Amonyak depolama ortamı olarak aktif karbon temelli adsorbanların geliştirilmesi
Development of active carbon-based adsorbends as ammonia storage media
Yazar: SEDA TIRAŞ
Danışman: PROF. DR. AYSEL KANTÜRK FİGEN ; PROF. DR. BİLGE COŞKUNER FİLİZ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Hidrojen enerjisi günümüzde en çok dikkat çeken alternatif enerji taşıyıcılarından biridir. Hidrojen depolamada kullanılan kimyasal depolama ortamları içerisinde Amonyak (NH3), yüksek hidrojen depolama kapasitesi ile önemli avantajlar sunmaktadır. NH3, önemli bir hidrojen taşıyıcısı olarak öne çıkmakta ve katı halde depolanması, depolama güvenliği açısından büyük önem taşımaktadır. Hem hidrojen taşıyıcısı olarak kullanımında hem de doğrudan bir yakıt olarak değerlendirilmesinde, NH3'ün güvenli ve verimli bir şekilde depolanması kritik bir rol oynamaktadır. Bu nedenle, NH3'ün depolama yöntemleri, enerji sistemlerinde güvenlik, taşınabilirlik ve sürdürülebilirlik hedeflerine ulaşılması açısından büyük önem arz etmektedir. Bu çalışmada, ortaya çıkan NH3'ün katı halde depolanması için karbon temelli bir adsorban geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu doğrultuda ekonomik ve yüksek adsorban özelliğiyle öne çıkan karbon bazlı malzemeler (toz aktif karbon, granül aktif karbon ve grafen) klorür içerikli tuzlarla (CuCl2, MnCl2 ve CaCl2) farklı oranlarda emprenye yöntemi kullanılarak modifiye edilmişlerdir. Geliştirilen karbon temelli yapıların NH3 depolama özelliklerinin belirlenmesi kesikli test sistemi ile farklı süre ve sıcaklıklarda incelenmiştir. Çalışmalar sonucunda granül aktif karbonun NH3 depolama kapasitesi CuCl2 modifikasyonu ile ağırlıkça ağ. %7'den ağ. %26'ya yükselmiştir. CuCl2 ile modifiye edilmiş aktif karbonun NH3 adsorpsiyonu için yapılan zaman ve sıcaklık taramasında optimum zaman ve sıcaklığın 50 °C 6 saat olduğu belirlenmiştir. Geliştirilen yapıların kimyasal ve fiziksel özellikleri TG/DTA, FT-IR, XRD ve SEM/EDS yöntemleri kullanılarak incelenmiştir. Bu çalışmalar ışığında katı hal NH3 depolama için geliştirilen modifiye edilmiş aktif karbonun ticari açıdan ekonomik ve uygulanabilir olduğu sonucuna ulaşılmıştır.

Abstract:
Hydrogen energy is one of the most prominent alternative energy carriers today. Among the chemical storage media used for hydrogen storage, Ammonia NH3 offers significant advantages due to its high hydrogen storage capacity. NH3 stands out as an important hydrogen carrier, and its storage in solid form is crucial for storage safety. Safe and efficient storage of NH3 plays a critical role both in its use as a hydrogen carrier and as a direct fuel. Therefore, NH3 storage methods are of great importance for achieving safety, portability, and sustainability goals in energy systems.
This study aimed to develop a carbon-based adsorbent for the solid-state storage of NH3. To this end, carbon-based materials known for their cost-effectiveness and superior adsorption properties (powdered activated carbon, granular activated carbon, and graphene) were modified using an impregnation method with chloride-containing salts (CuCl₂, MnCl₂, and CaCl₂) in different proportions. The NH3 storage properties of the developed carbon-based structures were evaluated using a batch test system at varying durations and temperatures.
As a result of the study, the NH3 storage capacity of granular activated carbon increased from 7 wt.% to 26 wt.% with CuCl2 modification. Time and temperature optimization for NH3 adsorption on CuCl2-modified activated carbon revealed that the optimum conditions were 50 °C and 6 hours. The chemical and physical properties of the developed structures were analyzed using TG/DTA, FT-IR, XRD, and SEM/EDS methods. In light of these findings, it was concluded that the modified activated carbon developed for solid-state NH3 storage is economically viable and commercially applicable.