Karbondioksiti Yakıta Dönüştüren Ucuz Katalizör

Yeryüzü yararına bol miktarda malzeme, güneş enerjisi kullanılarak nano-mühendislik yöntemiyle üretilebilir.

Güneş, dünya üzerinde yaşayan her organizmaya enerji sağlar ve insanlığın yenilenebilir enerji ihtiyaçlarını karşılayabilir. Ancak bu enerjinin taşınmasında ve depolanmasında bazı güçlüklerle karşı karşıya kalınıyor. İsviçre’ deki bazı araştırmacılar, güneş enerjisinden elektrik üreten aynı zamanda çevresel kirletici olarak açığa çıkan karbon dioksiti karbon monokiste indirgeyen, çeşitli malzemeleri bir araya getirerek bir katalizör geliştirmişlerdir.

Antropojenik karbon döngüsünü kapatabilmenin bir yolu, fosil yakıtlı elektrik santralleri tarafından üretilen karbon dioksit miktarını sıvı yakıtlara veya bunları yapmak için gereken maddelere indirgemek için yenilenebilir elektriği kullanmaktır. Karbon monoksit, hidrojen ile birleşince, Fischer-Tropsch işlemi yoluyla sıvı hidrokarbonlar üretebilir.

Ne yazık ki şu anda karbon monoksit, karbonun -endüstriyel olarak- kısmi yanması ile üretildiğinden atmosferde karbon dioksiti azaltacağı yerde atmosfere daha fazla karbon eklenmesine neden oluyor. Hollanda Wilson Delft Teknoloji Üniversitesi’ nden Smith, ‘Gelecekte, sistemde daha fazla yenilenebilir elektriğin olacağını biliyoruz.’ şeklinde açıklama yapmıştır. ‘Bunu su ve karbon dioksit gibi bol miktardaki kimyasalları, değerli kimyasal maddelere dönüştürmek için kullanıyorsak bu sistem gelecekteki ekonomimizin temel taşlarından biri olacaktır.’ demiştir.

Bakır oksit, karbondioksitin elektrokimyasal olarak indirgenmesinde orta derecede etkilidir ve karbon monoksit, hidrojen, formik asit ve yaklaşık 15 tane küçük/yan ürün üretir. Bununla birlikte, İsviçre Federal Teknoloji Enstitüsü’nden (LUSAN) Jingshan Luo, ‘Pek çok ürünü ayırmak çok zor.’ diyor. ‘Daha seçici katalizörler genellikle gümüş, altın veya paladyum gibi kıymetli metallerden yapılmaktadır.’.

Nano-Geliştirme

Yeni yapılan araştırmada Luo ve meslektaşları atomik katman birikimini kullanmışlardır. Bu katmanda tek, süreli atomik katmanların birikimine izin veren modifiye edilmiş kimyasal buhar birikimi formülü kullanılmıştır ve çok ince bir kalay oksit katmanı, bakır oksit nanotellerini örtmek için kullanılmıştır. Bu, nanotellerin, karbondioksitin karbon monoksite indirgenmesini katalize etmesine yardımcı olurken, daha başka reaksiyonların oluşmasını engeller. Karbondioksit indirgeyici bir katalizör olarak kaplanmamış bakır oksit nanotelleri kullanıldığında, karbon monoksit için seçicilik % 36’ya yükselmiştir. . Bununla birlikte, kalay oksit kaplı nanotellerin seçiciliği % 97′ ye kadar yükseldiği görülmüştür, değişken potansiyeller arasında yüksek kalmıştır – değişken ışık seviyeleri değişken güneş enerjisi voltajlarına yol açacağı için endüstriyel bir solar-yakıt tesisatı için önemli rol oynamaktadır.

Materyal sadece katottaki karbondioksit azalmasını değil aynı zamanda anotta oksijen gelişimini de katalize edebilir. Bununla birlikte, karbondioksit düşüşünü nötre yakın pH’ da en iyi şekilde katalize eder, ancak oksijen evrimini katalize etmek için alkalin koşullara ihtiyaç duymaktadır. Araştırmacılar, pH 6,75′ te katot bölmesi ve anot bölmesini ise pH 13 olmak üzere iki ayrı hücre oluşturmuşlardır. İki bölme tamamen

ayrıysa, proton tüketimi katot bölmesinin pH’ ını artıracak, buna karşın hidroksit tüketimi anot bölmesinin pH’ ını düşürecektir. Araştırmacılar bu nedenle, iki bölme arasında bir katyon değişim membranı ve bir anyon değişim membranı içeren iki kutuplu bir zar yerleştirdi – bu yakın zamanda Smith’in Delft Üniversitesi grubunun ve diğerlerinin öncülük ettiği bir tekniktir.

Luo ‘Bu membranın potansiyeli nedeniyle, su molekülleri membran içerisinde protonlar ve hidroksit iyonları arasında ayrışır.’ Şeklinde açıklama yapmıştır. Açıklamalarına ‘Protonlar katyon değişim membranından katot bölmesine geçer ve hidroksit iyonları anyon değişim membranından anot bölmesine geçer. Böylece bölmelerin genel pH farkı muhafaza edilebilir.’ şeklinde devam etmiştir. Araştırmacılar hücrenin kendi tasarımlarının üçlü fünyeli bir fotovoltaik hücresine bağlanarak karbondioksit indirgeme işleminin güneş yoğunluğu ışığıyla sağlanmasına izin vermişlerdir. Artık, katalizörün verimliliğini arttırmak ve daha ucuz çift perovskite hücrelerin tepki vermesine izin vermek için aşırı potansiyelini (deneysel olarak termodinamik olarak gerekli olan voltajı azaltmak için) azaltmaya çalışıyorlar.

‘Güzel bir kağıt.’ diyor Smith. ‘Güneş enerjili iki kutuplu ilk membran değil; iki kutuplu membran karbondioksit indirgemesinde de ilk değil – fakat bu sistemlere bakmamız iyi oldu.’ diyor. Şu anda sanayideki oksijen evrim tepkimesinde kullanılan nikel-demir katalizörlerinin etkili bir şekilde iyileştirildiğini söylüyor. ‘Odak noktası karbondioksit azaltımı üzerinde olmalıdır.’ diyor. Gerçekten güzel bir seçiciliğe sahipler: bu seçiciliği birkaç yüz saat boyunca tutmaları gerekiyor [kağıtta, araştırmacılar cihazı beş saat test ediyor] ve aşırı potansiyelini düşürüyorlar.’.

Kaynak : chemistryworld.com