Hidrojen üretimi için alüminyum hidrolizinin farklı çözeltilerde araştırılması
Investigation of hydrolysis of aluminum in different solutions for hydrogen generation
Yazar: İREM AKYILDIZ
Danışman: DOÇ. DR. SEVİM YOLCULAR KARAOĞLU
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Günümüzde enerji kaynağı olarak yaygın bir şekilde fosil yakıtlar kullanılmaktadır. Fosil yakıtların kullanımının çevreyi oldukça tahrip edici etkileri bulunmaktadır. Enerji üretimi sırasında da çevreyi korumak gerekmektedir. Temiz ve yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanılması doğamız için oldukça önemlidir. Hidrojen enerji kaynağı olarak kullanıldığında su ve su buharı gibi çevreyi kirletmeyen temiz yan ürünler ortaya çıkmaktadır. Bu nedenle, temiz ve yenilenebilir enerji kaynağı kategorisinde yer almaktadır. Hidrojen üretimini daha uygun maliyetlerde gerçekleştirmek mümkün olmaktadır. Bu çalışmada hidrojen üretimi, uygun maliyetli bir şekilde, farklı çözeltiler de kullanılarak hidroliz yöntemiyle gerçekleştirilmiştir. Malzeme olarak, yer kabuğunda en çok bulunan metallerden biri olan alüminyum kullanılmıştır. Alüminyum hidroliziyle hidrojen üretimi gerçekleştirilirken, hidrojen üretimi alüminyumun üzerinde oluşan oksit tabaka ile kesintiye uğradığı için farklı alkali çözeltiler kullanılarak hidrojen üretiminin devamlılığı sağlanmıştır. Al-NaCl tozlarının öğütülmesi, bilya-toz oranı 20:1 oranında ve 200 rpm dönüş hızı ile bir QM-3SP4 planetary bilyalı değirmen kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Alüminyum toz halinde kullanıldığında, tane boyutu azalıp dolayısıyla yüzey alanı arttığı için hidroliz için reaksiyona girecek alanda artış sağlanarak hidrojen üretimi sonuçlarını olumlu etkilemektedir. Çalışmada, su, 1 M KOH ve Mg(OH)2 çözeltileri, 0.1, 0.5, 1 M NaOH çözeltileri, 35-65oC sıcaklık aralığı, %0 ile %15 arası NaCl ilavesi, 5 ile 15 h arası alüminyum öğütme süresi incelenmiştir. Öğütülmüş tozların mikroyapıları SEM ile elementel analizleri ise EDX ile karakterize edilmiştir. Sonuçlara bakıldığında alkali çözelti konsantrasyonu, sıcaklık, NaCl ilavesi oranı ve öğütme süresi arttıkça hidrojen üretim hızında artış gözlemlenmiştir. En iyi hidrojen üretim değeri, 65oC, %15 NaCl, 15 h öğütme süresi ve 1 M NaOH çözeltisinde görülmüştür.

Abstract:
Today, fossil fuels are widely used as an energy source. The use of fossil fuels has devastating effects on the environment. It is necessary to protect the environment during energy production. The use of clean and renewable energy sources is very important for our nature. When hydrogen is used as an energy source, clean by-products such as water and water vapor do not pollute the environment. Therefore, it is in the category of clean and renewable energy source. It is possible to realize hydrogen production at more affordable costs. In this study, hydrogen production was carried out by hydrolysis method using different solutions in a cost-effective way. Aluminum, one of the most abundant metals in the earth's crust, was used as a material. While hydrogen production is carried out by aluminum hydrolysis, the continuity of hydrogen production is ensured by using different alkaline solutions, since hydrogen production is interrupted by the oxide layer formed on the aluminum. Milling of Al-NaCl powders was carried out using a QM-3SP4 planetary ball mill with a ball-to-powder ratio of 20:1 and a rotation speed of 200 rpm. When aluminum is used in powder form, it positively affects the results of hydrogen production by increasing the area to react for hydrolysis as the grain size decreases and therefore the surface area increases In the study, water, 1 M KOH and Mg(OH)2 solutions, 0.1, 0.5, 1 M NaOH solutions, 35-65oC temperature range, 0% to 15% NaCl addition, 5 to 15 h aluminum milled time were investigated. Microstructures of the milled powders were characterized by SEM and elemental analyzes were characterized by EDX. Looking at the results, it was observed that the hydrogen production rate increased as the alkali solution concentration, temperature, NaCl addition rate and milling time increased. The best hydrogen production value was seen at 65oC, 15% NaCl, 15 h milling time and 1 M NaOH solution.