5. ÜNİVERSİTELERARASI BİTİRME PROJELERİ SERGİSİ VE YARIŞMASI (19 Haziran 2015)

Bir tarım ülkesi olan ülkemizin gelişen teknoloji ile beraber uluslararası arenada rekabet edebilmesi için tarımda yenilikçi yöntemlere başvurması gerekmektedir. Bu da geleneksel tarım yöntemlerinin otomasyonuyla mümkün olmaktadır. Bu bağlamda maliyeti ve insan gücünü azaltarak üretim verimliliğini arttıran uzaktan kontrollü tarım araçları kullanma fikri zamanla önem kazanmıştır. Aynı zamanda bu tip tarım araçları için enerji üretiminde fosil kaynak kullanımının devam edebilme olanağının kalmadığı günden güne anlaşılmaktadır. Bu enerji kaynaklarının yerine içinde bulunduğumuz çevrenin kendi doğal ürünü olan yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanılmasının arttırılması her geçen gün daha çok önem arz etmektedir.

Gelişen teknoloji ile beraber tüm alanlarda olduğu gibi tarımda da teknolojiye ihtiyaç giderek artmıştır. Bunun sonucunda artan tarım teknolojilerine rağmen, ülkemizde elektronik tabanlı sistemler kullanan uzaktan kontrollü tarım aracı örneklerine pek rastlanmamaktadır. Bu proje kapsamında tasarlanan ve ortaya çıkarılan prototipin ülkemiz adına  yerli  bir uzaktan kontrollü tarım aracı ihtiyacına yanıt vermesi/ön ayak olması hedeflenmiştir. Bu araçla birlikte teknolojiyi yenilikçi bir düşünce sistemiyle kullanarak, üretim verimliliğini arttırmayı, insan gücüne olan ihtiyacı azaltmayı ve tarım faaliyetlerinin insan sağlığı üzerindeki olumsuz etkilerini minimuma indirmeyi hedefledik. Ayrıca yenilenebilir enerji kaynaklarından biri olan biyodizeli de kullanarak sera gazı emisyonlarının azaltılmasına ve atıkların değerlendirilmesine katkıda bulunmayı planladık. Böylece ülke ekonomisine katkı sağlarken aynı zamanda sürdürülebilir ve çevre dostu bir tarım gerçekleştirme olanağı da sunmuş olacağız. Sonuç olarak bu proje kapsamında patates ekim işlemini zorlu tarım arazisi ve iklim koşullarında güvenli bir şekilde gerçekleştirebilecek biyodizel destekli ve uzaktan kontrollü bir tarım aracı tasarlanıp geliştirildikten sonra prototipi imal edildi.

ÖZET

Günümüzde yakıt pili teknolojisini taşınabilir elektronik cihazlara uygulanabilmesi ancak performanslarının arttırılabilmesiyle mümkündür. Doğrudan metanollü yakıt pillerinin performansının arttırılabilmesi sistem performansına etki eden parametrelerin deneysel olarak incelenmesiyle mümkün olacaktır; bu amaçla yapacağımız çalışmalarda geleneksel  membran çeşitlerinin yerine üniversitemiz bünyesinde üretilmiş çevreci membranların kullanılması, metanol konsantrasyonu, hücrenin çalışma sıcaklığı gibi performans üzerine doğrudan etki eden bu parametrelerin, tek hücreli doğrudan metanollü yakıt pilleri performansı üzerindeki optimum değerlerin tespit edilmesidir. Yakıt pilinin performansının arttırılabilmesi yakıt pilini oluşturan temel yapıların malzemelerinin ve üretim metotlarının değiştirilmesiyle mümkündür. Bu bağlamda yapılmış pek çok çalışma vardır.

Bu bilgiler ışığında, hâlihazırda kullanmakta olduğumuz Nafion® 117 membranın yerine üniversitemizin kimya bölümü öğrencileri tarafından yeni geliştirilen kitosan membranın performans üzerine etkisini deneysel olarak inceleyeceğiz. Yakıt pilinin optimum çalışma koşullarını ve maksimum verimi elde edebileceğimiz anot ve katot  katalist yükleme miktarlarını, metanol derişimini ve hücre sıcaklığını deneysel olarak tespit edip sonuçları literatüre kazandıracağız.

Dokuz Eylül Üniversitesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Enerji ve Termodinamik Laboratuvarlarıları ve Kimya Bölümü ,Fizikokimya laboratuvarlarının imkanlarını kullanarak gerçekleştirdiğimiz bu proje, doğrudan metanollü yakıt pilinin ticarileşmesi ve günlük yaşamda kullanılabilir bir enerji kaynağı haline dönüştürülmesi bakımından büyük önem taşımaktadır. Proje kapsamında yakıt pilinin en önemli ve ekonomik değeri yüksek bileşeni olan geleneksel membranlar yerine kullanılabilecek kitosan membran  laboratuvarlarımızda dünya standartlarındaki performans değerlerine eşdeğer olacak şekilde üretimi gerçekleştirilmiştir. Üretimi gerçekleştirilen kitosan  membranın, doğrudan metanollü yakıt pilinin içerisinde başarılı bir şekilde kullanılması sağlandı. Bu kapsamda, geleneksel yöntemlerden farklı olarak ilk defa kitosan bir membran Doğrudan metanollü yakıt pili içerisinde kullanılarak eşdeğer performans değerlerine ulaşıldı. Sonuç olarak geleneksel membranlar kullanılarak maliyeti yüksek olan membran yerine, üretim maliyeti çok daha düşük olan kitosan membran tamamen laboratuvarlarımız bünyesinde üretilmiş oldu. Şüphesiz ki, gerçekleştirilen teorik ve deneysel çalışmalar sonucunda elde edilen gelişmeler doğrudan metanollü yakıt pillerinin ticarileşmesi ve günlük yaşamda kullanılabilir çevre dostu bir enerji kaynağına dönüşmesinin önündeki ekonomik engellerin büyük ölçüde kaldırılmasında etkili olacaktır. Projemiz kapsamında üretimi yapılan kitosan membranların doğrudan metanollü yakıt pilleri içerisinde temel bileşen olarak kullanılması durumda üretim maliyetleri yaklaşık %45 oranında azalacaktır. Ekonomik anlamda meydana getirebilecek %45‘lik iyileşme, üretilen yakıt pillerinin birim maliyetini düşürerek ticarileşmesi ve bu gelişmeyle ülkemize kazandırabileceği katkı tartışılamaz büyüklükte olacaktır. Projemiz kapsamında geliştirilen kitosan membran sadece ekonomik anlamda ülkemize ve dünyaya katkı sağlamak ile kalmayıp çevresel etkileri de en aza indirmeyi amaçlamaktadır. Doğrudan metanollü yakıt pilleri kullanılarak üretilen elektrik enerjisinin çevreye zararları minimum düzeydedir. Bu nedenle bu proje ile birlikte, çok daha çevreci, ekonomik ve yüksek verimliliğe sahip daha da önemlisi  tamamen yerli yakıt pillerinin üretimi mümkün hale gelebilecektir.

Rüzgar enerjisi, yenilenebilir bir enerji kaynağıdır. Günlük hayatta kullanılan birçok mekanik veya elektronik cihazlar, elektrik motoruna sahiptir. Bu tür cihazlar, kullanılamaz hale geldiğinde, içerdikleri elektrik motorları, rüzgar enerjisi ile elektrik enerjisi dönüşümü için değerlendirilebilir. Elektrik motorları, hurdalıklardan veya eski cihazlardan temin edilip, oluşturulan rüzgar türbinleri ile çeşitli ev aletleri elektrik enerjisi ihtiyaçları karşılanabilir. Böylelikle konutlarda enerji verimliliği artırılabilir. Dünyadaki nüfusun artması sebebiyle, kişi başına düşen enerji tüketim ihtiyacı artmaktadır. Enerji üretimlerinin artması ile birçok çevresel problem oluşmaktadır. Petrol, kömür, doğalgaz gibi fosil yakıtların kullanılması ile elde edilen elektrik üretimi çevreyi olumsuz etkilemektedir. Rüzgar enerjisi kullanıldığı zaman azot dioksit, sülfür dioksitgibi zararlı maddeler oluşmamaktadır. Fosil yakıtların kullanımı ile sera gazı emisyonları artar, bu nedenle enerji teknolojilerinde iyileştirmeler gerektirmektedir.

21. yüzyılda, dünyanın dört bir tarafından insanlar modern yaşam ve doğa ile uyum içinde olmak arasında bir ilişki kurmak için insan uygarlığının başlıca odak noktalarından olan alternatif enerji kaynakları, çevre ve bilgi teknolojisiyle ilgili çalışmalar yapmıştır.

Günümüzde yenilenebilir ve çevre dostu alternatif enerji kaynaklarının verimli bir şekilde kullanılması dünyanın karşılaştığı en büyük zorluklardan biridir ve hala geniş araştırma ve geliştirme potansiyeline sahiptir. Yakıt pillerinin kullanılması, bu zorluğun potansiyel bir cevabı olarak görünmektedir. Yakıt pilleri kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine çeviren elektrokimyasal cihazlardır. DMFC taşınabilir uygulamaları için uygun özelliklere sahiptir ve bu uygulamalar için yakıt pillerinin birincil araştırma konusudur.

Her geçen gün artan çevre kirliliği kaygıları ve fosil yakıtların yakın zamanda tükenme ihtimalinin yüksek olmasından dolayı alternatif enerji kaynaklarına yönelim artmaktadır. Yakıt pilleri ise yüksek verimleri, farklı kullanım alanlarının beklentilerine farklı özelliklerdeki modelleri ile karşılık verebilmesinden ve Dünya`da en çok bulunan yakıt olan hidrojeni, çevreye atık oluşturmadan kullanabilmesinden dolayı yaygınlaşmaktadır. Ancak yakıt pillerinin çeşitli sistemlerde verimli bir şekilde kullanılabilmesi için çok sayıda yakıt pilinin yığın haline getirilmesi ve çalışma koşullarındaki birçok parametrenin optimum düzeyde ayarlanabilmesi gerekmektedir. Bu çalışmada, doğrudan metanol yakıt pili yığını tasarlanıp ve bir protatip oluşturulup yapısal olarak optimum verimli yakıt pilinin tasarlanması üzerinde çalışılmıştır. Üretimi yapılan DMFC yakıt pili yığınının yapılan testleri sonucunda 4.7 W`lık elektriksel güç üretilmiştir.

Bu çalışmada, ergonomik risk faktörlerini dikkate alan montaj hattı dengeleme problemi için bulanık hedef programlama modeli geliştirilmiştir. İki bulanık hedef tanımlanmıştır. İlk bulanık hedef çevrim zamanını dikkate almaktadır. İkinci bulanık hedef ise iş istasyonlarındaki ergonomik risk faktörleri ile ilgilidir. Ergonomik risk faktörleri göz, el-kol, gövde ve ayak hareketleri dikkate alınarak dört ayrı grupta incelenmiştir. Montaj hatlarında işler gün boyu sürekli tekrar edildiği için çalışanların kas ve iskelet sistemlerinde bozukluklar meydana gelebilmektedir. Çalışanlarda ortaya çıkan bu sorunlar motivasyon düşüklüğüne yol açmakta, ürün kalitesini düşürmekte ve üretim kayıplarına neden olmaktadır. Bu olumsuzlukların önüne geçebilmek için, tanımlanan ikinci bulanık hedef ile iş istasyonlarındaki ergonomik risklerin istenilen seviyelere getirilmesi amaçlanmaktadır. Önerilen bulanık hedef programlama yaklaşımının çamaşır makinesi üreten bir montaj hattında uygulaması yapılarak, istasyonlara atanan işlerin süreleri ve ergonomik riskleri arasındaki sapmalar azaltılarak, hem çevrim zamanı düşürülmeye hem de işçiler üzerindeki fiziksel iş yükü eşit dağıtılmayı çalışılmıştır.