:

Giderek artan nüfusa paralel olarak enerji gereksinimimiz de her geçen gün artıs göstermektedir. Enerji ihtiyacımızı karsılarken kullanılacak enerji kaynaklarının çevreyi kirletmemesi önemli bir konudur. Fosil yakıtların giderek azaldıgı gerçegi de göz önünde bulunduruldugunda hidrojenin enerji alternatifleri arasında uygun bir seçenek oldugu görülmektedir. Dogada saf olarak bulunmayan hidrojenin çesitli yöntemlerle elde edilmesi gerekir; bu çalısma kapsamında alkol reformlama reaksiyonu ile etanol veya metanolden hidrojen eldesi amaçlanmıstır; böylelikle 1 mol alkol basına alkolün türüne göre en az 3, en fazla 6 mol hidrojen üretilebilir. Alkol reformlama reaksiyonunda katalizör destegi olarak kullanılan madde katalizörün deney sırasındaki performansını etkileyen önemli bir parametredir. Sol-jel teknigi takip edilerek mezo gözenekli silika aerojel katalizör destegi sentezlenmis ve sonrasında yapısına kullanıldıgı alkolün türüne göre bazı metal (Cu, Ni, Zn) yüklemeleri ıslak emdirme yöntemiyle yapılmıstır. Uzun süre kararlılıgını koruyacak bir katalizör ile yan ürün içerigi düsük hidrojen gazı üretebilmek için reaksiyona girmeden önce metal yüklü katalizörler ısıl islem görmekte, sonrasında indirgenmekte ve reformlama reaksiyonunda kullanılmaktadır. Artan kalsinasyon sıcaklıgı ile hava/Ar veya N2 ile ısıl islem gören katalizörlerde metanolün dönüsümünün arttıgı görülmüstür; en yüksek dönüsüm 700°C?de ısıl islem gören 10Cu-SA Hava/Ar 700 katalizörüne aittir (%86,1). Yapılan deneyler sonucunda optimum kalsinasyon sıcaklıgının 700°C, kalsinasyon gazının hava/Ar oldugu bulunmustur. En yüksek aktiviteyi 4,5 ortalama hidrojen verimi, tam etanol dönüsümü ve %12 kok olusumu ile 600°C?de etanol reformlama reaksiyonunda, 10Ni-SA He 600 katalizörü verirken en yüksek aktiviteyi sentezlenen katalizörlerden 15Cu-SA Hava/Ar 700, 280°C?de termodinamik sınırlara yakın 2,75 ortalama hidrojen verimi, %92,1 ortalama metanol dönüsümü ve %3,6 kok olusumu ile methanol reformlama reaksiyonunda vermistir. Etanol buharlı reformlama reaksiyonunda silika aerojelin destek malzemesi olarak kullanılması kok olusumunu önemli miktarda azaltmıstır. Alkol reformlama reaksiyonunda yan ürün olarak olusan CO2?nin tutulması için metanol reformlama reaksiyonunda Huntit ve Hidrotalsit gibi adsorban malzemeler kullanılmıs ve en iyi sonuç 55 dk boyunca CO2?yi tutma kapasitesiyle 200°C?de agırlıkça 1/15 Hidrotalsit içeren 15Cu-SA Hava/Ar 700?den elde edilmistir. Etanol reformlama reaksiyonunda ise en iyi sonuç 100 dk boyunca CO2?yi tutma kapasitesiyle 600°C?de agırlıkça 1/10 kalsiyum karbonat içeren 10Ni-SA He 600?den elde edilmistir.

Anahtar Kelime: nikel çinko bakır silika aerojel hidrojen üretimi Buharlı metanol veya etanol reformlama

Konular: Enerji ve Yakıtlar Mühendislik, Kimya

Erişim Türü: Erişime Açık

Amiri, Y.T., Moghaddas, J.S., 2014. ”Performance Evaluation of Cu-SiO2 Aerogel Catalyst in Methanol Steam Reforming”, Iranian Journal of Chemical Engineering, 11(3), 37-44.
Amiri, T., Moghaddas, J.S., 2015. “Cogeled copper-silica aerogel as a catalyst in hydrogen production from methanol steam reforming”, International Journal of Hydrogen Energy, 40, 1472-1480.
Amiri, T., Moghaddas, J.S., Khajeh, S.R., 2016. “Silica aerogel-supported catalyst prepared via ambient pressure drying process”, Journal of Sol-Gel Science and Technology, 77, 627-635.
Araiza, D. G., Gómez-Cortés, A., Díaz, G., 2018. “Effect of ceria morphology on the carbon deposition during steam reforming of ethanol over Ni/CeO2 catalysts,” Catalyst. Today, March, 0–1.
Dou, B., Jiang, B., Song, Y., Zhang, C., Wang, C., Chen, H., Du, B., Xu, Y., 2016. “Enhanced hydrogen production by sorption-enhanced steam reforming from glycerol with in-situ CO2 removal in a fixed-bed reactor,” Fuel, 166, 340–346.
Dominguez, M., Taboada, E., Idriss, H., Molins, E., Llorca, J., 2010. “Fast and efficient hydrogen generation catalyzed by cobalt talc nanolayers dispersed in silica aerogel”, Journal of Materials Chemistry, 20, 4875-4883.
Fıçıcılar B., Doğu, T., 2006 “Breakthrough analysis for CO2 removal by activated hydrotalcite and soda ash” Calaysis Today,115, 274–278.
Gurav, L.J., Nadargi, Y.D., Rao, A.V., 2008. “Effect of mixed Catalysts system on TEOSbased silica aerogels dried at ambient pressure”, Applied Surface Science, 255, 3019– 3027.
Gündüz, S., Doğu, T., 2011. “Sorption-Enhanced Reforming of Ethanol over Ni- and Coincorporated MCM-41 Type Catalysts”, Industrial & Engineering Chemistry Research, 51,8796-8805.
Han, J.S., Bang, Y., Yoo, J., Kank, K.H., Jong, H.J., Seo, J.G., Song, I.K., 2013. “Hydrogen production by steam reforming of ethanol over mesoporous Ni/Al2O3/ZrO2 aerogel catalyst”, International Journal of Hydrogen Energy, 38, 15119-15127.
He, S., Mei, Z., Liu, N., Zhang, L., Lu, J., Li, X., Wang, J., He, D., Luo, Y., 2017. “Ni/SBA-15 catalysts for hydrogen production by ethanol steam reforming: Effect of nickel precursor,” International. Journal of Hydrogen Energy, 42(21), 14429–14438.
Hu,W., Li,M.,Chen,W., Zhang, N., Li, B., Wang, M., 2016. ”Preparation of hydrophobic silica aerogel with kaolin dried at ambientpressure”, Colloids and Surfaces A: Physicochemical Engineering Aspects, 501, 83–91.
Kim, C.E., Yoon, S.J., Hwang, J.H., 2009. “Synthesis of nanoporous silica aerogel by ambient pressure drying”, Journal of SolGel Science and Technology, 49, 47-52.
Kubacka, A., Garcia, M.F., Arias, A.M., 2016. “Catalytic hydrogen production through WGS or steam reforming of alcohols over Cu,Ni and Co catalysts”, Applied Catalysis A : General, 518, 2-17.
Li, L., Tang, D., Song, Y., Jiang, B., Zhang, Q., 2018. “Hydrogen production from ethanol steam reforming on Ni-Ce/MMT catalysts,” Energy, 149, 937–943.
Lindo, M., Vizcaíno, A. J., Calles, J.A., Carrero, A., 2010. “Ethanol steam reforming on Ni/Al- SBA-15 catalysts: Effect of the aluminium content,” International Journal of Hydrogen Energy, 35(11), 5895–5901.
Llanos, A., Melo, L., Avendano, F., Montes, A., Brito, J.L. 2008. “Synthesis and characterization of HPW/MCM-41 (Si) and HPW/MCM-41 (Si/Al) catalysts: Activity for toluene alkylation with 1-dodecene”, Catalysis Today, 133–135, 20–27.
Llorca, J., Homs N., Sales J., Piscina P. R., 2002. “Efficient Production of Hydrogen over Supported Cobalt Catalysts from Ethanol Steam Reforming,” Journal of Catalysis, 209, 306–317.
Lonyi, F., Valyon, J., 2001. “On the interpretation of the NH3-TPD patterns of H-ZSM-5 and H-mordenite”, Microporous and Mesoporous Materials, 27, 293-301.
Olivas, D. Y. A., Guerrero, M. R. B., Bretado,M. A. E., Marques da Silva Paula, M., Gutiérrez, J. S., Velderrain, V. G., Ortiz, A. L., Collins-Martínez, V., 2014. “Enhanced ethanol steam reforming by CO2 absorption using CaO, CaO*MgO or Na2ZrO3,” International Journal of Hydrogen Energy, 9, 16595-16607.
Qi, T., Yang, Y., Wu, Y., Wang, J., Li, P., Yu, J., 2018. “Sorption-enhanced methanol steam reforming for hydrogen production by combined copper-based catalysts with hydrotalcites”, Chemical Engineering & Processing: Process Intensification, 127, 72-82.
Rao, A. P., Pajonk G., Rao. A. V., 2005. “Effect of preparation conditions on the physical and hydrophobic properties of two step processed ambient pressure dried silica aerogels”, Journal of Materials Science, 40(13), 3481–3489.
Sanz, O., Velasco, I., Miqueo, I.P., Poyato, R., Odriozola, J.A., Montes, M., 2016. “ Intensification of hydrogen production by methanol steam reforming”, International Journal of Hydrogen Energy, 41, 5250-5259.
Shi, F., Wang, L., Liu, J., 2006. “Synthesis and characterization of silica aerogels by a novel fast ambient pressure drying process”, Materials Letters, 60, 3718–3722.
Srinivas, M., Raveendra, G., Parameswaram, G., Sai Prasad, P.S., Lingaiah N. 2016. “Cesium exchanged tungstophosphoric acid supported on tin oxide: An efficient solid acid catalyst for etherification of glycerol with tert-butanol to synthesize biofuel additives”, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 413, 7–14.
Song, J,H., Han, S.J., Yoo, J., Park, S., Kim, D.H., Song, I.K., 2016. “Hydrogen production by steam reforming of ethanol over Ni-Sr- Al2O3- ZrO2 aerogel catalyst”, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 424, 342-350.
Terzi, Ü. K., Altunbaş, B. “Yeni Yüzyılın Favori Enerji Kaynağı Hidrojen ve Elde Etme Yöntemleri”. 3e Electrotech. http://www.3eelectrotech.com.tr/arsiv/yazi/yeni-yuzyylynfavori- enerji-kaynady-hidrojen-ve-elde-etme-yontemleri Son erişim tarihi: 21 Mayıs 2018
Tadjarodi, A., Haghverdi, M., Mohammadi, V., Rajabi, M., 2013. ”Synthesis and Characterization of Hydrophobic Silica Aerogel by Two Step (Acid-Base) Sol-Gel Process”, Journal of Nanostructures, 3, 181-189.
Takezawa, N., Iwasa, N., 1997. ”Steam reforming and dehydrogenation of methanol: Difference in the catalytic functions of copper and group VIII metals”, Catalysis Today, 36, 45-56.
Vizcaíno, A. J., Carrero, A., Calles, J.A., 2007. “Hydrogen production by ethanol steam reforming over Cu-Ni/SBA-15 supported catalysts prepared by direct synthesis and impregnation,” Applied Catalyst A: General, 327(1), 82–94.
Wagha, P.B., Begag, R., Pajonk, G.M., Venkateswara R.A., Haranatha, D., 1999. ”Comparison of some physical properties of silica aerogel monoliths synthesized by different precursors”, Materials Chemistry and Physics, 57, 214-218.
Wan, Y., Zhou, Z., Cheng, Z., 2016. “Hydrogen production from steam reforming of methanol over CuO/ZnO/Al2O3 catalysts: Catalytic performance and kinetic modelling”, Chinese Journal of Chemical Engineering, 24, 1186-1194.
Zhang, B., Tang, X., Li, Y., Xu, Y., Shen, W., 2007. “Hydrogen production from steam reforming of ethanol and glycerol over ceria-supported metal catalysts,” International. Journal of Hydrogen Energy, 32(13), 2367–2373.

APA	SEZGİ N, DOĞU T (2018). Yerleşik Sistem Yakıt Pillerinde Hidrojen İhtiyacının Karşılanması İçin Süreç, Yakıt ve Katalizör Sistemi Tasarımı. , 1 - 133.
Chicago	SEZGİ Naime Aslı,DOĞU Timur Yerleşik Sistem Yakıt Pillerinde Hidrojen İhtiyacının Karşılanması İçin Süreç, Yakıt ve Katalizör Sistemi Tasarımı. (2018): 1 - 133.
MLA	SEZGİ Naime Aslı,DOĞU Timur Yerleşik Sistem Yakıt Pillerinde Hidrojen İhtiyacının Karşılanması İçin Süreç, Yakıt ve Katalizör Sistemi Tasarımı. , 2018, ss.1 - 133.
AMA	SEZGİ N,DOĞU T Yerleşik Sistem Yakıt Pillerinde Hidrojen İhtiyacının Karşılanması İçin Süreç, Yakıt ve Katalizör Sistemi Tasarımı. . 2018; 1 - 133.
Vancouver	SEZGİ N,DOĞU T Yerleşik Sistem Yakıt Pillerinde Hidrojen İhtiyacının Karşılanması İçin Süreç, Yakıt ve Katalizör Sistemi Tasarımı. . 2018; 1 - 133.
IEEE	SEZGİ N,DOĞU T "Yerleşik Sistem Yakıt Pillerinde Hidrojen İhtiyacının Karşılanması İçin Süreç, Yakıt ve Katalizör Sistemi Tasarımı." , ss.1 - 133, 2018.
ISNAD	SEZGİ, Naime Aslı - DOĞU, Timur. "Yerleşik Sistem Yakıt Pillerinde Hidrojen İhtiyacının Karşılanması İçin Süreç, Yakıt ve Katalizör Sistemi Tasarımı". (2018), 1-133.

APA	SEZGİ N, DOĞU T (2018). Yerleşik Sistem Yakıt Pillerinde Hidrojen İhtiyacının Karşılanması İçin Süreç, Yakıt ve Katalizör Sistemi Tasarımı. , 1 - 133.
Chicago	SEZGİ Naime Aslı,DOĞU Timur Yerleşik Sistem Yakıt Pillerinde Hidrojen İhtiyacının Karşılanması İçin Süreç, Yakıt ve Katalizör Sistemi Tasarımı. (2018): 1 - 133.
MLA	SEZGİ Naime Aslı,DOĞU Timur Yerleşik Sistem Yakıt Pillerinde Hidrojen İhtiyacının Karşılanması İçin Süreç, Yakıt ve Katalizör Sistemi Tasarımı. , 2018, ss.1 - 133.
AMA	SEZGİ N,DOĞU T Yerleşik Sistem Yakıt Pillerinde Hidrojen İhtiyacının Karşılanması İçin Süreç, Yakıt ve Katalizör Sistemi Tasarımı. . 2018; 1 - 133.
Vancouver	SEZGİ N,DOĞU T Yerleşik Sistem Yakıt Pillerinde Hidrojen İhtiyacının Karşılanması İçin Süreç, Yakıt ve Katalizör Sistemi Tasarımı. . 2018; 1 - 133.
IEEE	SEZGİ N,DOĞU T "Yerleşik Sistem Yakıt Pillerinde Hidrojen İhtiyacının Karşılanması İçin Süreç, Yakıt ve Katalizör Sistemi Tasarımı." , ss.1 - 133, 2018.
ISNAD	SEZGİ, Naime Aslı - DOĞU, Timur. "Yerleşik Sistem Yakıt Pillerinde Hidrojen İhtiyacının Karşılanması İçin Süreç, Yakıt ve Katalizör Sistemi Tasarımı". (2018), 1-133.