Gemilerde hidrojen üretimi: NaBH₄ hidrolizinde reaksiyon parametrelerinin deneysel optimizasyonu
Hydrogen production on ships: Experimental optimization of reaction parameters in NaBH₄ hydrolysis
- Tez No: 1021669
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ASIM SİNAN KARAKURT
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Gemi Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Energy, Marine Engineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Uluslararası Denizcilik Örgütü'nün 2050 net sıfır emisyon hedefleri, deniz taşımacılığını alternatif enerji kaynaklarına yönlendirmektedir. Yüksek enerji yoğunluğuyla hidrojen güçlü bir aday olsa da basınçlı depolama ve sıvılaştırma süreçleri ciddi ekonomik ve operasyonel engeller doğurmaktadır. Bu çalışmada, söz konusu zorlukların aşılması için kütlece %10,8 hidrojen depolama kapasitesine sahip sodyum borhidrürün katalitik hidrolizi yoluyla talep anında hidrojen üretimi araştırılmaktadır. Hidroliz reaksiyonunu hızlandırmak amacıyla, grafitik karbon nitrür destekli kobalt-bor katalizörleri kimyasal indirgeme yöntemiyle üç boyutlu nikel köpük üzerine sentezlenmiştir. Parçacıkların topaklanmasını önlemek ve katalizörlerin nikel yüzeyine yapışmasını iyileştirmek amacıyla Tween ve Triton yüzey aktif maddeleri birlikte kullanılmıştır. Sentez parametrelerinin optimizasyonunda Taguchi L16 ortogonal dizi tasarımı uygulanarak reaksiyon sıcaklığı, pH, grafitik karbon nitrür miktarı ve sürfaktan oranının etkileri incelenmiştir. xiii Taguchi analiz sonuçlarına göre en yüksek hidrojen üretim hızını sağlayan optimum koşullar; pH 11, sürfaktan oranı 0.5, indirgeme sıcaklığı 25°C ve 5 mg grafitik karbon nitrür olarak saptanmıştır. Bu şartlarda sentezlenen katalizör ile 30°C çalışma sıcaklığında 6400 mL/g·dakika özgül hidrojen üretim hızı elde edilmiştir. Shomate denklemleri kullanılarak sistemin sıcaklığa bağlı termodinamik, fiziksel ve kimyasal ekserji analizleri gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın son aşamasında, laboratuvar ölçeğinde elde edilen deneysel veriler gerçek bir denizcilik senaryosuna uyarlanarak sistemin uygulanabilirliği değerlendirilmiştir. Elde edilen sonuçlar bir bütün olarak değerlendirildiğinde, NaBH4 hidrolizine dayalı katalitik hidrojen üretim sisteminin düşük hacim, kontrollü üretim hızı ve sıfır doğrudan emisyon avantajlarıyla gemi enerji sistemlerine entegre edilebilir nitelikte olduğunu ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
The International Maritime Organization's 2050 net-zero emissions targets are directing maritime transport toward alternative energy sources. Although hydrogen is a strong candidate due to its high energy density, pressurized storage and liquefaction processes pose significant economic and operational challenges. This study investigates on-demand hydrogen production via the catalytic hydrolysis of sodium borohydride, which has a hydrogen storage capacity of 10.8% by mass, to overcome these challenges. To accelerate the hydrolysis reaction, cobalt-boron catalysts supported on graphitic carbon nitride were synthesized on three-dimensional nickel foam using a chemical reduction method. Tween and Triton surfactants were used together to prevent particle agglomeration and improve the adhesion of catalysts to the nickel surface. A Taguchi L16 orthogonal array design was applied to optimize the synthesis parameters, and the effects of reaction temperature, pH, graphitic carbon nitride amount, and surfactant ratio were investigated. xv According to the results of the Taguchi analysis, the optimal conditions that provide the highest hydrogen production rate were determined to be a pH of 11, a surfactant ratio of 0.5, a reduction temperature of 25°C, and 5 mg of graphitic carbon nitride. Using the catalyst synthesized under these conditions, a specific hydrogen production rate of 6400 mL/g·min was achieved at an operating temperature of 30°C. Thermodynamic, physical, and chemical exergy analyses of the system as a function of temperature were performed using the Shomate equations. In the final stage of the study, the experimental data obtained on a laboratory scale were adapted to a real-world maritime scenario to evaluate the system's feasibility. When the results are evaluated as a whole, they demonstrate that the catalytic hydrogen production system based on NaBH4 hydrolysis is suitable for integration into ship energy systems due to its advantages of low volume, controlled production rate, and zero direct emissions.
Benzer Tezler
- Gemilerde atık ısı kullanılarak deniz suyundan hidrojen eldesinin araştırılması, enerji ve ekserji analizi
Investigation of hydrogen obtainment from sea water using waste heat on ships, energy and exergy analysis
MERYEM GİZEM SÜRER
Doktora
Türkçe
2024
Makine Mühendisliğiİskenderun Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HÜSEYİN TURAN ARAT
- Gemi elektrik sistemi ve acil durum jeneratörü kısmi yüklerini besleyen hidrojen yakıt pili modeli
Ship electrical system and fuel cell feeding emergency generator partial loads models
ZEHRA KONAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGazi ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MÜSLÜM CENGİZ TAPLAMACIOĞLU
- Analysis of the availability and applicability of fuel cell as a main power unit for a commercial ship
Bir ticari gemi için yakıt pilinin ana güç üreticisi olarak kullanılabilirliği ve uygulanabilirliğinin analizi
ÖMER BERKEHAN İNAL
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Denizcilikİstanbul Teknik ÜniversitesiDeniz Ulaştırma İşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CENGİZ DENİZ
- Dynamic modelling, simulation based analysis and optimization of hybrid ship propulsion systems
Gemi hibrit tahrik sistemlerinin dinamik modellemesi, optimizasyonu ve simülasyon temelli analizi
ÖMER BERKEHAN İNAL
Doktora
İngilizce
2022
Denizcilikİstanbul Teknik ÜniversitesiDeniz Ulaştırma İşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CENGİZ DENİZ
- Exploring the use of microbial fuel cells for sewage treatment on cargo and cruise ships
Kargo ve yolcu gemilerinde atık su arıtımı için mikrobiyal yakıt hücrelerinin kullanımının araştırılması
HÜSEYİN FATİH NACAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Denizcilikİstanbul Teknik ÜniversitesiDeniz Ulaştırma İşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GAZİ KOÇAK