Selah Tersanesi Askeri Projeler Departmanından Barış Şantalar gemilerdeki sevk sistemleriyle ilgili çözümün yakıt hücresi teknolojisi olduğunu söyledi
Deniz taşımacılığı; özellikle sanayi hammaddesini oluşturan büyük miktarlardaki yüklerin bir defada bir yerden diğer bir yere taşınması imkanını sağlaması, güvenilir olması, mal zayiatının minimum düzeyde olması, hava yoluna göre 14, karayoluna göre 7, demiryoluna göre 3,5 kat daha ekonomik olması nedeniyle dünyada en çok tercih edilen ulaşım şeklidir.
Günümüzde dünya ticaretinin yaklaşık yüzde 75’i deniz yoluyla yapılmaktadır. Hal böyle olunca da gemilerin sevk sistemlerinin verimliliği kar oranlarının artmasında önemli bir rol oynamaktadır. Günümüzün sevk sistemlerinin tasarlanmasında enerji verimliliğinin yanında çevre kirliliğine olan etkileri de önemli rol oynamaktadır. Üreticiler bir taraftan ekonomik çözümler üretmenin peşinden koşarken, diğer taraftan da gelecek nesillere daha temiz bir dünya bırakmak için alternatif çözümler üzerinde çalışmalarına devam etmektedir.
Tarih boyunca insanoğlu yük ve yolcu taşımacılığında denizyolundan istifade etmiştir. İlkel sallardan günümüzün teknolojik modern gemilerine uzanan süreçte denizyolu taşımacılığı çeşitli evrelerden geçmiştir. Kürekli ve yelkenli teknelerle başlayan bu süreçte;
19. yüzyılın sonu ile 20. yüzyılın başlarında stim türbinli sevk sistemleri oldukça yaygın olarak kullanılmış, ancak düşük verimli olması, büyük hacim gerektirmesi ve bakım tutum maliyetlerinin fazla olması nedeniyle yerini alternatif sevk sistemlerine bırakmıştır.
Günümüzde dizel sevk sistemleri gemilerde kullanılan en yaygın sistem olup, küçük botlardan büyük gemilere kadar çok geniş bir kullanım çalışması alanına sahiptir. Yüksek mühendislik gerektiren dizel motorların maliyetleri yüksek olup, ekonomik yakıt tüketimi ve uzun makine ömrü üretim standartlarını belirlemektedir. Son yıllarda getirilen sıkı çevresel düzenlemeler motor üreticilerini ekonomik faktörleri de gözardı etmeden katı emisyon normlarına uymak için araştırma ve geliştirme çalışmaları yapmaya zorlamaktadır.
Dizeller, devir düşürücü dişli, şaft ve pervaneden oluşan klasik sistemlerle entegre edildiği gibi, jeneratör ve ana tahrik motorundan oluşan, dizel elektrik sevk sistemleri ile de entegre edilebilmektedir. Klasik sistemler 1800’lerin sonlarından, dizel elektrik sistemler ise 1900’lerin başından itibaren yaygın olarak kullanılan sistemlerdir. 1940’lı yıllardan itibaren dizel motorların yerine gaz türbini kullanılmaya başlamıştır. Gaz türbini sevk sistemleri hızlı reaksiyon vermesi nedeniyle askeri gemilerde yoğun olarak kullanılmış, ancak yakıt açısından ekonomik olmaması nedeniyle deniz taşımacılığında çok fazla tercih edilmemiştir.
Nükleer füzyon prensibine dayanan nükleer sevk sistemleri ise ticari alanda olmasa da askeri gemilerde kullanım alanı bulmuştur. Nükleer sevk sistemleri, hemen hemen sıfır emisyona sahip olmakla birlikte, nükleer füzyon prensibine dayanması nedeniyle düşük yakıt maliyetine sahip olması ve uzun yıllar yakıt ikmali yapmadan kullanılabilmesi gibi avantajları olsa da çevre konularında getirilen kısıtlamalar ve hassasiyetler dikkate alındığında ticari alanda kullanımının pek mümkün olamayacağı aşikardır.
Geleceğin Sevk Sistemleri
Bir yakıt hücresi, hidrojen içeren yakıtın oksijen veya başka bir oksitleyici madde ile elektrokimyasal reaksiyonu sonucu ortaya çıkan kimyasal enerjiyi elektriğe dönüştüren elektrokimyasal bir hücredir. Bu elektrik enerjisi de ana tahrik motorları vasıtası ile pervanelere aktarılır.
Yakıt pili olarak da adlandırılan bu sistemler ilk olarak 1839 yılında William Grove tarafından bulunmuş olmasına rağmen uzun yıllar üzerinde çalışılmamıştır. Ancak petrol kaynaklı enerji kaynaklarının sürdürülebilir olmaması ve çevre ile ilgili getirilen kısıtlamalar uzay programları çerçevesinde tekrar ele alınan ve geliştirilen bu sistemin kara araçlarında ve gemi sevk sistemlerinde de kullanımını gündeme getirmiştir.
Yakıt hücresi tahrik sistemlerinde ana yakıt bileşeni olarak hidrojen kullanılır. Elektrik üretimi anot ve katot yardımı ile hidrojen ve oksijenin reaksiyonu ile sağlanır. Reaksiyon sonunda su ve ısı enerjisi açığa çıkar. Gerekli oksijen havadan sağlanırken, hidrojen ise yakıt olarak kullanılır.
Yakıt hücresinde herhangi bir yanma olmaksızın elektrik üretilmesi nedeniyle çevre dostu ve sürdürülebilir bir enerji kaynağıdır. Yakıt Hücresinin temel avantajları;
- Enerji verimi oldukça yüksektir (içten yanmalı makinelerle kıyaslandığında 2 (iki) katından daha fazla verimlilik),
- Çevresel etkileri düşüktür (Sera gazı emisyonu düşük, sessiz, katı atık içermez),
- Modüler yapıdadır,
- Çok miktarda soğutma suyu gerektirmez,
- İşletim kolaylığı sağlar,
- Güvenilir bir sistemdir.
Yakıt Hücresi Tipleri;
Proton Değişim Membranı Yakıt Hücreleri (PDMYH): Bu yakıt hücresindeki elektrolit, mükemmel bir proton iletkeni olan bir iyon değişimli membrandır. Bu yakıt hücresindeki tek sıvı sudur; bu nedenle, korozyon problemleri azdır. Tipik olarak, platin elektrokatalizörlü karbon elektrotlar hem anot hem de katot için ve karbon veya metal bağlantıları için kullanılır. Bu tip hücrelerde katı elektrolit kullanıldığından elektrolit sızıntısı problemi yoktur.
Alkalin Yakıt Hücreleri (AYH) İşletim sıcaklığı 80° C civarındadır. Bu nedenle atık ısı kullanımı olmaz. Bu yakıt hücresinde, KOH olarak da bilinen potasyum hydroxide elektrolit olarak kullanılır. Güç üretim verimi yüzde 42-73 arasındadır.
Fosforik Asit Yakıt Hücreleri (FAYH) İşletme sıcaklığı 170 ila 210° C arasında olan bu yakıt hücresinde elektrolit olarak yüzde 100 konsantre fosforik asit kullanılır. Elektrik enerjisi, anoda karbondioksit (CO₂) içeren hidrojen zengini gaz, katoda da hava uygulanarak üretilir. Güç üretim verimi yüzde 35-45 arasındadır.
Erimiş Karbonat Yakıt Hücreleri (EKYH) Bu tip yakıt hücrelerinde, eridikleri zaman iyonik iletim gösterdiklerinden LiKCO ve LiNaCO gibi karbonatlar kullanılır. İşletim sıcaklığı 650 °C’dir. Burada alkali karbonatlar, karbon iyonları iyonik iletim sağlayan, oldukça iletken bir erimiş tuz oluştururlar. EKYH’lerin yüksek çalışma sıcaklıklarında, reaksiyonu sağlamak için Ni (anot) ve nikel oksit (katot) yeterlidir. İşletim için asal metallere ihtiyaç duyulmaz ve birçok hidrokarbon yakıtları dahili olarak yenilenebilir. Güç üretim verimi yüzde 45-55 arasındadır.
Katı Oksit Yakıt Hücreler (KOYH) Bu yakıt hücresindeki elektrolit katı, gözeneksiz bir metal oksittir ve genellikle YO ile stabilize edilmiş ZrO’dir. Hücre, oksijen iyonlarıyla iyonik iletimin gerçekleştiği 600-1000°C arasında çalışır. Tipik olarak, anot Co-ZrO veya Ni-ZrO sermettir ve katot Sr-katkılı LaMnO’tür. Güç üretim verimi yüzde 50 civarındadır.
Solar (Güneş Enerjisi) Sevk Sistemleri:
Bir diğer çevre dostu sevk sistemi ise güneş enerjisi sevk sistemidir. 2000’li yılların başından itibaren bu konudaki çalışmalar yoğunlaşmış olmakla birlikte maliyetlerin yüksek olması nedeniyle şimdilik çalışmalar lüks yatlar üzerinde yapılmaktadır. “The Ocean Empire” yaşam desteği gemisi (LSV) sürdürülebilir olmayan enerji kaynaklarına bağımlılığı ortadan kaldıran ilk örneklerden olmuştur.
Gaz Yakıtlı Dizel Tahrik Sistemleri:
Aslında ana tahrik dizeli olarak klasik dizel kullanılsa da, yanıcı madde olarak MDO’nun yanında LNG yakıtı kullanımı emisyon değerlerini azaltmakta ve daha çevre dostu bir sevk sistemi haline gelmektedir.
Ancak solar sistemin büyük gemilerde kullanımın çok yüksek maliyetler getireceği, LNG yakıtlı sistemde kullanılan yakıtın da sürdürülebilir bir enerji kaynağı olmadığı dikkate alındığında şimdilik en uygulanabilir ve üzerinde durulması gereken çevre dostu çözümün yakıt hücresi sevk sistemi olduğunu söyleyebiliriz.
