Güneş enerjisi destekli nehir suyundan hidrojen üretimi
Production of hydrogen from river water supported by solar energy
Yazar: MERVE KARTAL
Danışman: PROF. DR. HASAN BAYINDIR
Dicle Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Yenilenebilir Enerji Kaynakları/Teknolojileri Ana Bilim Dalı / Yenilenebilir Enerji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Enerji = Energy

Özet:
Sanayi Devriminin ikinci aşamasında başlayıp günümüzde yoğun bir şekilde kullanılan fosil 
yakıtlar, sınırlı doğal kaynaklar arasında yer almaktadır. Ayrıca, fosil yakıtların kullanımıyla 
çevreye verdikleri zarar uzun süredir bilinmektedir. Bu yakıtların sınırlı rezervlere sahip 
olması ve çevresel etkileri, alternatif enerji kaynaklarına olan ihtiyacı artırmıştır. Hidrojen, pek 
çok özelliğe sahip kimyasal bir elementtir. Dünyada saf haliyle nadiren bulunur; genellikle 
bileşiklerden ayrıştırılarak elde edilir ve bu işlem oldukça yoğun enerji gerektirir. Hidrojen, 
farklı yan ürünlere dönüştürülebilir ve kullanıldığında çevreye zarar vermez, taşınabilir ve 
depolanabilir özelliklere sahiptir, bu da onu alternatif yakıtlar arasında öne çıkarır. Hidrojen, 
yüksek ısıl değere sahip olması ile içten yanmalı motorlar ve hidrojenli elektrikli araçlarda 
doğrudan alternatif yakıt olarak kullanılabilir. Buna ilaveten sentetik yakıt bileşeni olarak ve 
ayrıca birçok sektörde de değerlendirilebilir. Bu çalışmada, hidrojenin üzerine literatür 
taraması yapılmış, üretim yöntemleri karşılaştırılmış ve en verimli yöntem olarak kabul edilen 
sudan elektroliz yöntemiyle hidrojen üretilmiştir. Hidrojen üretiminde, saflaştırılmış nehir 
suyu, PEM Yakıt Hücresi ve enerji olarak güneş enerjisinden yararlanılmıştır. Nehir suyunun 
her mevsimde sistemde değerlendirilebilmesi için aşamalı filtrasyon sistemi kullanılmıştır. 
Filtrasyon sonucu kullanılabilir duruma getirilen su, cam balonda toplanmış, yoğunlaştırılan 
güneş ışınımı yardımı ile buharlaşması ve sonraki adımda deney setinde yoğuşması sağlanarak 
saf su haline getirilmiştir. Elde edilen saf sudan, PEM Yakıt Hücresi ve güneş enerjisi yardımı 
ile Yeşil Hidrojen ve Oksijen üretilmiş ve depolanabilmiştir. Ayrıca, üretilen hidrojen oksijen 
ile PEM hücresinde tekrar tepkimeye sokularak elektrik enerjisi, ısı ve saf su üretilmiştir. Bu 
sistem, işletim sırasında sıfır (atık) emisyon üreten nadir sistemlerden biridir. Hidrojenin enerji 
taşıyıcısı olarak kullanımı, gelecekte temiz enerji kaynaklarına alternatif sunarak çok önemli 
bir yere sahip olabileceği değerlendirilmektedir. Ancak, Hidrojenin üretimi ve temiz çevre 
açısından sürdürülebilir bir şekilde yaygın olarak kullanımı, teknolojik engellerin aşılması ve 
özellikle yenilenebilir enerji kaynaklarıyla üretiminin teşvikinin Dünya genelinde 
hükümetlerin politikası haline getirilmesi gerekmektedir.

Abstract:
In the second stage of the Industrial Revolution, fossil fuels began to be extensively used and 
are now classified as limited natural resources. Additionally, the environmental damage caused 
by fossil fuels has been known for a long time. The limited reserves of these fuels and their 
environmental impacts have increased the need for alternative energy sources. Hydrogen is a 
chemical element with many properties. It is rarely found in its pure form on Earth and is 
typically obtained by separating it from compounds, a process that requires a significant 
amount of energy. Hydrogen can be converted into different by-products and, when used, does 
not harm the environment. It is transportable and storable, which makes it stand out among 
alternative fuels. Hydrogen can be used directly as an alternative fuel due to its high energy 
content, in internal combustion engines and hydrogen fuel cell vehicles. Additionally, it can 
be used as a component of synthetic fuels and in various industries. This study conducts a 
literature review on hydrogen, compares production methods, and produces hydrogen using 
the most efficient method considered: electrolysis of water. In hydrogen production, purified 
river water, PEM Fuel Cell technology, and solar energy were utilized. To ensure that river 
water can be used in the system throughout all seasons, a staged filtration system was 
employed. The filtered water was collected in a glass container, evaporated using concentrated 
sunlight, and then condensed in the experimental setup to obtain purified water. From this 
purified water, green hydrogen and oxygen were produced and stored with the help of PEM 
Fuel Cells and solar energy. Furthermore, the produced hydrogen was reacted with oxygen in 
the PEM cell to generate electrical energy, heat, and purified water. This system is one of the 
rare systems that produce zero (waste) emissions during operation. The use of hydrogen as an 
energy carrier is considered to potentially play a significant role in providing an alternative to 
clean energy sources in the future. However, the widespread and sustainable use of hydrogen 
for a clean environment requires overcoming technological barriers and particularly promoting 
its production with renewable energy sources as a global policy by governments.