Karadeniz suyundan hidrojen üretimi
Hydrogen production from blacksea
Yazar: MEHMET TÜRKARSLAN
Danışman: PROF. DR. BEKİR ZÜHTÜ UYSAL
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Enerji = Energy ; Hidrojen = Hydrogen ; Hidrojen sülfür = Hydrogen sulfide ; Karadeniz = Black Sea

Özet:
Karadeniz 436 400 km2 yüzey alanına, 2 300 000 km² taban alanına ve 547 000 km3 su hacmine sahip olup suyunun 90%`ı anaerobik koşullarda olan bir denizdir. En derin yeri 2206 m?dir.  Bu denize kıyısı olan 6 ülke içinde en uzun kıyı şeridine sahip olan Türkiye`dir. Karadeniz?in dip sularında kirlilik sonucunda oluşan hidrojen sülfürün (H2S) 4,587 milyar ton olduğu da bilinmektedir.  Bu hidrojen sülfür?ün %100 ayrıştırılması sonucunda 4,317 milyar ton kükürt ve 269,8 milyon ton hidrojen elde edilmesi mümkündür. Karadenizdeki bu hidrojen potansiyelinin enerji olarak değeri 3,78x1013 MJ (1,05x1013 kWh veya 9x108 toe (eşdeğer petrol ton)) olarak ifade edilebilir. Dolayısıyla, Karadeniz?de bulunan  H2S?in enerji potansiyeli olarak önemi açıktır.
Yapılan deneysel çalışmalarda Karadeniz suyunun kompozisyonu laboratuarda sentetik olarak hazırlanmıştır. Çalışmalar, doğrudan hidrojen sülfürlü suyun elektrolizi yerine, bu işlemdeki sorunları en aza indirmek için, dolaylı elektroliz yöntemiyle ve 2 aşamalı olarak gerçekleştirilmiştir. Bu yöntem, vanadyumun +4 ve +5 değerlikleri arasında dönüşümlü olarak kullanılmasına dayanır. İlk aşamada V(V)?in indirgenmesi ve hidrojen sülfür içindeki kükürtün çöktürülmesi, ikinci aşamada ise elektroliz ile V(IV)?ün yükseltgenmesi ve hidrojen üretimi başarılmıştır. Deneyler sonucunda birinci aşama için en uygun koşulların 50 oC?de gerçekleştiği ve 90% oranında kükürtün çöktürülebildiği görülmüştür. İkinci aşamada, elektroliz işlemi için en uygun sıcaklığın 40 oC olduğu gözlemlenmiştir. Yapılan  hesaplamalar ile, elde edilen hidrojen enerjisinin 34%?ünün bu döngüsel işlem için harcandığı, geri kalan enerjinin yararlanılabilir enerji olarak değerlendirilebileceği anlaşılmıştır. Ayrıca, laboratuvardaki deneysel bulgulardan yararlanarak ve Chemcad programını kullanarak uygun bir proses geliştirme çalışması da yapılmıştır.

Abstract:
The Black Sea has 436 400 km2 surface area, 2 300 000 km2 floor area and 547 000 km3 water volume. 90% of The Black Sea?s water is under anaerobic conditions. The deepest place is 2206 m. The sea has 6 countries? coast and Turkey has the longest shoreline. The amount of hydrogen sulfide formed as a result of the pollution in deep waters of the Black Sea is 4.587 billion tons. It is thus possible to obtain 4.317 billion tons of sulfur and 269.8 million tons of hydrogen with full utilization of this hydrogen sulfide. The value of the potential hydrogen energy in the Black Sea can be expressed as 3.78 MJ x1013 MJ (1.05x1013 kWh or 9x108 toe (tons of petroleum equivalent)). Hence, the importance of the energy potential of H2S in the Black Sea is clear.
The composition of the Black Sea water has been produced synthetically in the laboratory for experimental studies. Rather than direct electrolysis of hydrogen sulfide, an indirect and 2-stage electrolysis is employed to minimize problems in this process. This method is based on the alternating use of vanadium with +4 valence and with +5. Reduction of V (V) and precipitation of sulfur from hydrogen sulfide in the first stage and oxidation of V (IV) with electrolysis to produce hydrogen in the second stage were achieved. Experimental studies showed that 50 oC was the optimum temperature with the precipitation 90%  of sulphur in the first stage. The optimum temperature for the electrolysis stage was determined as 40 °C in the second stage. Calculations showed that 34% of the hydrogen?s energy is to be spent for this cyclic process and the remaining energy can be considered as the energy that can be utilized. In addition, a process has been developed using the experimental findings and Chemcad program for possible industrial application.