BiyoHidrojen Üretimi

Singaz içerisinde bulunan %30-%40 civarındaki hidrojen singazdan ayrıştırılarak kullanılabilir.

Geleneksel elektroliz yöntemine göre oldukça düşük maliyetle hidrojen üretilmiş olur.

Bu konudaki ar-ge çalışmalarımız devam etmektedir.

Singazdan hidrojen üretiminin ana adımları:

1. Singaz Üretimi (Başlangıç Noktası):
Öncelikle hidrojen ve karbon monoksit içeren singazın elde edilmesi gerekir. Bu, daha önceki cevaplarda bahsettiğimiz gibi çeşitli yöntemlerle yapılabilir:

• Doğal gazın buharla reformasyonu (Steam Methane Reforming - SMR)

• Kömür, biyokütle veya atıkların gazlaştırılması

• Petrol fraksiyonlarının kısmi oksidasyonu (POX)

Üretilen ham singazın bileşimi (H₂/CO oranı, CO₂, H₂O, CH₄, N₂, kükürt bileşikleri, partiküller vb. içeriği) kaynağa ve üretim yöntemine göre değişir.

2. Singazın Temizlenmesi ve Şartlandırılması (Gerekirse):
Hidrojen üretiminde kullanılacak sonraki adımlar (özellikle katalizörler) safsızlıklara karşı hassas olduğundan, ham singazın temizlenmesi gerekebilir:

• Partikül Giderimi: Siklonlar, filtreler, yıkayıcılar (scrubber) ile katı parçacıklar uzaklaştırılır.

• Kükürt Giderimi: Bu adım çok kritiktir. Özellikle Su-Gaz Değişim (WGS) reaksiyonunda kullanılan katalizörler ve son saflaştırma adımı (PSA) kükürtten (H₂S, COS) kolayca zehirlenir. Genellikle sıcak gaz temizleme (örn. metal oksitler) veya soğuk gaz temizleme (örn. aminli yıkama sonrası ZnO yatakları) yöntemleri kullanılır.

• Diğer Safsızlıkların Giderimi: HCl, NH₃ gibi diğer zararlı bileşikler de özel yöntemlerle giderilebilir.

3. Su-Gaz Değişim Reaksiyonu (Water-Gas Shift - WGS):
Bu, singazdan hidrojen üretiminin kalbidir. Amaç, singazdaki CO'yu buhar (H₂O) ile reaksiyona sokarak daha fazla H₂ üretmek ve CO'yu, daha sonra kolayca ayrılabilecek olan CO₂'ye dönüştürmektir.

• Reaksiyon: CO + H₂O ⇌ CO₂ + H₂ (Ekzotermik ve denge reaksiyonudur)

• Amaç: H₂ verimini maksimize etmek ve CO konsantrasyonunu düşürmek.

• Uygulama: Genellikle iki aşamada yapılır:

  • Yüksek Sıcaklık Shift (HTS): Yaklaşık 350-500°C'de, demir-krom oksit bazlı katalizörlerle yapılır. Reaksiyon hızlıdır ve CO'nun büyük kısmı burada dönüştürülür (örneğin %3-4 CO'ya kadar).

  • Düşük Sıcaklık Shift (LTS): Yaklaşık 200-250°C'de, bakır-çinko oksit bazlı katalizörlerle (kükürte çok hassas!) yapılır. Düşük sıcaklık, dengeyi daha fazla H₂ üretimi yönüne kaydırır ve CO konsantrasyonunu çok düşük seviyelere (%0.1-0.5 altına) indirir.

• Girdi: Bu reaksiyon için sisteme yeterli miktarda buhar eklenmesi gerekir.

WGS reaktörlerinden çıkan gaz akımı artık H₂ ve CO₂ açısından çok zengin, CO açısından fakirdir ve ayrıca reaksiyona girmemiş buhar, CH₄, N₂ gibi diğer bileşenleri içerir.

4. Soğutma ve Su Giderimi:
WGS reaktörlerinden çıkan sıcak gaz soğutulur. Bu sırada reaksiyona girmemiş veya reaksiyonda oluşan suyun büyük kısmı yoğuşturularak sistemden ayrılır.

5. Karbon Dioksit (CO₂) Giderimi:
WGS reaksiyonunda oluşan büyük miktardaki CO₂'nin hidrojen akımından ayrılması gerekir. Yaygın yöntemler şunlardır:

• Kimyasal Absorpsiyon: Amin bazlı çözücülerle (MEA, MDEA vb.) yıkama. CO₂, çözücü tarafından emilir ve daha sonra çözücü rejenere edilerek CO₂ geri kazanılır (veya atmosfere verilir/depolanır).

• Fiziksel Absorpsiyon: Yüksek basınçlı sistemlerde Selexol™ veya Rectisol™ gibi fiziksel çözücüler kullanılabilir.

• Basınç Salınımlı Adsorpsiyon (PSA - Bazen): PSA sistemi CO₂'yi de tutabilir, ancak CO₂ yükü çok yüksekse genellikle önceden ayrı bir birimde giderilir.

• Membran Teknolojisi: CO₂'yi seçici olarak geçiren membranlar da kullanılabilir.

Bu adımdan sonra gaz akımı temel olarak H₂, eser miktarda CO, CH₄ ve N₂ içerir.

6. Son Saflaştırma (Hidrojen Ayırma):
Yüksek saflıkta hidrojen elde etmek için son ayırma işlemi yapılır. En yaygın ve etkili yöntem:

• Basınç Salınımlı Adsorpsiyon (Pressure Swing Adsorption - PSA): Bu teknoloji, farklı gazların belirli katı adsorbent malzemeler (zeolitler, aktif karbon vb.) üzerinde farklı basınçlarda farklı oranlarda adsorblanması (tutulması) prensibine dayanır.

  • Adsorpsiyon: Yüksek basınçta, H₂ dışındaki gazlar (CO, CO₂, CH₄, N₂) adsorbent yatağında tutulurken, çok az adsorplanan H₂ yatağın içinden geçerek yüksek saflıkta (%99.9+ ila %99.999+) ürün olarak alınır.

  • Desorpsiyon (Rejenerasyon): Yatağın basıncı düşürülerek (veya vakum uygulanarak) tutulan safsızlıklar serbest bırakılır ve yataktan atılır (off-gas/tail gas). Bu atık gaz, düşük kalorifik değerli bir yakıt olarak kullanılabilir.

  • Döngü: Sürekli üretim için genellikle birden fazla adsorbent yatağı paralel olarak, farklı adımlarda (adsorpsiyon, basınç düşürme, purge, basınç artırma) çalıştırılır.

• Membran Ayırma: Hidrojeni diğer gazlardan daha hızlı geçiren polimerik veya metalik membranlar da kullanılabilir. Genellikle PSA kadar yüksek saflık sağlamazlar ancak daha basit ve bazen daha düşük maliyetli olabilirler. Bazen PSA öncesi bir ön ayırma adımı olarak da kullanılırlar.

• Kriyojenik Ayırma: Çok düşük sıcaklıklarda gazların farklı kaynama noktalarından yararlanılarak ayırma yapılır. Genellikle çok büyük ölçekli tesislerde veya CO gibi diğer bileşenlerin de sıvı olarak geri kazanılması istendiğinde kullanılır. Hidrojen saflaştırma için PSA'ya göre daha az yaygındır.