Mikrobiyal yakıt hücrelerinde membran ve işletme şartlarındaki değişimin güç üretimine etkisi
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Çevre Mühendisliği A.B.D., Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2013
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: ELİF ÖZCAN
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): SELİM LATİF SANİN
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Mikrobiyal Yakıt Hücrelerinde (MYH) anot ve katot bölmelerini ayırmak ve protonların anottan katoda geçmesini sağlamak için sıklıkla kullanılan proton ve katyon değişim membranlarının (KDM), MYH'lerde bazı işletimsel problemlere neden olduğu önceki çalışmalarda gösterilmiştir. Tez çalışmasında, alternatif iyon değişim membranları ile katyon değişim membranı kullanılmamasının bir MYH'nin performansına etkisi araştırılmıştır. Bu amaçla üç farklı iyon değişim membranı kullanılmıştır, bunlar: i) CMI-7000S, ii) Selemion CMF ve iii) Selemion HSF'dir. KDM'siz MYH için bölmeler arasında ayırıcı olarak basit karbon kağıdı kullanılmıştır. Dört farklı ayırıcı kullanılarak çalıştırılan iki bölmeli H tip MYH'ler, sistemde oluşan iç dirençler ve elde edilen maksimum güç yoğunlukları açısından sıralandığında en düşük iç direnç ve en yüksek maksimum güç yoğunluğu HSF-MYH'de (234 mW/m2 - iç direnç 631 ohm), elde edilmiş olup, bunu KDM'siz (karbon kağıdı) MYH (192 mW/m2 - iç direnç 766 ohm), CMF-MYH (116 mW/m2 - iç direnç 1177 ohm) ve CMI-MYH (74 mW/m2 - iç direnç 1558 ohm) izlemiştir. Bu dört farklı ayırıcı, katot bölmesinin pH'sındaki artışı önleyebilme kabiliyetine göre yüksekten düşüğe sıralandığında ise sıralama CMF, HSF, KDM'siz MYH (karbon kağıdı) ve CMI membran şeklinde olmuştur. Elde edilen sonuçlar, MYH sistemlerinde çeşitli membranların ve ayırıcıların kullanımının mümkün olduğunu ve maliyet ve performans dikkate alındığında HSF membranın en iyi seçenek olduğunu ortaya koymuştur. Ayrıca, katot bölmesinde farklı pH'ya sahip katot çözeltileri kullanıldığında, MYH'nin anot ve katot bölmeleri arasındaki pH farklılığı arttıkça protonların membrandan transfer direncinin azaldığı ve membrandan transfer edilen protonların akış hızının arttığı görülmüştür. Buna bağlı olarak asidik pH'da sistemdeki iç direnç azalarak güç üretiminde nötr pH'ya göre CMI membranda % 25 ve CMF membranda % 30 oranında iyileşme sağlanmıştır. Diğer taraftan, elektron verici olarak sodyum asetatın kullanıldığı bir H-MYH'deki abiyotik bir katotta nitratın elektron alıcısı olarak kullanılması ve farklı nitrat konsantrasyonlarının MYH'nin güç üretimine olan etkisinin de araştırıldığı bu çalışmada, nitratın havalandırmaya gerek duyulmadan güç üretmek için bir oksidant olarak başarıyla kullanılabileceği ortaya konulmuştur. Katot çözeltisindeki nitrat konsantrasyonunun, nitratın giderim oranını, güç ve akım üretimini ve buna bağlı coulomb verimini önemli ölçüde etkilediği görülmüştür. Katot bölmesindeki başlangıç nitrat azot konsantrasyonunun, 310 mg/L'den 12 mg/L'ye düşürülmesi ile nitrat giderim oranında en fazla % 96 oranında bir azalma ve buna bağlı olarak akım üretiminde % 59 ve coulomb veriminde % 50 oranında azalma olmuştur. Anahtar Kelimeler: Mikrobiyal Yakıt Hücresi (MYH), CMI 7000S, Selemion HSF-CMF membran, karbon, nitrat giderimi, asetat, güç üretimi, pH