BOR MADENİNİN ENERJİ ÜRETİMİNDE KULLANILMASI

Dünyanın enerji ihtiyacının çoğunu karşılayan fosil yakıtlar (petrol, doğal gaz, kömür) hızlı bir şekilde tükenmektedir. Ayrıca bunların yanması sonucunda, hava kirliliği, ozon tabakası incelmesi, asit yağmurları gibi insan sağlığını tehdit eden birçok problem ortaya çıkmaktadır. Bu enerji kaynaklarına alternatif olarak gösterilen yenilenebilir kaynaklar (rüzgâr, güneş, su, dalga vb.) devamlılıklarının olmayışı ve dünyanın bazı bölgelerinde yerel ölçekte kullanılmalarına rağmen dünya enerji ihtiyacını karşılama yönünde yetersiz kalmaları yeni enerji kaynaklarının gereksinimini doğurmaktadır. Hidrojenin enerji kaynağı olarak kullanılması durumunda enerji sıkıntısı ve kirletici enerji kullanımı problemlerin azalacak olması mühendis ve bilim adamlarının hemfikir olduğu bir konudur. Hidrojen çok etkin ve temiz bir yakıttır ve yanması sonucu kirliliğe yol açacak herhangi bir ürün ortaya çıkmaz. Hidrojenin enerji kaynağı olarak kullanılabilirliğiyle ilgili problem, hidrojen enerjisinin kolay ve ucuz bir şekilde nasıl depolanacağıdır. Hidrojenin taşınması ve depolanması için şimdiye kadar çeşitli yöntemler denenmesine rağmen bunların hiçbiri, depolama miktarı, güvenliği ve ekonomiklik gibi gerekli kriterleri sağlayamamıştır. Bir bor bileşiği olan sodyum borhidrür bu konuda çözüm olarak görülmekte ve üzerinde yoğun olarak çalışılmaktadır. Sodyum borhidrür şeklinde bor ile bileşik oluşturması sağlanan hidrojen kullanılmak üzere sodyum borhidrürün bünyesinden tekrar açığa çıkarılmaktadır.

Sodyum borhidrür, Millennium  Cell firması tarafından geliştirilen “İhtiyaç anında hidrojen” sistemi ile ticari değer kazanmıştır. Bu sistemde, sodyum borhidrür, su ile oda sıcaklığında yüksek basınç olmaksızın reaksiyona girmekte ve bünyesindeki hidrojeni açığa çıkarmaktadır.  Bu reaksiyon, kontrol edilebilir bir ısı salmakta ve zararlı yan ürün ortaya çıkarmamaktadır. Üretilen hidrojen direk olarak veya yakıt pili bünyesine alınarak enerji üretiminde kullanılabilir.

Bu yöntemle hidrojen üretimi diğer kimyasal yöntemlere göre daha güvenli, kolay ve kontrol edilebilir özelliğe sahiptir. Hacimsel ve kütlesel olarak depolanabilecek hidrojen miktarının yüksek olması, sodyum borhidrür çözeltisinin yanıcı-patlayıcı olmaması, bu sistemin diğer avantajlarıdır.“İhtiyaç anında hidrojen” sisteminin birçok avantajı olmasına rağmen, sistemle ilgili bazı problemler mevcuttur. Reaksiyon için gerekli kullanılan katalizör oldukça pahalıdır. Sodyum borhidrürün kendisi de pahalı olup sistemin ekonomik olabilmesi sodyum borhidrür üretim maliyetinin düşmesine bağlıdır. Sodyum borhidrür çeşitli bor bileşiklerinin sodyum veya sodyum hidrür gibi bileşiklerle reaksiyona sokulmasıyla elde edilmektedir. 1 birim sodyum borhidrür üretmek için 4 birim sodyum metaline ihtiyaç duyulması üretimi etkileyen ana faktördür. Şu an için, yakıt pili ile çalışan bir arabada sodyum borhidrür maliyeti benzin maliyetinin oldukça üzerindedir. Otomobil üreticileri “Hydrogen on Demand” sistemine göre çalışan araba üretmeyi başarmışlardır. Henüz ekonomik olmamasına rağmen bu sisteme göre üretilen 120 km hız yapabilen “Chrysler Town&Countrry Natrium” ve “Peugeot-Citroen H₂O” araçları çeşitli fuarlarda sergilenmiştir.

Merit firması tarafından yakıt olarak sodyum borhidrür kullanan “ Doğrudan borhidrürlü yakıt pili”geliştirilmiştir. Bu sistemde, hidrojen üretim ara kademesi olmadan doğrudan sodyum borhidrür yakıt olarak kullanılmaktadır. Doğrudan sodyum borhidrürlü yakıt pili özellikle güç gereksinimi düşük olan taşınabilir sivil (telefon, radyo, küçük televizyon, el süpürgesi, vb) ve askeri (lokal aydınlatma (varta, vb), seyyar telsiz, telefon, elektronik harp cihazları (radyo alıcıları, vb), personel ısıtma, insansız araçlar, sensör vb.) uygulamalarda kullanılabilir.

Borun enerji alanında diğer bir potansiyel kullanım alanı direk element yakıt olarak arabalarda kullanılmasıdır. Bor elementi, yandığı zaman diğer metallerden, petrolden ve hidrojenden daha fazla enerji açığa çıkarır. Fakat borun yanmasının saf oksijen ve yüksek basınç ile mümkün olması teknik ve ekonomik açıdan sorun oluşturmaktadır. Bor esaslı motor sisteminin otomobillerde kullanılabilmesi için daha da geliştirilmesi gerekmektedir. Problem, saf oksijenin düzenli olarak istenen miktarda nasıl sağlanacağıdır. Oksijeni gümüş filtreler ile saflaştırmak mümkün ise de, saf oksijeni otomobilin hızına göre sürekli olarak sağlamak problemdir. Ayrıca, sistem henüz otomobil üzerinde uygulanmamış ve test sürüşü henüz yapılmamıştır. Ayrıca bor metalinin nano boyutlara getirildikten sonra roket yakıtlarında katkı olarak kullanılması konusunda da çalışmalar mevcuttur.

Türkiye dünyanın en büyük bor rezervlerine sahip olmasına rağmen, bor teknolojisinin çok ileri düzeyde olduğu söylenemez. Üniversite ve bazı kamu kurumlarında bor madenciliği, bor cevherinin zenginleştirilmesi, borun çeşitli alanlarda kullanımı, çevreye etkisi vb. gibi çok sayıda çalışma mevcut olmasına rağmen, borun enerji alanında kullanılabilirliğine dair çalışma sayısı yeterli düzeyde değildir. Bor Araştırma Enstitüsü, katma değeri yüksek bor bileşiklerinin üretilmesi ve kritik teknoloji alanlarında kullanılması için AR-GE faaliyetlerini yürütmekte ve koordine etmektedir. Bu bileşiklere sodyum borhidrür üretimi ve yakıt pillerinde kullanımı iyi bir örnektir. Bor Araştırma Enstitüsü’nün desteklediği “Sodyum Borhidrür Sentezi ve Üretimi” ve “Doğrudan Sodyum Borhidrürlü Yakıt Pili Üretimi ve Entegrasyonu” konulu projeler yürütülmüştür.

Sonuç Olarak:Bor ve bor bileşiklerinin, hidrojen depolama ve üretimi, yakıt pili ve araç motor teknolojilerinde kullanılabilirliğinin mümkün olduğu görülmüştür. Bor kaynaklı yakıt piliyle çalışan arabalar üretilip test edilmiştir. Bununla birlikte, borun bu alanlarda kullanım maliyeti ve teknolojisiyle ilgili önemli problemler mevcut olup üzerinde çalışılmaktadır. Dünyanın en büyük rezervlerine sahip olan ülkemizde bu konuda yapılan çalışmaların az olmasına rağmen başlamış olması sevindiricidir.

Prof. Dr. Tuncay USLU

Kaynaklar:

1.Uslu, T. (2007)“Bor Madeninin Enerji Kaynağı Olarak Kullanılması”. Türkiye VI. Enerji SempozyumuBildiriler Kitabı Sayfa: 433-450. 2.Uslu, T. (2009), “Potential Use of Boron for Energy Production and Storage”,Energy Sources,Part A, 31, 610-618. 3.Erarslan, K., Karakoç,F. (2002) “Bor Yakıtlı Enerji Sistemleri 1-2”. 1. Uluslararası Bor Sempozyumu Bildiriler Kitabı. Sayfa:149-154: 155-159. 4. MillenniumCell 2006. Hydrogen Generation from Sodium Borohydride. Available from

http://www.millenniumcell.com/fw/main/How_it_Works-31.html 5.MAM. 2006.Production of Sodium Borohydride and Fuel Cell with Direct Sodium Boron http://www.mam.gov.tr/eng/populer/proboron.htm6.Merit 2006. Research and Development, DBFC. Available from http://www.hydrogen.co.jp/merit/R&D/R&D_Main.html