BALLARD’ın Fuel-cell’i

Yakıt hücresi teknolojisi hazır, hidrojen üretimi ve dağıtımı bekleniyor.

Fosil yakıtların yerini alabilecek hidrojen, enerji dünyasının gündeminde. Hidrojenin elde edilmesi, depolanması, tedarik zinciri oluşturulması, dağıtım ve kullanım aşamasına geçilmesine yönelik çalışmalar sürüyor.

Hidrojenin yakıt olarak nasıl kullanılacağına yönelik arayışlar da devam ediyor. Yöntemler arasında hidrojenin doğalgaz ve farklı yakıtlarla karıştırılması veya tek başına kullanılması var.

Hidrojenin içten yanmalı motorlarda yakıt olarak kullanımına yönelik patent ve çözümler de mevcut. Ancak motorların mekanik sistemlerinin yağlanması gibi nedenlerle bu yöntemde sıfır emisyon hedefine ulaşılmıyor.

Fuel-cell yakıt hücresi teknolojisi sayesinde ise içten yanmalı motorların yerini yakıt hücrelerine, petrol ve benzeri yakıtların da yerini hidrojene bırakabileceği öngörülüyor.

Fuel-cell teknolojisi üstünde uzun süredir çalışan Kanada menşeili Ballard, geliştirdiği yakıt hücresi birimlerini ticari kullanıma sunuyor. Ballard ürünleri kara, deniz, demir yolu ulaşımı ile birlikte endüstriyel kullanım alanlarını da kapsıyor.
Ticari taşıtlar için geliştirdiği fuel-cell sistemlerinin hidrojen üretim ve dağıtımının gelişimi ile birlikte hızla yaygınlaşacağını öngören Ballard, açıklamalarında 2022 yılı itibarıyla 7500 civarında otobüs ve kamyonda fuel-cell sisteminin uygulamada olduğu bilgisini veriyor. 2025 yılı ve sonrasında ise Kanadalı üreticinin hedefi çeşitli kıtalar ve ülkelerde 40 bin adede yakın hidrojen yakıtlı otobüs ve kamyonun dolaşması.
Bu hedef doğrultusunda teknolojisini ve organizasyonunu geliştirmeye devam eden Ballard’ın Amerika, Avrupa ve Çin’de yerleşik yapılanması var. Ayrıca bu bölgelerde çeşitli firmaları ile fuel-cell teknolojisi alanında ar-ge işbirlikleri ve ortaklıkları ile teknoloji transferleri yapıyor.

Ballard’ın sistemi

Ballard’ın fuel-cell sistemi, hidrojen ile hava içinde bulunan oksijenin birleşiminden elektrik enerjisi üretiyor. Proton Exchange Membran; PEM’e taşıt tankından hidrojen ve pompayla hava gönderiliyor. Burada uygun basınç, ısı ve nem koşullarında, nanometrik gözenekleri olan, atomsal seviyede işlem yapılmasına olanak sağlayan mebrandan geçen hidrojen ve oksijen tepkimeye giriyor. Bu tepkime sonrasında hidrojen ve oksijenin birleşmesi ile protonların elektronlarından elektrik, ısı, su açığa çıkıyor, oluşan su buhar olarak egzoz sisteminden havaya veriliyor. Yakıt hücrelerinden elde edilen elektrik, güç yönetim sistemi tarafından taşıtı hareket ettirmek üzere elektrik motoruna veya motorlara ya da depolanmak üzere bataryaya yollanıyor. PEM’e yollanan hidrojen ve havanın ısı, basınç, nem değişiklikleri elde edilen elektrik, ısı ve su buharı miktarını belirliyor.

Avantajlar

Taşıtların hareket etmesinin yanı sıra elektrikli araç sistemlerinin enerji ihtiyacını da karşıyan fuel-cell sistemi sayesinde taşıtlarda batarya sayısı ve ağırlığı büyük oranda azalıyor. Bataryaların şarj olması için zaman ayrılmasına, şarj sistemleri ve elektrik şebekesi için yatırım yapılmasına gerek kalmıyor. Hidrojen tankları, akaryakıt dolum süresine yakın bir zaman içinde doldurulabiliyor. Ayrıca bataryalar yavaşlama ve inişler sırasında geri kazanımdan gelen elektrik enerjisi ile de şarj oluyorlar.

Yeni nesil ürünler IAA’da sergilendi

IAA 2022’de, Ballard standında Ürün Uygulama Uzmanı Burak Öz ile görüşüp, markanın ticarileşen ürünleri ile ilgili olarak özetle şu bilgileri aldık:
“Ballard’ın fuel-cell üniteleri, hidrojen yakıtlı, emisyonu su buharı olan, sessiz çalışan taşıtlar yapılmasını sağlıyor.
Hafif ticari dağıtım kamyonları, yolcu otobüsleri, dağıtım ve hizmet kamyonları, kent içi solo ve körüklü otobüsler ile ağır kamyonlara uygun modüllerimiz mevcut. IAA’da çeşitli standlarda Ballard yakıt hücresinden güç alan, kullanım amaçları ve işlevleri güncel birçok ürün bulunuyor. Quantron standı bunlardan biri. Quantron’un Iveco Daily’yi temel alan çok yönlü Q-Light FCEV elektrikli aracı değişken gövde seçenekleri ile günlük şehir trafiğinde her türlü taşıma görevinde kullanılabiliyor. Ayrıca Quantron QHM-FCEV 40 tonluk ağır kamyon da Ballard’ın yakıt hücreleri ile geliştirildi.

Güç aralığı

Her araç segmentine ve aracın kullanıldığı yere göre 45, 70, 100 ve 120 kW’lık ürünlerimiz var. Duruma göre ortalama hızı daha yavaş olan araçlarda tek ünite, daha yüksek güç için iki ünite kullanılabiliyor.
Güç ünitesinde içten yanmalı motorlarda olduğu gibi kademelendirmiş silindirler, eksantrik mili yok. Bunların olmaması 120 kW’lik üniteyi ikili olarak kullanabilmenizi sağlıyor.
Araç üreticisinin sürüş sırasında değişen güç talebi oluyor. Biz bu doğrultuda yakıt hücresinin elektrik üretim miktarını değiştirebiliyoruz. Güç yönetim sistemi, hidrojen gönderimini taşıtın ihtiyacına göre ikmal ediyor. Yine araç üreticisinin talebi doğrultusunda, güç yönetim sistemi yazılımı ile güç, elektrik motorlarının tahriki için, bataryayı şarj etmek için veya aynı anda her ikisi için kullanılabiliyor. Bunu araç üreticisi belirliyor. Bu tercih araç üreticisinin tasarım tercihi içinde. Biz onlara güç ünitesi sağlıyor, sistemin araçla bütünleştirilmesinde, çalışmasında destek veriyoruz.

Tasarım esnekliği

Ticari taşıtlarda sürüşü sağlamak ve/veya aracın akülerini şarj etmek üzere kullanılabilen yakıt hücresi, OEM tasarımına göre görev yapıyor. Fuel-cell ile araç ve batarya ağırlığından tasarruf ediliyor. Özellikle batarya yerine yerleşen hidrojen tankları ağırlık bakımından çok büyük avantaj sağlıyor.
Elde edilen elektriği kullanıldığı birime kablo ile ileten fuel-cell ünitesi titreşimsiz ve sezsiz çalışırken, aynı zamanda taşıt tasarımında da esneklik sağlıyor.
Fosil yakıtlı ve elektrikli araçlarda olduğu gibi, hidrojen yakıtlı aracın da hangi anlarda nasıl çalışacağı, sürüş destek unsurlarının devreye alınması programla ve/veya sürücü kararlarıyla belirlenebiliyor.

Güç kapasitesi nasıl oluşuyor?

Fuel-cell teknolojisinde motor hacmi yerine elektrik güç kapasitesi devreye giriyor. Her güç ünitesi, tek başına elektrik üreten bir çok hücrenin yan yana konduğu odacıklı bir sistem. Daha çok elektrik üretmek için tepkimenin olduğu odacık sayısı artıyor.
Sizin istediğiniz enerji miktarına göre hava ve hidrojen gerekiyor. Yakıt hücresini, oksijen ile beslemeniz ve istenilen ısıda tutmanız gerekiyor. Tepkime odaları ve artan kapasite ile birlikte dış üniteler, destek üniteleri de büyüyor. Yakıt basınç dengeleyicisine, hava kompresörüne, DC çevrimcisine, yakıt soğutma sistemine ve yalıtkan soğutucuya ihtiyacınız var. Burada özel sıvılar gerekiyor. Soğutucu kimyasal reaksiyon odasından geçiyor. Bunun için kullanacağınız sıvının iletken olmaması gerekiyor. Enerjiyi iletmek için kablolara ihtiyacınız var. Aradaki ayrımların her biri enerji kapasitesini belirliyor.”

Hidrojen üretimi
Hidrojen doğada çeşitli bileşikler halinde bol miktarda bulunuyor. Bu bolluğa karşılık çok aktif olan ve kararlı bileşikler oluşturan hidrojeni yakıt olarak kullanılacak element haline getirmek şu an uygulanan metotlarla oldukça maliyetli bir iş.
Hidrojen üretim metotlarına göre gri (kömür), mavi (doğal gaz), yeşil (suyun elektrolizinde sürdürülebilir kaynaklardan elde edilen elektrikle) ve kırmızı (nükleer enerji) olarak isimlendiriliyor.
Sürdürülebilir kaynaklardan elde edilen elektrikle suyun elektrolizi ile hidrojen üretiminde, doğal gaz, kömür ve hidrojen sülfür bileşikleri kullanımından farklı olarak karbon ve kükürt ortaya çıkmıyor. Bu yöntemde elektroliz maliyetinin düşürülmesine yönelik çalışmalar sürüyor. Diğer bir araştırma konusu ise elektroliz için tatlı su kaynaklarının kullanılmasının oluşturabileceği sorunlar. Hidrojen üretiminde amonyak (NH3) kullanımı da alternatifler arasında sıralanıyor.
Hidrojen; büyük “merkezi üretim” tesislerinde, küçük “dağıtılmış üretim” tesislerinde, tüketildiği yere çok yakın veya son kullanım noktasında üretilebiliyor. Üretim noktasından son kullanım noktasına taşınabiliyor. Bu durumda en uygun maliyetli çözümü sıvı hidrojen taşıma oluşturuyor.

Hidrojen maliyeti
Hidrojen üretim stratejisinin seçimi, maliyeti ve teslimat yöntemini büyük ölçüde etkiliyor. Merkezi üretim tesisleri, ölçek ekonomileri nedeniyle nispeten düşük maliyetle hidrojen üretiyor, ancak üretim merkezi kulanım noktası uzaklığı, dağıtım ve teslimat maliyetlerini etkiliyor
Buna karşılık, dağıtılmış üretim tesisleri nispeten düşük teslimat maliyetlerine sahip, ancak daha düşük üretim hacmi, hidrojen birimi başına daha yüksek ekipman maliyetleri anlamına geliyor.
Kuzey Amerika’da hidrojenin %95’inden fazlası büyük ölçekli buhar metan (doğaz gaz) reformasyonu (SMR) ile üretiliyor. Bu günümüzde en uygun maliyetli yöntem olarak niteleniyor.

---

İLGİLİ HABERLER:

Ballard ve Quantron’dan stratejik ortaklık

Hidrojen değer sisteminde kaynaktan hizmete komple paket çözüm

Hidrojen e-ulaşımda !