
Hidrojen Enerjisi ile ilgili çalışmalar yapan Sn. Fahri ERYILMAZ ( Elektrik Mühendisi ) Beyefendinin çevirisini sizlere sunuyoruz ve Sn. Fahri ERYILMAZ ' a inanılmaz değerli içeriğe sahip paylaşımı için çok teşekkür ediyoruz.Not: (Döküman PDF olduğundan siteye eklediğimde Tablolarda biraz sorun oldu Dökümanın orjinali için Buraya tıklayabilirsniz)
Hidrojenenerji.blogspot.com
Hidrojenin Araçlardaki Güvenlik Donatıları
Hidrojenin özellikleri
Hidrojen renksiz ve kokusuz bir gazdır. 2,016 molekül
agırlıgıyla hidrojen en hafif gazdır. Yogunlugu havadan
14 kat daha hafiftir.(0,08376 kg/m3 standart sıcaklık
ve basınçta). 20,3 K ‘nin (atmosferik basınçta) altında
sıvı halde bulunur. Hidrojen tüm yakıtlardan birim
agırlıgına göre en yüksek enerjine içerigine sahiptir;
yüksek ısıtma degeri (41,9 mj/kg)
neredeyse benzinden üç kat daha fazladır.
(Okuduğunuz makalenin orjinal çeviri metni için tıklayınız)
Tablo 1. Hidrojenin seçilmis bazı özellikleri
Molekül agırlıgı 2.016
Yogunlugu kg/m3 0,0838
Yüksek ısıtma degeri MJ/kg 141,90
MJ/m3 11.89
Düsük ısıtma degeri MJ/kg 119,90
MJ/m3 10.05
Kaynama sıcaklıgı K 20,3
Sıvı haldeki yogunlugu kg/m3 70,8
Kritik nokta
Sıcaklık K 32.94
Basınç bar 12.84
Yogunluk kg/m3 31.40
Kendi atesleme sıcaklıgı K 858
Havadaki parlama limitleri (vol. %) 4–75
Havadaki Stoichiometrik karısımı (vol. %) 29.53
Havadaki alev sıcaklıgı K 2,318
Difüzyon es verimi cm2/s 0.61
Özgül ısı (cp) kJ/(kg ·K) 14.89
Diger yakıtlar gibi ya da enerji tasıyıcısı olan hidrojen
düzgün tasınmadıgında ve kontrol edilmediginde risk
gösterir. Bu tasınma riskleri benzin, propan ve dogalgazla
benzer olarak düsünülmelidir. Hidrojenin özel fiziksel
karakteristikleri benzer yakıt türlerine göre biraz farklıdır.
Bazı özellikleri daha az tehlikeli kılsa da, hidrojenin bazı
karakteristikleri teorik olarak bazı durumlarda daha
tehlikelidir. Hidrojen en küçük moleküle sahip oldugu için
diger sıvı ve gaz yakıtlara göre küçük deliklerden kaçma
egilimi oldukça fazladır. Hidrojenin yogunluk, viskozite ve
havadaki difüzyon katsayısı özellikleri uyarınca, deliklerden
veya düsük basınçlı yakıt hatları birlesme noktalarından
hidrojenin akma/sızma egilimi aynı noktalardan akabilecek
dogalgazdan 1,26 dan 2,8 kata kadar daha fazladır. Fakat
deneyler sonucunda, birim hacimdeki dogal enerji yogunlugundan
dolayı dogal gaz sızıntıları hidrojen sızıntılarına göre daha fazla
enerji bırakılmasını saglar. Yüksek basınçlı depolama tanklarında
olusan çok büyük sızıntılar için,sızıntı oranı sonic hız ile sınırlıdır.
Yüksek sonic hıza göre hidrojen (1308 m/s) dogal gaza (49 m/s)
göre daha hızlı kaçak yapar. Yine dogalgazın hidrojene göre üç kat
daha fazla enerji yogunluguna sahip olmasına ragmen dogal gaz
sızıntıları her zaman daha fazla enerji içerir.
Herhangi bir nedenle olusan sızıntılar sonucunda, hidrojen diger
gazlara nazaran daha hızlı dagılam gösterecektir böylece
tehlike seviyeleri azalmıs olacaktır. Hidrojen, dogalgaz
ve benzine göre daha yayılıcı ve yüzücü özellige sahiptir.
Tablo – 2’de Hidrojen ile dogal gazın sızıntı oranlarının karsılastırılması gösterilmektedir
.
Hidrojen Dogalgaz
Akıs Parametreleri
Difüzyon coef. (cm2/s) 0.61 0.16
Viskozite (m-poise) 87,5 100
Yogunluk (kg/m3) 0,0838 0.651
Sonic hız (m/s) 1308 449
Bagıl sızıntı oranları
Difüzyon 3.80 1
Laminar akıs 1.23 1
Turbulent akıs 2.83 1
Sonic akıs 2.91 01
oranlarında yanabilirler. Diger yakıtlar ise daha az yanabilirlik
oranına sahiptirler; dogalgaz %5,3–15, propan % 2,1– 10, benzin %1–7,8’dir.
Birçok gerçek sızıntı hallerinde anahtar parametreler gösteriyor ki,
hidrojenin en düsük tutusması ve yanabilirligi limit degerinde
gerçeklesir ki hidrojenin en düsük parlama degeri benzine göre 4 kat
daha yüksek olup propana göre 1,9 kat daha yüksektir ve dogal gaza
göre biraz daha düsüktür. Hidrojenin alevi neredeyse görünmezdir
ki böyle olması insanlar tarafından tehlike arz etmektedir.
Bu konuda çözüm olarak bazı kimyasallar eklenerek gerekli olan
görünürlük saglanabilir. Ayrıca, hidrojen alevinin düsük
yayıcılıgı, radyant ısı transferi sonucunda yanında bulunan maddeler
ve insanlar için atesleme ve incitme derecesi daha az olasıdır
anlamına gelir. Benzin yanmasından çıkan is ve buhar içe duman
olarak çekilmesi sonucunda bir risk ortaya koyar fakat hidrojenin
atesi sadece suyu üretir (ikincil maddelerin yanmaya baslamaması halinde).
Sıvı hidrojen de diger bir güvenlik konusudur ki soguk yanıkları tehlikesi
vardır ve kryogenic yakıt sızıntı süresini artarmıs olur. Büyük bir sıvı
hidrojen dökülmesinin benzin dökülmesine göre bazı özelliklere sahip
olmasına ragmen çok hızlı bir sekilde yok olur. Diger potansiyel tehlike i
se, basınç bırakma valf hatası sonucunda olusan kaynayan sıvıda genlesen
buharın patlamasıdır.
Hidrojenli Araçların Tehlikeleri
Bir onboard hidrojen aracı güvenlik riski tasır ve bu haller araç
çalısmadıgında, normal çalısmasında ya da kazalarda gibi çesitli
sekillerde ortaya çıkan riskler düsünülmelidir. Potansiyel riskler
direkt olarak atesle ilgili olup, toxiticity patlamalıdır.Hidrojen
ates ve patlamalar kaynagı olarak yakıt depolamasından, yakıt
besleme hatlarından veya yakıt hücreleri kaynaklıdır. Yakıt
hücrelerinde H2 ve O2’nin (~20–30 mm) polimer çok ince zarla
ayrılmıs olmasından dolayı daha az risk olusturmaktadır. İnce zarın
yırtılması sonucunda H2 ve O2 birlesecektir fakat bu durumda yakıt
hücresindeki kontrol sistemleri sayesinde kolaylıkla zarar
potansiyelini kaybedecektir. Bu durumda besleme hatları
çok hızlı bir sekilde kesilecektir. Yakıt hücresi çalısma sıcaklıgı (60–90 C) ısıl
tutusma için çok düsük bir sıcaklıktır fakat Oksijen ve Hidrojen katalitik
yüzeyde birleserek tutusma
kosullarını yaratabilir. Bu küçük miktarlardaki hidrojenin potansiyel zararları yakıt hücreleri
ve yakıt besleme hatlarıyla sınırlıdır.
- Katastropik yırtılma, tank imalat hataları, keskin cisim darbeleri ile tankın yırtılması
atese maruz kalması;
- Asırı sızıntı, hata basınç bırakma cihazının sebepsizce açması veya kimyasal olarak
cihazının çalısması.
- Yavas sızıntı tank hatlarındaki stresten, basınç bırakma cihazı arızası yada tank ve hat
Benzer hata analizleri yüksek ve alçak basınç yakıt hatları içinde uygulanabilir.
Yukarıda belirtilen arıza çesitleri olusumlarına göre asagıdaki sekillerde asgariye indirilebilir.
- Düzenli bir sistem dizayn ile sızıntıların önlenmesi, en uygun ekipmanların seçilmesi
bırakma cihazı konuçlandırarak, yüksek basınç hatlarını koruyarak, her tank besleme
hattına normalde kapalı selenoid valf kurarak.
- Sızıntı dedektorüyle ya da yakıt içerinse odorant –belirleyici- bir madde ekleyerek
- Atesleme önlemesi; otomatik olarak pil banklarından ayırarak; böylece elektrik ark
bu sekilde olmaktadır.Bu da, yakıt besleme hatlarından fiziksel olarak tüm
elektrik aletlerinin, pil, motor ve yanın çıkarabilecek kabloların ayrı olarak
dizayn ederek ve sistemi aktif ve pasif havalandırma yaparak sistemin bosaltmasını
dizayn ederek (açıklıklar ile hidrojenin yukarıya çıkmasını saglamak için).
Riskler tipik olarak ürün olusun ve sonuç olasılıklarına göre belirlenmistir.
Bu risk analizine göre bazı çok muhtemel veya çok nadir hidrojen kaza senaryoları da söyledir,
- Sınırlandırılmamıs bosluklarda yakıt tankı yangını veya patlaması
- Tünellerdeki yakıt tankı patlaması veya patlaması
- Sınırlandırılmıs alanlarda yakıt hattı sızıntıları
- Garajlardaki yakıt sızıntıları
- Yeniden doldurma istasyonlarındaki kazalar.
planlanmıs bir hidrojen yakıt hücreli arabalar dogal gazlı ya da benzinli
araçlardan daha az potansiyel tehlike arz etmektedir. Tünel çalısmalarında
hidrojen yakıt hücreli araba dogal gaz arabasıyla neredeyse aynı ama benzinli ve
propanlı arabalara göre daha az tehlikelidir ki bu da benzin ve dogal gaz
sızıntıları, yayılması bazındadır. En büyük potansiyel risk ise evlerde,
kapalı garajlarda, yerlesim yerlerinde halkın kullandıgı sistemlerdeki
küçük sızıntılardır sayet hidrojen dedektesi yoksa yada ölçüm cihazları
uygulanması (pasif ve aktif havalandırma olarak) halinde.
Sonuç ve Öneriler
Sonuçta, hidrojen diger yakıt kaynaklarında oldugu gibi aynı risklere
sahip oldugunu göstermektedir. Halkın yaklasımına ragmen, pek
çok açıdan hidrojen, benzin ve dogalgaza göre daha güvenli bir
yakıttır. Etkili olacak bir konu ise hidrojenin çok iyi bir güvenlik
geçmisine sahip olmasıdır. Bu da 19 yy. da ve 20 yy. baslarında
Avrupa ve Amerika’da “sehir gazı” olarak genis bir alanda
kullanılmasıyla sabitlenmistir. Bu ise endüstride gaz olarak ve
uzay programlarında yakıt olarak kullanılmasıyla kanıksanmıstır.
Kazalar olmaktadır, fakat bunlar hidrojenin diger yakıtlara göre
daha tehlikeli bir gaz oldugunu göstermez. En azından ileriki
zamanlarda yapılacak olan çalısmalar ve arastırmalar sonucunda
patlama ve sızıntıların sebeplerini bulmakta etkili olacaktır.
Yeni materyaller ve kaplinler hidrojen sızıntılarını önleyecek
sekilde gelistirilerek yakıt hücrelerinin devamlılıgını ve arızalarını
azaltacaktır.
Çeviriyi Yapan: Fahri Eryılmaz
Elk.Müh. - 33892










