Bitki Atıklarından Yakıt ve Kimyasal Üretilebilecek
Bir çok bitkinin içerdiği ve tükenmez ham madde olarak tanımlanabilecek olan ligninden, endüstriyel olarak yakıtlar ve diğer önemli maddeler teorik olarak sentezlenebiliyor. Şu ana kadar bu işlem yeterince etkili gerçekleştirilemiyordu. Paul Scherrer Enstitüsü (PSI) ve ETH Zürih’ten araştırmacılar bu dönüşüm için kullanılan katalitik reaksiyonlarda daha önce görülmemiş bir ara ürünün tanımlanması için yeni bir yöntem buldu. Bu yöntem gelecekte daha gelişmiş üretim metotları sağlayabilir. Çalışma Nature Communications dergisinin son sayısında yayımlandı. Eğer yakıt sadece bitki atıklarından üretiliyorsa ne kadar pratik ve çevre dostu olabilir? Ya da plastik sektöründe aciliyetle ihtiyaç duyulan fenoller? Toplumumuz için gerekli olan ham maddeleri, kolay bir şekilde, bolca bulunan ve kullanmadan çürümeye bıraktığımız doğal ürünlerden zamanla elde edebilsek nasıl olurdu?
Örnek verecek olursak, lignin bütün odunsu bitkilerde bulunuyor ve yılda yaklaşık 20 milyar ton üretiliyor. Aynı zamanda kitin ve selülozdan sonra doğada en çok bulunan üçüncü organik molekül. Ağırlıklı olarak karbon, hidrojen ve oksijenden oluşuyor ve oldukça kompleks bir molekül ayrıca yakıt ve fenol üretimi için gerekli daha küçük bileşiklere de sahip.
Mekanizmanın Anlaşılmasına Yönelik Önemli Bir Adım
Teorik olarak bu bileşikler kraking ile ligninden elde edilebilir. Fakat kimyasal olarak bu oldukça karmaşık ve maliyetlidir. Ancak sofistike yöntemlerle bu değişebilir. İsviçre’deki PSI ve ETH Zürih’ten araştırmacılar, elde edilmek istenen kimyasalların üretimi için öncülük edebilecek mekanizmayı anlamak adına önemli bir adım attılar. Bu metotta, büyük bir lignin molekülü, (araştırmacılar model olarak ligninin yapı taşını yani lignin molekülünün bir kısmını kullandı) yaklaşık 400 derecede ve oksijensiz ortamda daha küçük parçalara bölündü. Bunu yapmak için gözenekli bir yapıya sahip olan ve reaksiyonun gerçekleşmesi için geniş bir yüzey alanı olan zeolit malzemesini kullandılar. (Katalizörler tepkimeyi hızlandırır ve tüketilmeden tepkimeden çıkarlar.)
İlk olarak ara ürünler bir saniyeden daha kısa bir süreliğine ortaya çıktı. Bu gaz reaktifler hemen fenol ve diğer kararlı ürünleri oluşturmak üzere su ve oksijenle tepkimeye girdi. PSI’ın İsviçre Işık Kaynağı (SLS)’ndaki bilim insanlarından Patrick Hemberger oluşan ara ürünün geleneksel yöntemlerle tespit edilemeyeceğini belirtti. “Her şeyden önce bunları birbirinden ayırmak çok zordur çünkü molekülleri genellikle aynı atomdan oluşur, sadece düzenlenmeleri farklıdır. Fakat bu ara ürünleri ve konsantrasyonlarını belirleyebilirsek, prosesi değiştirebilir ve belirli ara ürünleri istediğimiz şekilde oluşturabiliriz. Sonuç olarak, istediğimiz ürünün verimi yükselir.”
Sinkrotron Işığı Görünmeyeni Görünür Kılıyor
Moleküllerin kütlesi aynı olduğundan, onları ağırlıklarına göre sıralayacak bir kütle spektrometre ile ayırt edilemiyor. Hemberger, vakum ultraviyole senkrotron radyasyon ve SLS’de bulunan kütle spektrometre ile fotoelektron spektroskopisinin bir kombinasyonu sayesinde ayırt etmeyi başarabildiklerini söylüyor. Bunun anlamı: SLS’nin oluşturduğu ışık huzmeleri molekülün dışındaki elektronlara çarpıyor ve ardından özel metotlar sayesinde gözlemleme gerçekleşiyor. Bu elektronların gözlemleme özellikleri parmak izi gibidir ve maddeye özgüdür.
Şu ana kadar, bu gibi katalitik prosesler kimyagerlerin deyimi ile uydur ve bak yaklaşımı ile devam etti. Buna deneme yanılma da denilebilir. Sıcaklıkları, katalizörleri ve konsantrasyonları değiştirerek hangi deneysel yöntemin en yüksek verimle ürün vereceğine bakıldı. ETH Zürih’ten heterojen katalizör profesörü ve aynı zamanda PSI’daki Kataliz ve Sürdürülebilir Kimya Laboratuvarı başkanı ve projenin ortak yazarı olan Jeroen van Bokhoven, Patrick Hemberger tarafından geliştirilen bu yaklaşım ile ilk kez kompleks reaksiyon mekanizmalarının çözülebileceğini belirtiyor. İkinci ortak yazar olan Victoria Custodis bu yaklaşım ile yeni, daha iyi ve daha çevre dostu üretim süreçlerinin geliştirilebileceğini ekliyor. Ayrıca, yaklaşımın daha bir çok katalitik sürece aktarılması bekleniyor.
Kaynak: phys.org
