PROJENİN ADI : BAĞIMSIZ HABİTATIM
PROJE ÖZETİ : BİR ÜLKENİN BAĞIMSIZLIĞI `KENDİ ENERJİSİNİ KARŞILAYABİLME POTANSİYELİ İLE BELİRLENİR!
Halen çoğu ülkede enerji ihtiyaçlarının karşılanması için ağırlıklı olarak kömür, petrol,doğalgaz kullanılmaktadır. Fosil yakıtlar denilen bu kaynaklar yenilenebilir değildir. Bu kaynakların rezervleri azaldıkça maliyetleri de her geçen gün artmaktadır. Gelişen teknolojiye uygun olarak tüketiminde büyük bir hızla artması sonucu bu enerji kaynakları tükenme noktasına gelmiştir. Bunun aksine yenilenebilir enerji kaynakları rüzgâr ve güneş enerjisi gibi sürekli olarak kendilerini yeniledikleri için tükenmezler. Sürekli devam eden doğal süreçlerdeki olan olaylar, hazırda var olan enerji akışından elde edilen enerjidir türleridir. Yenilenebilir enerjilerin çoğu, doğrudan ya da dolaylı olarak enerjilerini güneşten alır. Dünyanın en önemli enerji kaynağı güneştir. Güneş enerjisi hem bol, hem sürekli ve yenilenebilir hem de bedava bir enerji kaynağıdır. Güneş enerjisi çevre açısından temiz bir kaynak özelliği taşıdığından fosil yakıtlara alternatif olmaktadır. Yeryüzüne her sene düsen güneş enerjisi, yeryüzünde şimdiye kadar belirlenmiş olan fosil yakıt haznelerinin yaklaşık 160 katı kadardır. Ayrıca yeryüzünde fosil, nükleer ve hidroelektrik tesislerinin bir yılda üreteceğinden 15.000 kat kadar daha fazladır. Ülkemizin, coğrafi konumu ekvatora yakın olması nedeniyle sahip olduğu güneş enerjisi potansiyeli açısından birçok ülkeye göre şanslı durumdadır.Ben de enerji potansiyeli böylesine yüksek olan Güneş enerjisini kullanarak, yaşadığım ortamı daha konforlu, ekonomik hale getirmenin yollarını projemde kullandım.
Projemin 1.bölümü: Güneş enerjisini elektrik enerjisine çeviren fotovoltaik piller aracılığı ile deniz suyu elektrolize sokularak hidrojen ve oksijen gazlarına ayrıştırılmaktadır. Elde edilen Hidrojen, evimin kaloriferinde yakıt olarak kullanılmaktadır. Hidrojen yakıtının sıvı halinin gaz haline göre daha verimli olduğu araştırmalar sonucunda anlaşılarak sıvı olarak kullanılmasının daha doğru olacağına karar verildi. Dolayısıyla hidrojeni sıvılaştırmak için pistonlu bir basınç tankı kuruldu.Böylece, evin ısınma problemi, kömürlü kat kaloriferinde yakıt olarak hidrojen kullanılması ile çözüldü.
Projemin 2.bölümü: Elektroliz sonucunda ortaya çıkan oksijen gazı, bahçeye kurulmuş olan karbon monoksit tutucu sistem olan katalitik konvertör ile bir araya getirilerek, karbon monoksit ile oksijen gazının tepkimeye girip karbondioksite dönüştürülmesi tasarlandı. Böylece açığa çıkan karbondioksiti seraya püskürtüp bitkilerin gelişmesini hızlandırmayı planladım.
Projemin 3.bölümü: Bahçedeki ağaçların üzerine güneş pili koyarak aküde depolanan elektrik ile ağacın üstündeki ampullerin gece yanmasını sağlayarak ağacın güneş ışığının olmadığı geceleri de fotosentez yapmasını tasarladım. Ağaçların geceleri de fotosentez yapabilmesi daha fazla besin üretmesini sağlayacak; dolayısıyla ağaçlar daha hızlı büyüyebilecekti. Aynı zamanda belediyeler bu ağaçlandırılmış fotovoltaik pil sistemini otoyollarda uygulayarak elektrik direği, kablo ve elektrik lambası masrafından da kurtulmuş olacaktı.
PROJE AMACI: Güvenli, konforlu, ekonomik ve daha çok enerji tasarrufu yapabileceğimiz yenilenebilir enerji kaynaklarını kullanabildiğimiz çevre dostu ev tasarlamak. Bir evin ihtiyaç duyduğu enerjiyi yenilenebilir enerji kaynaklarının yoğun bir şekilde kullanıldığı, açığa çıkan zararlı maddelerin çeşitli olaylarda hammadde olarak kullanılıp doğada bulunması iyi olan maddelere çevrildiği, bazen de aracı sistemlerle doğaya tekrar yararlı bir şekilde katılmasının sağlandığı, doğanın dengesiyle oynamadan kendi içinde dengesi olan bir sistem kurmak.
GİRİŞ : Tüm dünyanın küresel ısınmayla mücadele ettiği, aynı zamanda büyüyen enerji ihtiyacını karşılamak için alternatif arayışların hız kazandığı bir dönemde tarımsal potansiyelleri yüksek ülkelerde biyoyakıtlar; biyodizel, biyogaz ve biyoetanol yeni fırsat açılımları yaratmıştır.
Güneş, rüzgar, hidrolik enerji, jeotermal enerji, hidrojen enerjisi gibi yenilenebilir enerji kaynaklarından olan biyokütle enerjisi büyük bir potansiyele sahiptir.
Bir noktada bir ülkenin bağımsızlığı ?artık kendi enerjisini karşılayabilme potansiyeli? ile belirlenmektedir. Enerji olmadan endüstri, endüstri olmadan refah ve mutlu toplum veya bağımsızlığını koruyabilme yeteneği olmayacağı için enerjisiz bir ülke siyaseti düşünülemez.
Ayrıca krizler ve 1974 yılında meydana gelen ve petrol fiyatlarının aşırı yükselmesi ile sonuçlanan petrol krizi enerjinin önemini ortaya koymaktadır. Petrol fiyatlarındaki artış, petrol bağımlısı ülkelerde ekonomik krizlere, ekonomik krizlerde halk ayaklanmasına, böylecede dış ülkelerin müdahelesine ortam hazırlamıştır.
Petrol, kömür ve hidrolik potansiyele dayanmayan, bilimsel terminolojide Alternatif Enerji Kaynakları olarak isimlendirilen, yeni enerji kaynakları geliştirmişlerdir. Bu kaynakların her ülkede olabilecek olmasına özellikle dikkat edilmiştir.
Endüstrinin veya toplumun enerji talebi düşünülürken, seçilecek enerji türünün çevre ve insana olan etkisi de düşünülmek durumundadır.
Güneş enerjisi, arı bir enerji türüdür. Gaz, duman, toz, karbon veya kükürt gibi zararlı maddeleri yoktur.Ülkemiz, coğrafi konumu nedeniyle sahip olduğu güneş enerjisi potansiyeli açısından birçok ülkeye göre şanslı durumdadır. Güneşten dünyaya saniyede yaklaşık olarak 170 milyon MW enerji gelmektedir. Türkiye’nin yıllık enerji üretiminin 100 milyon MW olduğu düşünülürse bir saniyede dünyaya gelen günes enerjisi, Türkiye’nin enerji üretiminin 1.7 katıdır.
Güneş pilleri (fotovoltaik piller), yüzeylerine gelen güneş ışığının doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren yarı iletken maddelerdir. Güneş pilleri, fotovoltaik ilkeye dayalı olarak çalışırlar, yani üzerlerine ışık düştüğü zaman uçlarının da elektrik gerilimi oluşur. Pilin verdiği elektrik enerjisinin kaynağı yüzeyine gelen elektrik enerjisidir. Güneş enerjisinin pilin yapısına bağlı olarak % 5 ile %20 arasında bir verimle elektrik enerjisini çevirebilir. Güç çıkışının artırmak amacıyla çok sayıda güneş pili birbirine paralel yada seri bağlanarak bir yüzey üzerine monte edilir. Bu yapıya güneş pili modülü yada fotovoltaik modül adı verilir. Güç talebine bağlı olarak modüller birbirlerine seri yada paralel bağlanarak her güçte sistem oluşturulabilir.
Hidrojen kullanım verimi yüksek bir yakıttır. Çevre dostudur. Teknolojik gelişim, çevre etkisini de içeren maliyetinin diğer yakıtlardan düşük olmasını sağlar duruma gelmiştir.
Hidrojenin kullanılmasını gerektiren başlıca iki neden olup, biri fosil yakıtların yanma emisyonu karbon dioksitin artmasından kaynaklanan, global ısınmaya neden olan çevre sorunu, diğeri petrol ve doğal gaz gibi akışkan hidrokarbonların bilinen üretilebilir rezerv ömürlerinin insan ömrü ile kıyaslanabilecek boyuta düşmüş olmasıdır.
Elektroliz, elektrik akımı yardımıyla, bir sıvı içinde çözünmüş kimyasal bileşiklerin ayrıştırılması işlemidir. Elektroliz olayında; elektrolit, elektrot, elektroliz kabı ve doğru akım kaynağı gereklidir.
Elektrolit : Sudaki eriyikleri iletken olan maddelere denir.
Elektrot : Elektrolit içine batırılan metallere denir.
Elektroliz Kabı : Elektroliz olayının gerçekleştiği kaba denir.
Anot : Bir elektroliz kabında üretecin pozitif kutbuna bağlı elektroda denir.
Katot : Elektroliz kabında üretecin negatif kutbuna bağlı elektroda denir.
Elektroliz olayından faydalanılarak su kendini meydana getiren hidrojen ve oksijen gazlarına ayrılabilir.Su iyi bir iletken değildir. İçinde akımı iletecek iyon sayısı azdır. Suyun içine bir miktar çamaşır sodası veya sülfirik asit (H2SO4) damlatılırsa iyi bir iletken haline gelir. Elektrotların birer uçları tüplerin içine, diğer uçları ise bir üretece bağlanıp devreden akım geçtiğinde, tüplerdeki suyun içinden gaz kabarcıkları çıkarak tüplerin üst kısmında gaz toplandığı, tüplerin içindeki suyun seviyesinin düştüğü gözlenir.
Hidrojen (+), oksijen (?) işaretli olduğundan, üretecin (+) kutbuna bağlı elektrodun bulunduğu tüpte oksijen, (?) kutbuna bağlı elektrodun olduğu tüpte ise hidrojen gazı toplanır.
Devreden ne kadar uzun süreli akım geçerse tüplerde toplanan gaz miktarları da o kadar fazla olur. Deney sırasında herhangi bir sürede toplanan hidrojen gazının hacmi, oksijen gazının hacminin iki katı olur.
KULLANILAN YÖNTEM :
Maket tasarımı yapıldı
Malzemeler temin edildi
Model yapıldı
Elektroliz düzeneği hazırlandı
Güneş pili, Hidrojen yakıt pili, dinamo, Hidrojen sıvılaştırma ve depolama tankı, sera, katalitik konvertör, fotovoltaik ampul kullanarak düzenek hazırlandı.
Fotovoltaik pillerle Güneş?in ısı enerjisi elektrik enerjisine çevrildi.
Yakıt olarak kullanacağımız hidrojenin, sudan yenilenebilir enerjilerle üretilmesi ana ilkemizdir. Hidrojeni deniz suyunun elektrolizi ile elde ettik. Bunun için elektrolizin gerçekleştiği fotovoltaik pile bağlı küçük bir kit kullandık.
Biz kendi çalışmamızda, elektrik enerjisi gereksinimini fotovoltaik pilden karşıladık. Elektrolizde kullanmak üzere deniz suyu seçmemizin sebebi içerdiği tuz sebebiyle iletken oluşudur.
Yeterli güneş olduğunda 1. Güneş pili katalitik konvertörü çalıştıracak motorun çalışması için gerekli olan enerjiyi sağlamaktadır.Bu sırada 2.Güneş pili, yakıt pilinin kullanılması için gerekli olan ve kaloriferde yakıt olarak kullanılacak Hidrojenin elektroliz yolu ile depolanmasını sağlamaktadır.Aynı zamanda 1. ve 2. piller de güneş pilleri tarafından şarj edilmektedir.
Yeterli güneş olmadığında motorun hareket edebilmesi için gerekli olan enerji Pil 1 tarafından sağlanmaktadır.Pil 1?in enerjisi azaldığında yakıt pili devreye girip Hidrojen enerjisini kullanarak pil 1 şarj edilmektedir.Yakıt pilinin ihtiyacı olan Hidrojen deniz suyunun elektrolizinden elde edilmektedir. Böylece herhangi bir su deposuna ihtiyaç duyulmayacaktır.Elektroliz yolu ile hidrojen ve oksijen ayrı tanklarda depolanmaktadır.Depodaki hidrojen seviyesi azaldığında Pil 2 elektroliz yolu ile Hidrojen üretimini sağlamaktadır.Böylece yakıt pilinin ihtiyacı olan hidrojen depolanıp, pil 1?in sürekli şarjı sağlanmaktadır.Uzun sürede güneşten yararlanılamadığı durumda Pil 1 ve Pil 2?nin güçlerinin tükenmesi söz konusu olacağından sistemin sürekliliği için gerekli olan enerji dizel motordan sağlanmaktadır.Bu sırada elektrolizden elde edilen oksijenin bir kısmı dizel yakıtın daha iyi yanması için yanma sürecine katılmakta bir kısmı da sera için kullanılmak üzere katalitik konvertöre aktarılmaktadır. Hidrojen tankının kumanda göstergesinden güneşin durumuna göre güç sağlayıcı seçilmektedir.
Ürettiğimiz hidrojenin sıvı hali gaz haline göre yakıt olarak kullanıldığında daha verimli olduğundan hidrojen gazını, basınç uygulayarak kat kaloriferinde kullanılmak üzere sıvılaştırdık. Sıvılaştırdığımız hidrojeni tanklarda biriktirerek yakıt olarak kullanmaya hazırladık.
Elektrolizle elde ettiğimiz oksijen gazını, doğada bir başka zararlı gaz olan karbonmonoksitle bir araya getirdiğimizde ise açığa karbondioksit gazının çıktığını araştırmalarımız sırasında öğrendik. Bununla birlikte gündeme havadaki karbonmonoksit gazının toplanması geldi. Bunun için karbonmonoksit gazını toplayacak ve tutacak bir dizi işleme ihtiyaç duyuluyordu. Araştırmalarımız sonucunda katalitik konvertör sistemiyle karşılaştık. Katalitik konverter, otomobilin egsoz çıkış borusuna bağlanan ve zararlı gaz emisyonunu azaltan bir çelik kutu şeklindeki elemandır. Son derece basit bir yapısı olan cihaz, çok önemli bir görev üstlenmekte ve havaya salınan zararlı gazları büyük ölçüde engellemektedir. Konverter içerisinde alüminyumoksit, platinyum, rodyum gibi çeşitli kimyasallar bulunur. Bu kimyasallar reaksiyona girerek artık gaz içerisindeki karbonmonoksiti, su buharı ve karbondioksite çevirirler.
Bununla birlikte açığa çıkan karbondioksiti, birim başına fotosentez hızını tetikleyecek büyüklükte kurulmuş seraya püskürtmeyi planladık. Böylece seradaki diğer koşullar el verdiğince artan karbondioksit miktarı fotosentez hızını arttıracağından seradaki bitkilerin daha hızlı büyüme kaydettiği gözlemlenir.
Yol kenarındaki ağaçların üstlerine fotovoltaik piller ile birlikte fotovoltaik ampul ve batarya bağlamaya karar verdik. Bu sayede fotovoltaik piller bataryayı şarj edecek, geceleri ise bu batarya, fotovoltail ampullerin yanmasını sağlayacaktı. Böylece bitkiler, geceleri de fotosentez yapabilecek dolayısıyla daha hızlı bir büyüme kaydettikleri gibi açığa daha fazla oksijen gazı çıkarabilecekler. Diğer taraftan da düşünüldüğünde yol kenarlarındaki ağaçlara fotovoltaik pillerle birlikte uygulanan batarya ve fotovoltaik ampul, belediyelerin yol boyunca aydınlatmayı sağlamak üzere kurdukları elektrik direklerini gereksiz hale getirecektir. Dolayısıyla bu anlamda da tasarruf edileceği düşünülmüştür.
PROJE BÜTÇESİ:
Elektroliz kiti : 109 TL
Limon selvi ağacı fidesi : 7 TL
Fotovoltaik pil : 65 TL
Tahta : 5 TL
Maket kartonları : 10 TL
LED ampul : 10 TL
TOPLAM : 206 TL
PROJE ÇALIŞMASININ TAKVİMİ:
Eylül: Konu belirleme, literatür tarama
Ekim: Anket geliştirme ve uygulama
Kasım: Sistemi planlama, çizim yapma
Aralık: Maket yapma
Ocak: Rapor yazma
SONUÇLAR, SONUÇLARIN DEĞERLENDİRİLMESİ:
Geleceğimizin yenilenebilir enerji olduğu su götürmez bir gerçektir. Son zamanlarda, hem jeopolitik hem de çevre kirliliği ile ilgili endişeler, başta Çin olmak üzere kalkınmakta olan ülkelerde yaşanan hızlı talep artışı, ve Suudi Arabistan dahil petrol zengini ülkelerin rezervleri ve üretim kapasiteleri hakkında artan şüpheler, yenilenebilir enerji kaynak ve teknolojilerine verilen önemi arttırdı. Ama, bu kaynak ve teknolojilerin yüksek maliyetleri ve sistem entegrasyonları ile yaşanan teknik sorunlar, büyük sistem desteklerini gerekli kılıyor. İnsanoğlunun günlük yaşamı için vazgeçilmez temel ihtiyaç kaynaklarından biri haline gelen enerji, temin edilirken veya bir başka değişle enerji kaynaklarından yararlanılırken, gelecek nesillerin de yaşanılabilir ortamlarının bozulmamasına yönelik gerekli çaba gösterilmeli, önlemler alınmalıdır. Geçmişte bahsedilen ortamların sağlanmasına yönelik gerekli çabanın gösterilmemesi veya konunun öneminin geç fark edilmesi ve fosil kaynakların kullanımı nedeniyle,dünyadaki sıcaklık son bin yılın en yüksek seviyesine ulaşmıştır. Bunun yanı sıra iklim değişikliği sonucunda kuraklık, sel, fırtına gibi doğal afetler meydana gelmiş/gelmekte, can ve milyarlarca dolarlık mal kayıplarına sebep olmanın yanısıra insan sağlığını da olumsuz yönde etkilemiştir/etkilemektedir. Dolayısıyla bir evin ihtiyaç duyduğu enerjiyi yenilenebilir enerji kaynaklarının yoğun bir şekilde kullanıldığı, açığa çıkan zararlı maddelerin çeşitli olaylarda hammadde olarak kullanılıp doğada bulunması iyi olan maddelere çevrildiği, bazen de aracı sistemlerle doğaya tekrar yararlı bir şekilde katılmasının sağlandığı, doğanın dengesiyle oynamadan kendi içinde dengesi olan bir sistem kurmak günümüz koşullarında oldukça önemlidir.
İLGİLİ LİTERATÜR ( KAYNAK ) TARAMASI :
Fessenden, R.J.(1992), Organik Kimya ders kitabı, Güneş Kitapevi.,
Kıncay, O.(2009), Fotovoltaik Piller. Yıldız Teknik Üniversitesi, İstanbul.
Aydemir, M., Fotovoltaik Sistemlerin Temelleri, Viessman Isı Teknikleri A.Ş
Kesercioğlu, T. (2009), Canlılar Bilimi. Ankara.
http://www.bilgiustam.com/katalitik-konverter-nedir-nasil-calisir/
http://www.bilgiustam.com/katalitik-konverter-nedir-nasil-calisir/
http://www.ebilge.com/4046/Elektroliz_nedir.html
http://www.bilimveteknoloji.org/component/content/article/136
DESTEK ALINAN KİŞİ VE KURUMLAR: Anketlerin uygulanması sırasında başta Biyolog Dilek Erci olmak üzere, okulumuzdaki öğretmen, öğrenci ve velilerden, bununla birlikte enerji dönüşümleri için Makine Mühendisleri Volkan Avcıoğlu ve Bahar Koray?dan destek alınmıştır.
