Alternatif Yakıtlar ( hidrojen, doğalgaz, metanol, etanol, yakıt pilleri ve LPG );
Otomobillerin insanlara sağladığı ulaşım rahatlığı, hareket özgürlüğü büyüktür. Ancak egsozundan çıkan gazlarla şehir havasını dolayısı ile tüm atmosferi kirleterek, sera etkisi dediğimiz ve gittikçe artan tehlikeyi de beraberinde getirmektedir. Hava kirliliğinin büyük boyutlara ulaştığı günümüzde, motorlu taşıtlardan gelen kirliliğin ihmal edilemez boyutlarda olduğu bilinmektedir. Özellikle büyük şehirlerde taşıtlardan gelen kirletici emisyonlar ısınmadan gelenlerden çok daha fazladır. Taşıtların egsozlarından, bilhassa benzin ve dizelli motorlu taşıtlarınkinden çıkan karbonmonoksit, hidrokarbon ve azot bileşikleri ve parçacıkların meydana getirdiği çevre sorunları, birçok şehirde ciddi boyutlara ulaşmıştır. Milyonlarca taşıttan kükürtdioksit, kurşun gibi tehlikeli maddelerinde atmosfere yayıldığını düşünürsek çevreye verilen zararın boyutunu da kolaylıkla anlayabiliriz. Bu nedenle motorlu taşıt egsoz gazlarından kaynaklanan hava kirliliği, kalıcı önlemleri gerektiren acil çevre sorunu haline gelmiştir. Ayrıca dünya üzerindeki petrol yataklarının, belirli bölgelerde toplanması ve izlenen politikalar zaman zaman petrol krizlerini ortaya çıkarmıştır. Öte yandan petrolün fosil yakıt olması, kullanım sonucu, dünya petrol rezervlerinin gittikçe azalması, petrole alternatif olabilecek motor yakıtlarının bulunması ve uygulamaya konulmasını zorunlu hale getirmiştir. Burada, bulunacak alternatif yakıtın, mevcut teknolojide önemli bir yapısal değişiklik gerektirmeden, doğrudan kullanılması önem taşımaktadır.
Yapılan araştırmalara göre, fosil yakıtların yanması sonucu açığa çıkan karbonmonoksit, hidrokarbon ve azot bileşiklerinin yarısı, benzin ve dizel motorlarından kaynaklanmaktadır. Kükürtdioksit, kurşun, kurum gibi artıklar da yine motorlu taşıtların etrafa yaydığı zararlı maddelerdendir. Özellikle dizel motorları kükürtdioksit ve kurumun en başta gelen üreticisidir. Karbonmonoksit gazı, kapalı yerlerde insanları öldürebilmekte, azot bileşikleri ise tarım ürünlerine zarar vermekte ve binalarda aşınmalara yol açmaktadır. Motorlu taşıtların havayı kirletmelerinin temel sebebi, motorların yeterince verimli çalışamamalarındandır. Pratikte benzin motorlarının verimi % 65 – 75, dizel motorlarınınki % 80 – 90 arasındadır, bu da yakıtın bir kısmının yanmaması demektir. Böylece havadaki egsoz gazları emisyonu artmaktadır bunun sonucu da hava kirliliğini önemli ölçüde teşkil etmektedir.
Ayrıca motorlarda kullanılan alternatif yakıtların ekonomikliğide büyük önem taşımaktadır. Özellikle günümüzde artan ekonomik kriz neticesinde yakıtlardan en yüksek verimi almak ve bunun sonucunda da yakıtların ekonomik olması istenmektedir. Günümüzde dizelle çalışan yakıtlara olan ilgide yakıtın ekonomik olmasından kaynaklanmaktadır. Ülkemizde taksilerde kullanılan LPG’nin tüm ülkeye yayılması da yakıtın ekonomikliğinden ötürüdür. Bu sebeple en ekonomik yakıt için çalışmalar devam etmektedir.
Bu tezde taşıtlarda kullanılabilecek alternatif yakıt tipleri olarak hidrojen, doğalgaz, metanol, etanol, yakıt pilleri ve LPG yakıtları ele alınmıştır.
1 GİRİŞ.................................................................................................................................................................... 1
2 MOTORLARDA KULLANILAN ALTERNATİF YAKITLAR.............................................................. 2
2.1 Hidrojenin Otto ve Dizel Motorlarında Kullanımı.............................................................................. 2
2.1.1 Hidrojenin Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri.................................................................................... 2
2.1.2 Karışım Oluşturulması ve Motor Performansına Etkisi................................................................. 4
2.1.3 Yanma Performansı.............................................................................................................................. 6
2.1.4 Egsoz Emisyonu.................................................................................................................................... 9
2.1.5 Hidrojen Yakıtının Taşıtlarda Depolama Şekilleri....................................................................... 11
2.1.6 Hidrojen Depolama Yöntemlerinin Karşılaştırılması................................................................... 14
2.1.7 Hidrojenin Ekonomik Açıdan Benzinle Karşılaştırılması........................................................... 14
2.1.8 Günümüzün Hidrojen Yakıtlı Taşıtları........................................................................................... 15
2.2 Metanolün Otto ve Dizel Motorlarında Kullanımı............................................................................ 16
2.2.1 Metanolün Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri................................................................................. 17
2.2.2 Karışım Oluşturulması....................................................................................................................... 20
2.2.3 Yanma Performansı............................................................................................................................ 20
2.2.4 Egsoz Emisyonu.................................................................................................................................. 20
2.2.5 Günümüzün Metanol Yakıtlı Taşıtları............................................................................................ 21
2.3 Etanolün Otto ve Dizel Motorlarında Kullanımı............................................................................... 22
2.3.1 Etanolün Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri..................................................................................... 22
2.3.2 Yanma Performansı............................................................................................................................ 24
2.3.3 Egsoz Emisyonu.................................................................................................................................. 24
2.3.4 Etanol Yakıtlı Motorla Benzinli Motorun Karşılaştırılması........................................................ 25
2.3.5 Etanol Yakıtlı Motorla Dizel Motorun Karşılaştırılması............................................................. 29
2.3.6 Günümüzün Etanol Yakıtlı Taşıtları............................................................................................... 30
2.4 LPG’nin Otto ve Dizel Motorlarında Kullanımı................................................................................ 31
2.4.1 LPG’nin (Sıvılaştırılmış Petrol Gazı) Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri................................... 31
2.4.2 LPG’nin Motor Yakıtı Olarak Avantaj ve Özellikleri.................................................................. 32
2.4.3 Motorlu Taşıtlarda Kullanılan LPG Teknolojisi........................................................................... 32
2.4.4 Motor Performansı.............................................................................................................................. 36
2.4.5 Egsoz Emisyonları.............................................................................................................................. 36
2.4.6 Bir Benzinli Motorla LPG’li Motorun Grafiksel Karşılaştırılması............................................ 36
2.4.7 Günümüzün LPG Yakıtlı Taşıtları................................................................................................... 38
2.5 Doğalgazın Otto ve Dizel Motorlarında Kullanımı........................................................................... 39
2.5.1 Doğalgazın Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri................................................................................ 41
2.5.2 Doğal Gazın Dizel Motorlarında Kullanılması.............................................................................. 43
2.5.3 Doğalgazın Otto Motorlarında Kullanımı...................................................................................... 45
2.5.4 Egsoz Emisyonu.................................................................................................................................. 48
2.5.5 Doğalgaz Yakıtının Taşıtlarda Depolama Şekilleri...................................................................... 49
2.5.6 Günümüz Doğalgaz Yakıtlı Taşıtları............................................................................................... 50
2.6 Yağların Otto ve Dizel Motorlarında Kullanımı................................................................................ 50
2.6.1 Rafine Edilmiş Ayçiçek Yağının Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri........................................... 51
2.6.2 Motor Performansı.............................................................................................................................. 51
2.6.3 Kullanılan Karışımlar......................................................................................................................... 52
2.6.4 Bir Dizel Motorla Ayçiçek Yakıtlı Motorun Grafiksel Karşılaştırılması................................. 53
3 Gelecekte Kullanılabilecek Yakıt Tipleri..................................................................... 55
3.1 Temiz Hava Yasası................................................................................................................................. 56
3.2 Yakıt Pilleri.............................................................................................................................................. 57
3.2.1 Yakıt Pilli Araç Geliştirme Çalışmaları.......................................................................................... 59
4 tAŞITLARDA kULLANILABİLECEK aLTERNATİF yAKIT tİPLERİNİN karşIlaştırılması 63
4.1 Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri Bakımından Karşılaştırılması..................................................... 63
4.2 Performansları Yönünden Karşılaştırılması........................................................................................ 65
4.3 Egsoz Emisyonu Yönünden Karşılaştırılması.................................................................................... 65
4.4 Hava Kirliliği ve Güvenlik Etkileri Bakımından Karşılaştırılması................................................. 66
4.5 Ekonomiklik Yönünden Karşılaştırılması........................................................................................... 67
5 SONUÇ ve ÖNERİLER.................................................................................................................................. 68
ŞEKİL LİSTESİ
Şekil 2.1.3.1 Alev Hızının l’ya Göre Değişimi.................................................................................................... 6
Şekil 2.1.3.2 Alev Hızının Sıcaklığı Göre Değişimi............................................................................................. 7
Şekil 2.1.3.3 Minimum Tutuşma Enerjisinin l’ya Göre Değişimi.................................................................... 8
Şekil 2.1.3.4 Termik Verimin Hava Fazlalık Katsayısına Göre Değişimi [35]............................................... 9
Şekil 2.1.4.1 Azot Oksit Emisyonlarının Hava Fazlalık Katsayısına Göre Değişimi.................................. 10
Şekil 2.1.4.2. Çeşitli Motor Tiplerinde NOx Emisyonlarının Karşılaştırılması.............................................. 11
Şekil 2.1.8.1 Hidrojenle çalışan BMW motoru.................................................................................................... 16
Şekil 2.1.8.2 AMC jeep motorunun hidrojen dağıtım şeması........................................................................... 16
Şekil 2.3.4.1 Otto Motorunda Etanol Oranının Effektif Güce Etkisi............................................................... 25
Şekil 2.3.4.2 Otto Motorunda Etanolün Efektif Verime Etkisi......................................................................... 26
Şekil 2.3.4.3 Otto Motorunda Etanolün Özgül Yakıt Tüketimine Etkisi........................................................ 27
Şekil 2.3.4.4 Otto Motorunda Etanolün CO Oranına Etkisi [17]...................................................................... 28
Şekil 2.3.5.1 Dizel Motorunda Etanolün Effektif Güce Etkisi [16]................................................................. 29
Şekil 2.3.5.2 Dizel Motorunda Etanolün Effektif Verime Etkisi...................................................................... 29
Şekil 2.3.5.3 Dizel Motorunda Etanolün Özgül Yakıt Tüketimine Etkisi....................................................... 30
Şekil 2.3.6.1 Chrysler Playmouth Model Alkol Yakıtlı Taşıtın Şematik Resmi [11]................................... 30
Şekil 2.4.3.1 Birinci Kuşak Sistemler [5]............................................................................................................ 33
Şekil 2.4.3.1 İkinci Kuşak Sistemler [5].............................................................................................................. 34
Şekil 2.4.3.1 Üçüncü Kuşak Sistemler [5]........................................................................................................... 35
Şekil 2.4.6.1 Devir – CO İlişkisi (benzin) [6]...................................................................................................... 36
Şekil 2.4.6.2 Devir –CO ilişkisi (LPG) [6]........................................................................................................... 36
Şekil 2.4.6.3. Devir – HC İlişkisi(benzin) [6]...................................................................................................... 37
Şekil 2.4.6.4 Devir – HC İlişkisi(LPG) [6]........................................................................................................... 37
Şekil 2.4.6.5. Devir – Yakıt İlişkisi (benzin) [6]................................................................................................. 37
Şekil 2.4.6.6.DevirYakıt İlişkisi(LPG) [6]........................................................................................................... 37
Şekil 2.4.6.7. Devir – Yakıt Sarfiyatı (TL Olarak) İlişkisi [6].......................................................................... 38
Şekil 2.4.7.1 Ford LPG’li Aracın Şematik Resmi [41]..................................................................................... 39
Şekil 2.5.2.1 1. Gaz Yakıt Enjeksiyonu [8]......................................................................................................... 45
Şekil 2.5.3.1 Hava Fazlalık Katsayısının Fonksiyonu Olarak Isıl Verimin Değişimi [20]......................... 47
Şekil 2.5.3.2 Hava fazlalık Katsayısının Maksimum Momenti Sağlayacak Ateşleme Avansı Değişimi [20] 47
Şekil 2.5.3.3 Doğalgaz ve Benzin İçin Güç, Moment, Yakıt Tüketimi, Verim Değişimleri [1]............... 48
Şekil 2.6.4.1 Devir – Özgül Yakıt Tüketimi İlişkisi [10].................................................................................. 53
Şekil 2.6.4.2 Devir –Egsoz Gaz Sıcaklığı İlişkisi [10]...................................................................................... 54
Şekil 2.6.4.3 Devir –Isıl Verim İlişkisi [10]........................................................................................................ 54
Şekil 2.6.4.4 Devir – CO İlişkisi [10]................................................................................................................... 54
Şekil 2.6.4.5 Yakıt Pili Elemanlarını Gösteren Şematik Resim [27].............................................................. 57
Şekil 3.2.1.1 NECAR III [27]................................................................................................................................. 61
Şekil 3.2.1.2 NECAR IV [27]................................................................................................................................ 62
ÇİZELGE LİSTESİ
Tablo 2.2.1.1 Metanolün Dizel Motorlarında Kullanımı İçin Geliştirilen Metodlar.................................... 18
Tablo 2.3.1.1 Etanolün Dizel Motorlarında Kullanımı İçin Geliştirilen Metodlar........................................ 23
Tablo 2.4.1.1 LPG Özellikleri ................................................................................................................................ 31
Tablo 2.4.7.1 Dünyada Doğalgazla Çalışan Araçlar .......................................................................................... 40
Tablo 2.6.4.1 Yakıt Pillerini Kimyasal Özellikleri ........................................................................................... 59
Tablo 3.2.1.1 Alternatif Yakıtların Fiziksel ve Kimyasal Olarak Karşılaştırılması...................................... 63
Tablo 3.2.1.2 Alternatif Yakıtları Kullanan Araçların Performansları............................................................ 65
Tablo 3.2.1.3 Hava Kirliliği ve Güvenlik Etkileri Bakımından Karşılaştırılması......................................... 66
Rar Şifresi:
