Alternatif Yakıtlar:
1—Genel Bilgiler:
1--Günümüzde Taşıma sektörü için temiz ve
doğal alternatif yakıtlara olan ilgi giderek artmaktadır. Etil alkol, metil
alkol, bitkisel yağlar, LPG, doğalgaz, hidrojen ve elektrik gibi alternatif
yakıtların araçlarda kullanımı kirletici emisyonları azaltmaktadır.
1.1--Üstelik, bu yakıtların birçoğu
yurtiçinde ve yenilenebilir kaynaklardan üretilebilmektedir.
2--Çeşitli enerji sistemlerinde petrol
ürünlerinin giderek artan bir şekilde kullanılması, bölgesel kirlilik
problemleri ve küresel iklim değişikliklerini de beraber getirmiştir.
3--Taşıma sektörü karbon monoksit (CO), azot
oksit (NOx) ve hidrokarbonların (HC) en büyük kaynağı olarak gösterilmektedir.
3.1--Taşıtlar ayrıca kükürt oksitler (SOx),
zehirli bileşikler (1,3 bütadien ve benzen) ve birçok kanserojen partiküllerin
de kaynağıdır.
3.2--Halkın büyük çoğunluğunun yaşadığı büyük
şehirlerde emisyon limitleri aşılmakta ve bu durum insan performansını ve hayat
kalitesini azaltmaktadır.
3.3-- Bu durum dünyanın bir çok yerinde
emisyon seviyelerini sınırlayan yasaların çıkarılmasına sebep olmuş ve
kirletici emisyon seviyelerini azaltan etkili yöntemlerin geliştirilmesinde
önemli rol oynamıştır.
3.4--Ancak buna rağmen küresel araç
sayısındaki artış geliştirilen yöntemlerin başarısını sınırlamıştır. Dünyadaki
araç sayısının 2010 yılında 900 milyon olması beklenmektedir.
4--Sonuç olarak, hem hafif hem de ağır
vasıtalarda kullanılan geleneksel yakıtlara olan bağımlılığı azaltabilecek ve
çevre dostu olan yakıtların üretilmesi gerekmektedir.
4.1--Üzerinde çalışmaların sürdürüldüğü
alternatif yakıtların bazıları kirletici emisyonlar açısından, bazıları ise
kaynak ve üretim potansiyelleri açısından ümit vericidir.
4.2--Günümüzde yüksek maliyetleri, üretim ve
dağıtım altyapısındaki sorunlardan dolayı, bu yakıtların hiç biri çok büyük
miktarlarda kullanılamamaktadır.
2--Alternatif
Yakıtlar:
2.1—Alkoller:
1--Kurşun katkılı benzinin vuruntu direnci
daha yüksektir, fakat kurşun ilavesi zehirli kurşun bileşenlerinin oluşumuna
sebep olmaktadır.
2--Kurşun katkısı kullanmanın diğer bir
mahsuru ise emisyon kontrolü için kullanılan katalitik cihazların aktif
materyallerindeki zararlı etkileridir.Bu sebeple dünyanın birçok yerinde
kurşunsuz benzin kullanımına geçilmiştir.
3--Yakıtın vuruntu direncini artırmak için
kullanılabilecek diğer bir yöntem ise yüksek oktanlı diğer bazı bileşiklerin kullanılmasıdır.
Bu kapsamda alkoller (etil alkol C1H5OH veya metil alkol CH3OH)
kullanılmaktadır.Günümüzde ise etil alkol alternatif yakıtlar arasında
gösterilmektedir.
4--Alternatif yakıt olarak etil alkolün en
önemli üstünlüğü, şeker pancarı ve mısır gibi doğal kaynaklardan veya çeşitli
atıklardan üretilebilmeleridir.
5--Günümüzde saf yakıt olarak
kullanılmasından ziyade, benzin katkısı olarak kullanılması üzerinde durulan ve
Brezilya ve ABD gibi bir çok ülkede kullanılmaya başlayan etil alkol, metil alkole
nazaran biraz daha pahalı, çok daha temiz ve daha az koroziftir.
6--Ülkemizde son günlerde bu kapsamda çeşitli
alt yapı çalışmaları yapılmakta ve yakın gelecekte etil alkolün benzin ile
karışım halinde kullanılmak üzere piyasaya verilmesi planlanmaktadır.
7--Etil alkolün benzin ile karışım (E85 veya
yüzde 85 benzin-yüzde15 etil alkol) halinde kullanılması durumunda daha az CO
ve HC, ancak eşit miktarda NOx emisyonu üretilmektedir.
8--Metil alkol doğal gaz, ham petrol,
biyokütle ve organik atıklardan üretilebilmektedir.
9--Metil alkol kullanan motorlarda yüksek
oktan sayısı sayesinde sıkıştırma oranı artırılabilir ve bu durumda genel ısıl
verim yüzde 10-20 oranında artırılabilir.
10--Bunun yanında yüksek buharlaşma gizli
ısısı, volumetrik verimde artışa neden olmakta ve yakıt hava karışım yoğunluğu
artmaktadır.
11--Kükürt ve kompleks organik bileşikler
içermez ve yüksek hidrojen karbon içeriğine sahiptir, dolayısıyla daha az CO ve
CO2 emisyonu üretilir.
12--Düşük alev sıcaklığı sayesinde daha düşük
miktarda NOx üretilir.
13--Tüm bunların yanında metanol oldukça
zehirli, korozif ve depodaki buharı daha fazla patlayıcı olup düşük setan
sayısı yüzünden dizel motorlarında kullanılması zordur.
2.2--
Bitkisel Yağlar:
1-- Rudolf Diesel, 1900’lü yıllarda ilk
motorunu yerfıstığı yağı ile çalıştırmıştır.
2--Kolza yağı, ayçiçeği yağı, keten tohumu
yağı, pamuk yağı, Hindistan cevizi yağı, yerfıstığı yağı, hurma yağı veya soya
yağı gibi çeşitli bitkisel yağlar günümüze kadar dizel yakıt alternatifi olarak
denenmiştir.
3--Bitkisel yağların en önemli üstünlüğü
yenilenebilir kaynaklara sahip olmalarıdır.
4--Yapılan çalışmalarda ham bitkisel yağların
doğrudan dizel yakıtı olarak kullanılması durumunda performansta azalma, CO ve
HC emisyonlarında artma, ancak NOx emisyonunda bir miktar azalma olduğu
görülmüştür.
5--Bunlara sebep olarak yüksek viskoziteye
sahip olmaları ve dolayısıyla gerçekleşen kötü atomizasyon ve eksik yanma
gösterilebilir.
6--Ayrıca depolama esnasında polimerize
oldukları için yakıt sistemlerinde tıkanmalara yol açmaktadırlar.
7--Bitkisel yağlar esterleştirilmesi
(transesterifikasyon) işlemine tabi tutularak yakıtsal özellikleri çok daha iyi
hale getirilmektedir.
8--Transesterifikasyon, bir katalizör
eşliğinde trigliseridlerin tepkimeye sokularak gliserol ve yağ asidi esteri
üretilmesi işlemidir.
9--Bu tip bir esterin moleküler ağırlığı,
bitkisel yağın üçte biri, bunun yanında viskozitesi dizel yakıtının iki katı
kadardır.
10--Oysa bitkisel yağların viskozitesi dizel
yakınınınkinin yaklaşık 10-20 katı kadardır.
11--Biyodizel, bu tip ester bazlı oksijene
yakıtlara verilen isimdir.
12--Bu işlem sayesinde tutuşma sıcaklığı
arttığı için, dizel yakıtından daha güvenli hale gelen esterlerin setan sayısı
dizel yakıtının setan sayısına eşit veya daha yüksektir.
13--Kütlesel bazda esterlerin üst ısıl
değerleri dizel yakıtınkinden yaklaşık yüzde 11 daha düşüktür.
14--Kolza yağı metil esteri ile yapılan
çalışmalarda yüzde 20-75 oranında daha az HC, yüzde 10-50 oranında daha az CO,
yüzde 5-40 oranında daha az partikül madde yayıldığı ancak NOx seviyesinin
yaklaşık yüzde 20 arttığı görülmüştür.
2.3—LPG:
1--Büyük oranda propan ve bütandan oluşan LPG
(Liquefied Petroleum Gas-Sıvılaştırılmış Petrol Gazı), ham petrolün
ekstraksiyon ve rafinasyon işlemlerinin yan ürünüdür.
2--Bu nedenle LPG alternatif yakıtlar
arasında gösterilmeyebilir.
3--Ancak günümüz petrol bağımlılığı
düşünüldüğünde, petrol dışında en yaygın kullanılan yakıt LPG’dir.
4--Global Autogas Industry Network’e göre
dünyada günümüzde 9 milyondan fazla araç LPG ile çalışmaktadır.
5--LPG benzinden daha yüksek oktan sayısına
sahiptir, dolayısıyla daha yüksek sıkıştırma oranlı motorlarda kullanılarak
ısıl verim artırılabilir.
6--Hava ile çok kolay karıştığı için fakir
şartlarda kullanılabilir. Daha düşük karbon içeriğine sahip olduğu için CO2
emisyonu azalır, çok az miktarda CO emisyonu oluşur, partikül madde oluşmaz ve
HC ve NOx emisyonları nispeten daha azdır.
2.4—Doğalgaz:
1--Büyük oranda metandan oluşan doğalgaz,
yüksek oktan sayısına sahip olup (125-130) araçlarda sıkıştırılmış gaz (CNG)
veya sıvı (LNG) halde depolanarak kullanılmaktadır.
2--CNG’nin enerji yoğunluğunun düşük olması
ve düşük yeniden doldurma mesafesi dezavantajı LNG kullanılarak ortadan
kaldırılabilmektedir.
3--Çok yüksek oktan sayısı sayesinde yüksek
sıkıştırma oranlı motorlarda rahatlıkla kullanılabilir ve emisyonları çok daha
azdır.
4--Metan en basit hidrokarbon olduğu için
hava ile çok daha üniform bir şekilde karışarak CO ve HC emisyonlarının
azalmasını sağlar.
5--Soğukta ilk hareket durumunda, emisyonlar
çok daha azdır, çünkü doğalgaz kullanan motorlarda yakıt zenginleştirmesine
gerek yoktur.
6--Partikül ve SOx emisyonları benzin ve
dizel motorundan daha az olmasına rağmen, NOx emisyonu daha fazla
olabilmektedir.
2.5—Hidrojen:
1--Renksiz, kokusuz, saydam ve tatsız bir
yapıya sahip olan hidrojen doğadaki en hafif elementtir.
2--Hidrojenin içen yanmalı motorlarda yakıt
olarak kullanılmasını destekleyen en önemli özelliklerinden birisi tutuşma
sınırlarının çok yüksek olmasıdır.
3--Hidrojen hava içerisinde hacimsel olarak
yüzde 4 ile yüzde 75 oranları arasında bulunduğunda tutuşabilmektedir.
4--Benzin-hava karışımlarında, hava fazlalık
katsayısı 0.3-1.7 aralığında tutuşma sağlanabilmekteyken hidrojen hava
karışımları için bu sınır 0.14-4.35 değerlerine ulaşmaktadır .
5--Hidrojenin minimum ateşleme enerjisi diğer
yakıtlara göre çok düşüktür. Bu durum emniyet açısından bir dezavantaj olduğu
gibi, hidrojen motorlarında görülen erken tutuşma ve geri tutuşma ihtimallerini
de artırmaktadır.
6--Ancak kendiliğinden tutuşma sıcaklığının
yüksek olması hidrojeni buji ateşlemeli motorlar için uygun yakıt haline
getirmektedir.
7--Stokiyometrik karışım oranlarında hidrojen
hava karışımının yanma hızı, benzin hava karışımınınkinin 7-8 katıdır.
8--Hidrojenin kütlesel ısıl değeri, mevcut
yakıtlardan çok daha yüksek ancak hacimsel ısıl değeri çok daha düşüktür.
9--Hidrojenin yakıt olarak kullanıldığı içten
yanmalı motorlarda CO ve HC emisyonları oluşmaz (yağlama yağının çok az miktarda
yanması durumu hariç). Ancak artan yanma odası sıcaklığı, NOx emisyonu
oluşumunu da artırır.
10--Şayet hidrojen enerjisi yakıt pilinde
kullanılırsa, NOx emisyonu dahil hiçbir emisyon üretilmez.
11--Yakıt pilileri, tamamen elektrokimyasal
(yanma olmayan) süreçlerin gerçekleştiği, yüksek verimliliğe sahip ve sessiz
çalışan aygıtlardır.
12--Yakıt pilleri, elektrokimyasal olarak
kimyasal enerjinin elektrik enerjisine dönüştürüldüğü sistemlerdir. Elektron
taşınımı reaktantlar tarafından değil, harici bir yol üzerinden
gerçekleştirilir.
12.1-- Otomotiv alanında dünyanın neredeyse
tüm gelişmiş firmaları yakıt pilleri üzerindeki çalışmalarını yoğun bir şekilde
devam ettirmektedirler. Özellikle son on yılda artan çalışmalar sonucu
DaimlerChrysler, Toyota, Ford, Honda, Hyundai ve Nissan gibi otomotive yön
verici firmalar yakın gelecekte seri üretime geçme planları yapmaktadırlar.
2.6--Elektrik
ve Elektrik araçları:
1--Elektrik araçları, şayet bataryaları
güneş, rüzgar veya hidro-elektrik santraller gibi temiz kaynaklardan şarj
edilirse kirletici değildirler.
2--Gerekli enerji ihtiyacı için üretim ve
dağıtım alt yapısı günümüzde mevcuttur ve gece kullanım fazlası olan elektrik,
batarya şarjında kullanılabilir.
3--Ancak gerekli elektrik, hidrokarbon
yakıtlarından elde edilirse elektrik araçları bu üstünlüklerini
kaybetmektedirler.
4--Elektrik araçları için söz konusu en büyük
engel, ağır ve büyük batarya gereksinimleridir.
5--Bu yüzden melez (hibrid) araçlarda
kullanılarak performansları artırılmaya çalışılmaktadır.
6--Bu teknolojide, araç üzerinde hem içten
yanmalı motor, hem de batarya kaynaklı elektrik enerjisi
kullanılmaktadır.Yapılan uygulamalar oldukça iyi sonuçlar vermiştir ve kullanımları
giderek artmaktadır.
7--Ümit verici bir diğer uygulama ise içten
yanmalı motor-yakıt pili melez araç teknolojisidir. Bu tip araçlar oldukça iyi
emisyon karakteristiklerine sahiptir. Üstelik batarya şarj süreleri de çok daha
uzundur.
Kaynakça:M. Akif Ceviz-Atatürk Üniversitesi,
Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, 25240, ERZURUM