Yeşil hidrojen üretimi için model bir elektrolizörün had analizi
Cfd analysis of a model electrolyzer for green hydrogen
Yazar: BARAN TAŞĞIN
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA İLBAŞ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Sistemleri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Sıfır emisyon hedefi koymuş medeniyetimiz için karbon temelli enerji kaynaklarından, 
temiz ve sürdürülebilir enerji kaynaklarına geçiş günümüzde araştırılan ve uygulanma 
yolları aranan en büyük konulardan biridir. Hidrojen bu konuda en büyük potansiyel ve en 
önemli alternatif olarak karşımıza çıkmaktadır. Hidrojen elde etmenin yöntemlerinden biri 
olan PEM elektrolizörlerin verimliliği ise bu konuda büyük bir öneme sahiptir. 
Elektrolizörden hidrojen üretiminde elektrolizör verimi ne kadar artarsa hidrojenin karbon 
temelli kaynaklara olan tercih edilebilirliği de o kadar artar. Bu tez çalışmasında sonlu 
elemanlar yöntemi ile bir PEM elektrolizör hücresinin belli parametreler aracılığı ile 
performansı üzerinde araştırmalar yapılmıştır. Oluşturulan hücre geometrileri COMSOL 
Multiphysics yazılımı ile farklı parametreleri değiştirilerek sonuçlar grafikler ve yazılı bir 
biçimde ifade edilmiştir. Oluşturulan PEM elektrolizör geometrisinin sabit bir debi girişinde, 
kanal sayısı ve kanal uzunluğu değiştirilerek birim hidrojen üretimi değerleri 
gözlemlenmiştir. Kanal sayısının artırılması hücrenin birim alanda üretilen hidrojen 
miktarını düşürürken manifolddaki basınç dağılımını daha düzgün hale getirir. Kanal 
boyundaki kısalma ise hücrenin birim alanda üretilen hidrojen miktarında artışa sebep olur. 
Yapılan simülasyonlar göstermiştir ki 23 kanallı hücrenin tam boy kanal uzunluğuna sahip 
modeline bakıldığında, birim hidrojen üretim miktarı 0,13 g/(m2*s) iken, kanal boyu yarıya 
indirildiğinde bu değer %92,31 artarak 0,25 g/(m2*s)'ye, kanal boyu üçte birine 
indirildiğinde ise bu değer %188,46 artarak 0,375 g/(m2*s)'e yükselmiştir. 23 kanallı 
hücrenin tam boy kanal uzunluğuna sahip modeline bakıldığında, birim hidrojen üretim 
miktarı 0,13 g/(m2*s) iken, 10 kanallı hücrenin tam boy kanal uzunluğuna sahip modeline 
bakıldığında, birim hidrojen üretim miktarı %123,8 artarak 0,29 g/(m2*s) olmuştur.

Abstract:
The transition from carbon-based energy sources to clean and sustainable energy sources for 
our civilization, which has set a zero emission target, is one of the biggest consumption 
researches and applications sought today. Hydrogen is the biggest potential and most 
important alternative in this regard, with restriction provisions. The efficiency of PEM 
electrolyzers, which is one of the methods of obtaining hydrogen, has a great importance in 
this regard. The higher the efficiency of the electrolyzer in the production of hydrogen from 
the electrolyzer, the more preferable hydrogen to carbon-based sources. In this thesis, 
research has been carried out on the performance of a PEM electrolyzer cell with the finite 
element method through certain parameters. The created cell geometries were changed with 
the COMSOL Multiphysics software, and the results were expressed in graphics and written 
form. Unit hydrogen production values were observed by changing the channel number and 
channel length at a constant flow inlet of the created PEM electrolyzer geometry. Increasing 
the number of channels reduces the amount of hydrogen produced per unit area of the cell 
and makes the pressure distribution in the manifold more uniform. The shortening of the 
channel length causes an increase in the amount of hydrogen produced per unit area of the 
cell. The simulations showed that when the full-length channel length model of the 23-
channel cell is considered, the unit hydrogen production amount is 0.13 g/(m2*s), when the 
channel length is halved, this value increases by 92.31% to 0.25 g/(m2*s), and when the 
channel length is reduced to one-third, this value increases to 0.375 g/(m2*s) with an 
increase of 188.46%. Looking at the full-length channel length model of the 23-channel cell, 
the unit hydrogen production amount was 0.13 g/(m2*s), while looking at the full-length 
channel length model of the 10-channel cell, the unit hydrogen production amount increased 
by 123.8% and became 0.29 g/(m2*s).