Ucuz Katalizörler Güneş Işığını ve Karbondioksiti Yakıta Dönüştürüyor
Bilim insanları uzun zaman boyunca güneş ışığındaki enerjiyi kullanarak fotosentezi taklit etmenin hayalini kurdular. Şimdi, yeni bir kimyasal katalizör kanıtlanmış verimliliğiyle bu görevi üstlendi. Bu katalizör karbondioksiti enerji zengini karbonmonoksit (CO) ve oksijene bölmek için güneş hücresinin (güneş pili) ürettiği elektriği kullanıyor. Bu dönüşüm, benzin gibi fosil yakıtlarla yarışabilecek kadar etkili değil, fakat bir gün küresel ısınmanın baş suçluları olan karbondioksitten, sudan ve güneşten sınırsız miktarda sıvı yakıt elde edilmesine önayak olabilir.
Kolorado, Golden’daki Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvar’ından, yenilenebilir yakıt uzmanı John Turner, bu yeni çalışmanın iyi bir sonuç verdiğini söylüyor.
Dönüşüm, karbondioksit, karbonmonoksit ve oksijene bölündüğü zaman başlıyor ve hidrojen ile kombine edildiğinde farklı çeşitlilikte hidrokarbon yakıtları elde ediliyor. Örneğin dört hidrojen atomu eklendiği zaman metanol oluşuyor, ki bu da arabalara güç veren sıvı bir yakıt olarak biliniyor. Son 20 yılda araştırmacılar ilk adımı mümkün kılıp, elektrik akımı varlığında suyun üzerinden kabarmış halde bulunduğunda karbondioksiti ayırabilen katalizörler geliştirdiler. Bu katalizörlerden bir tanesi ucuz bir bakır-oksijen karışımı, bakır oksit de denilebilir. “Problem şu ki, katalizör karbondioksitten daha fazla su bölüyor, böylece daha az enerji zengini bir bileşik olan moleküler hidrojen (H2) oluşuyor,” diyor İsviçre Federal Teknoloji Enstitüsü’ndeki uzun süre karbondioksit bölücü katalizörler üzerine çalışmış olan kimyager Michael Graetzel.
Geçen sene Graetzel’in mezun olmuş öğrencilerinden Marcel Schreier, bakır oksit katalizörünün nasıl çalıştığını detaylıca inceledi. Tabakayı kalay oksit esaslı elektroda koydu ve elektronları su dolu beherglasa yönlendirerek karbondioksiti ayırdı. Bakır oksit katalizörü gibi çoğunlukla suyu ayrıştırmak yerine, yeni katalizör nerdeyse saf karbonmonoksit üretti. Graetzel’e göre bu tesadüfen yapılmış bir buluş.
“Kalay, katalizörün suyun ayrıştırılmasını sağlayan bölgelerini çalışamaz hale getiriyor,” şeklinde açıklıyor Graetzel. Böylece nerdeyse tüm elektrik akımı daha fazla istenen karbonmonoksit yapmak için kullanılmış oluyor. İşin esasını kavrayan Graetzel’in ekibi, katalizörün işini hızlandırmak için çalışmaya başladılar. Bunun için, elektrotları bakır oksit nanotellerinden tekrardan yaptılar. Bu nanotellerin yüzey alanı fazla olduğu için karbondioksit bölücü reaksiyonlar hızlandırılmış oldu. Daha sonra bu nanoteller tek atom kalınlığındaki kalay tabakası ile kaplandı. Graetzel’in ekibinin Nature Energy dergisine bildirdiğine göre, stratejileri işe yaradı. Karbondioksitin %90’ı karbonmonoksite çevrildi, gerisini ise hidrojen ve diğer yan ürünler üstlendi. Ayrıca güneş hücresinde alınan güneş ışığının enerjisinin %13.4’ü karbonmonoksitin kimyasal bağlarına dönüştürüldü. Bu bitkilerin yaptığından daha iyi, çünkü onlar enerjiyi %1 oranında verimlilikle depo ediyorlar. Bununla birlikte, bu sistemin yakıt üretmek için katalizörleri mikroplarla birleştiren yeni hibrit yaklaşımlardan da daha üstün olduğu düşünülüyor.
Kaliforniya Teknik Enstitüsü kimyagerlerinden Nate Lewis’e göre karbondioksiti yakıta dönüştürmek için farklı katalizörler kullanan diğer gelişmelere yeni bir sonuç geliyor. “Beraber, ilerleme kaydettiğimizi gösteriyorlar,” diyor Lewis. Buna rağmen, karbondioksiti yakıta dönüştürme çabalarının hala temel araştırmada kaldığını, çünkü petrol arıtımına yakın bir fiyata yakıt üretilemeyeceğini dile getiriyor.
Yine de, yenilenebilir elektrik bazen yüksek gerilim ağının kaldırabileceğinden daha fazla enerji üretebiliyor. Bu yüzden bilim insanları fazla elektriği depo etmek için elverişli bir yol arıyor. “Böylece kimyasal yakıtlarda enerji depolama konusunda da ilerleme kaydedilebilir,” diyor Graetzel.
Kaynak : sciencemag.org
