Hidrojenin özellikleri (Properties of Hydrogen)
Kokusuz, renksiz, tatsız ve saydam bir yapıya sahip olan hidrojen doğadaki en hafif kimyasal elementtir. Gaz halindeki hidrojen aynı hacimdeki havadan yaklaşık 15 kez daha hafiftir. İçten yanmalı motorlarda kullanılmakta olan diğer alternatif yakıtlarla karşılaştırıldığında sıvı hidrojenin, sıvı hidrokarbonlara oranla yaklaşık 10 kere daha hafiftir. Gaz halindeki hidrojen ise metan gazından 10 kere daha hafiftir.
Atomik sembolü “H” olan hidrojenin atom ağırlığı 1.00797, atom sayısı 1 olan elementtir. Hidrojen doğada en çok bulunan element olmasına rağmen, hafifliği sebebi ile atmosfere yükselip orada serbest kaldığından, yeryüzünde serbest halde çok az bulunmaktadır. Görünmez ve kokusuz bir gaz olan hidrojene yeryüzünde diğer elementlerle bileşik yapmış halde rastlanılmaktadır. 0°C’deki yoğunluğu 0,08987 g/l ve havaya göre özgül ağırlığı 0,0695’dir. Hidrojenin yanma ısısı oldukça yüksektir ve zehirli etkisi yoktur. Yanma sonucunda ise sadece su buharı meydana gelmektedir. Aynı ağırlıktaki benzine göre sıvı hidrojenin enerjisi 2,75 kat daha fazladır.
Hidrojenin alev hızı da oldukça yüksektir. Bu değer Stokiyometrik benzin-hava karışımı alev hızının yaklaşık 4 katı kadardır. Alev hızının yüksek olması Otto motorlarında ideale yakın bir yanmanın oluşmasını sağlayarak ısıl verimi artırabilmektedir. Hidrojenin sudan elde edilebilirliği ve kullanılınca ürün olarak su ve su buharı olması sayesinde sonsuz bir enerji kaynağı konumundadır. Sonuçta hiç tükenmeyecek bir yakıttır.
Hidrojenin kimyasal ve fiziksel özelliğinden kaynaklanan problemlerden dolayı depolama sorunları mevcuttur. Hidrojenin depolanmasında üç ana yöntem vardır: Bunlar; yüksek basınçlı gaz şeklinde depolanma, karyojenik (aşırı soğutulmuş) sıvı halde depolanma (bu durumda hidrojen genellikle alçak basınçlıdır) ve metal-hidrit şeklinde depolanmadır.
Küçük, içi boş, çapları 25 ile 500 mm arasında değişen ve duvar kalınlıkları yaklaşık 1 mm olan cam küreler kullanılarak da hidrojen depolanabilmektedir. Bu mikro küreler 200–400 oC’de hidrojen gazı ile doldurulur. Yüksek sıcaklıkta cam duvarlar geçirgenleşir ve gaz, kürelerin içine dolar. Cam, oda sıcaklığına soğutulduğunda, hidrojen kürelerin içine depolanır. Kullanılacağı zaman kürelerin ısıtılması ile hidrojen tekrar açığa çıkmaktadır.
Karyojenik sıvı depolama tekniğinde hidrojen atmosfer basıncında, 20 K’de oldukça iyi izole edilmiş tankta depolanmaktadır. Hidrojen sıvı halde olduğu için, eşdeğer ağırlıktaki benzinden 3 kat daha fazla enerji içerir ve eşdeğer enerji içerdiği durumda da 2,7 kat fazla hacim gerektirir. Bu teknikle, tank ve izolasyon dahil ağırlıkça %16 hidrojen depolamaktadır. Ayrıca, sıvılaştırma için yakıtın enerji içeriğinin %40'ı kadarı harcanmaktadır. Diğer bir dezavantaj ise izolasyona rağmen tanka ısının sızmasıdır. Bu sızma sonucunda hidrojen kaynamaktadır. Bu tip sorunlar, 300 bar ve 100-200 K sıcaklık sağlayabilen depoların kullanımı ile çözümlenebilmektedir.
Kaynak: İhsan Batmaz’ın Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Dergisinde (Cilt 22, No 1, 137-147, 2007) yayımlanan “Buji Ateşlemeli Motorlarda Yakıta Hidrojen İlavesinin Motor Performansına ve Egzoz Emisyonlarına Etkisinin Deneysel Analizi” isimli makalesinden derlenmiştir.
