MOTORLARDA EMİSYONLARIN AZALTILMASI



HİDROJEN KULLANIMI İLE DİZEL MOTORLARDA EMİSYONLARIN AZALTILMASI
Hidrojen, yenilenebilir, fosil yakıtlardaki gibi karbon ve hidrokarbon ürünlerini bünyesinde bulundurmayan bir yakıttır. Hidrojenin, temiz yanma karakteristiği ve fosil yakıtlara göre daha iyi bir yanma performansı sağlaması, hidrojen üzerine yapılan çalışmaları yoğunlaştırmıştır. Hidrojenin, yanması ile ana yanma ürünü olarak su çıkmakta, bünyesinde C içeren bir yakıt olmadığından, NOX dışında; CO2, CO, HC, SOX ve organik asitler oluşmamaktadır. Hidrojenin özelliklerinin dizel yakıt ile karşılaştırılması Çizelge'de gösterilmiştir.


Gemilerde uygulanan emisyon azaltmaya yönelik sistemler incelendiğinde, tek bir sistemin toplam emisyon bileşiğinde bulunan çeşitli kirletici gazların tamamını azaltmayı sağlayamadığı; bazı uygulamalarda iki veya üç sistemin ana makineye birlikte uygulandığı gözlemlenmiştir. Bu durum göz önüne alındığında, hidrojenin temiz yanma karakteristiği, iyi yanma performansı ve içeriğinde C elementi içermemesi özellikleri, hem hidrojenin ana makinelerde ek yakıt olarak kullanılması ile silindire gönderilen fosil yakıtın yanma verimini arttırmasını hem de silindirlere gönderilecek fosil yakıt miktarında azalma oluşması ile oluşacak kirletici emisyonların azalmasına olanak sağlayacaktır.  
Hidrojenin Yanma Özellikleri
Hidrojenin, temiz yanma karakteristiği ve fossil yakıtlara göre daha iyi ve homojen bir yanma oluşturmasının sebepleri, aşağıda belirtilmiştir.
Geniş alev alma aralığı
Alev alma aralığı, diğer yakıtlarla karşılaştırıldığında, hidrojen, havada % 4 ile % 75 hacimsel oranda bulunduğunda alev alırken, dizel yakıtı % 0,7 ile % 5 hacimsel oranında iken alev alabilir. Bu durum çok çeşitli yakıt-hava karışımlarının oluşturulabilmesine, zayıf yakıt-hava karışımlarının bile rahatlık ile oluşturulabilmesine olanak sağlar. Makinelerin, zayıf karışımlar ile çalıştırılması, tam yanma oluşacağından yakıt ekonomisinin yapılmasını sağlar. Ayrıca, düşük yanma sıcaklığı oluşacağından, NOX gibi bazı kirletici gazların oluşumunu azaltır.
Alev hızı
Hidrojenin alev hızı diğer yakıtlara göre çok daha yüksek olduğundan, daha verimli ve ideal bir yanma gerçekleşmiş olur. Dizel yakıtın alev hızı 30 cm/s iken, hidrojenin alev hızı 265 - 325 cm/s arasında değişmektedir.
Minimum tutuşma enerjisi
Minimum tutuşma enerjisi, yakıt-hava karışımının bir kaynak vasıtası ile tutuşturulması için gereken minimum enerjiye verlen addır. Hidrojenin tutuşması için gereken minimum enerji 0,02 mJ, benzinin 0,24 mJ'dur. Bu da hidrojenin çabuk tutuşturulabilmesine olanak tanır.
Yüksek difüzyon hızı
Çizelge'de görüldüğü gibi, hidrojenin diğer yakıtlara göre yüksek difüzyon hızı bulunmaktadır, bu özelliği ile hidrojenin yanmada kullanımı iki avantaj sağlar. İlk olarak yüksek difüzyon ile yanma mahalinde daha iyi bir yakıt-hava karışımı oluşturarak, daha verimli bir yanmanın oluşmasını sağlar. İkinci olarak da sistemde bir hidrojen kaçağı olduğunda, yüksek uçuculuğu sebebi ile, parlama - patlama gibi tehlikeli olayların olması en aza indirgenmiş olur.
 Yüksek kendiliğinden tutuşma sıcaklığı
Kendiliğinden tutuşma sıcaklığı, bir yakıtın dış kaynaklar olmadan kendi kendine yanmaya başlayabileceği sıcaklığa verilen addır. Hidrojenin, kendiliğinden tutuşma sıcaklığı oldukça yüksektir, 858 K (585°C). Bu da hidrojen-hava karışımının dışarıdan bir ateşleme desteği olmadan yanmasını zorlaştırmaktadır.
Stokiyometrik hava - yakıt oranı
Stokiyometrik hava - yakıt oranı, yakıtın kimyasal olarak oksijen ile yakılması için gereken karışım oranına denilmektedir. Hidrojen ile petrol ürünlerinin stokiyometrik hacimleri karşılaştırıldığında hidrojenin % 29,52 iken petrol ürünlerinin % 1,76 civarındadır, bu oranlar hava-yakıt karışımının enerji içeriğinin karşılaştırılmasına olanak sağlar. Normal basınç ve sıcaklık şartlarında hidrojenin yoğunluğu 0,09 kg/m3'tür, bu nedenle düşük ısıl değeri petrol ile karşılaştırıldığında, 120 MJ/kg'a, 44MJ/kg olmasına rağmen birim hacim enerji içeriği petrole göre düşüktür.
Hidrojenin Dizel Motorlarda Yanma Etkileri
Hidrojenin sahip olduğu yüksek difüzyon hızı ve hızlı yanma özelliği nedeni ile, silindir içine verilen hidrojen miktarı arttıkça makine fren ısıl verimliliğini arttırmakta, özgül enerji tüketimini azaltmaktadır.
Saravanan ve Nagarajan, yaptığı çalışmalar sonucunda silindire %30 hacimsel oranda hidrojen verildiğinde yanma ve emisyon değerlerinin vuruntu oluşmadan en iyi seviyede olduğunu belirlemişlerdir. Silindirin %30 hacimsel oranında hidrojen ile zenginleştirilmesi ile maksimum yanma basıncının, motor sadece dizel ile çalıştırıldığı durumdan 5° krank açısı geç oluştuğu gözlemlemişlerdir. Bunun nedeni olarak, hidrojenin tutuşma sıcaklığının yüksek olmasından dolayı, kendiliğinden tutuşamadığından, dizel yakıt püskürtülüp sıkıştırıldıktan sonra tutuşup yanmaya başlaması olarak belirtmişlerdir. Tutuşan hidrojen, hidrojenin alev hızı ve hızlı yanma özelliklerinden dolayı çabuk bir yanma gerçekleştirerek tutuşma gecikmesi zamanını azaltır.


Yorumlar