Alüminyum Klorür (ALCL?) Bazlı Klor-Alkali Elektrolizi ile Hidrojen Üretiminin Ekserji Temelli İncelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, klor-alkali proseslerinde geleneksel olarak tercih edilen sodyum klorür çözeltilerine alternatif oluşturabilecek nitelikte, alüminyum klorür (AlCl?) esaslı bir elektroliz sistemi tasarlanmış ve sistemin farklı sıcaklık ve voltaj düzeylerinde sergilediği ekserji performansı deneysel olarak değerlendirilmiştir. Deneysel düzenek, sabit elektrolit debisi (0,3 g/s) koşulunda, 20 °C ve 45 °C sıcaklıklar ile 5,0 V, 7,5 V ve 10,0 V hücre gerilimleri altında test edilmiştir. Çalışmada kullanılan laboratuvar tipi hücrede anot ve katot bölmeleri, Al³? iyonlarının seçici geçişine imkân tanıyan Nafion 212 membranıyla birbirinden ayrılmıştır. Her iki bölmede beşer adet grafit elektrot kullanılmıştır. Elektrolit akış hızının hidrojen ve klor üretimi üzerindeki etkisi deneysel olarak önemsiz bulunmuş ve bu nedenle sabit tutulmuştur. Deney süresince anot bölgesinde meydana gelen klor gazı üretimi, elektrot yüzeylerinde kimyasal aşınmaya neden olmuş; bu durum, klor gazı veriminin hidrojen gazına kıyasla daha düşük olmasına neden olmuştur. Elde edilen deneysel bulgulara göre, hidrojen üretim hızı 20 °C sıcaklık ve 5,0 V gerilim altında en düşük seviyede olup 0,94 mL/dk olarak kaydedilmiş, buna karşılık 45 °C ve 10,0 V koşullarında 3,577 mL/dk ile en yüksek üretim hızına ulaşılmıştır. Ekserji verimliliği, düşük sıcaklık ve gerilim koşullarında % 1,544 seviyesinde kalırken, en yüksek verim % 4,98 ile yüksek sıcaklık ve voltaj kombinasyonunda gözlemlenmiştir. Bu kapsamda, AlCl? çözeltisiyle çalışan elektroliz sisteminin literatürde ilk kez termodinamik verimlilik (ekserji) açısından deneysel olarak incelendiği vurgulanmakta olup, bu tür sistemlerin klor-alkali teknolojileri içerisinde alternatif ve yenilikçi bir yaklaşım sunduğu değerlendirilmiştir. Ayrıca, reaksiyon sonucunda hidrojenin yanı sıra, ekonomik değeri yüksek olan Al(OH)? bileşiğinin oluşması, sürecin çevresel sürdürülebilirliğini ve ekonomik cazibesini artıran önemli bir unsur olarak öne çıkmaktadır.