Yeni Tip Katalizörler Deniz Suyundan Serbest Hidrojen Üretiyor
Fotoğraf : Bir kobalt hekzasiyanoferrat katalizörü, güneş enerjili deniz suyu elektrolizörünün anodunda (sarı ok, sağda) oksijen gazı kabarcıklarının üretilmesine yardımcı olur. Bu sırada, katotta bir nikel molibden sülfit katalizörü hidrojen gazı (kırmızı ok, solda) üretir. Güneş paneli ise en solda gösteriliyor.
Güneş enerjisi ile çalışan yeni elektroliz sistemi, klor üretiminde olduğu gibi kötü tuz kokusu oluşturmuyor.
Elektroliz yoluyla sudan hidrojen gazı üretilmesi, yenilenebilir bir yakıt kaynağı olarak karşımıza çıkabilir. Singapur gibi küçük bir ada ülkesi için, tatlı su değerli bir kaynak. Dolayısıyla yeni elektroliz yöntemi araştırmacıları dikkatlerini denize çevirmesine yol açtı. Artık deniz suyundan rekor kıran verimlilikle elektrolize etmeye, sonunda yakıt hücrelerini besleyebilecek oksijen ve hidrojen üretmeye yardımcı olan bir katalizör geliştirdiler.
Sistem, güneş enerjisinden güç alarak hidrojeni %17,9’luk bir verimle üretiyor. Araştırma ekibinde yer alan Nanyang Teknoloji Üniversitesi’nden Bin Liu, “Bildiğimiz kadarıyla; bu, deniz suyu için en yüksek verimlilik” diyor.
Okyanuslar geniş bir hidrojen atomu deposudur, ancak elektrolizle serbest bırakılması büyük zorluklar içerir. Bir elektrolizörde, tuzlu suyun ayrılması için kullanılan akım klorür iyonlarını genellikle istenmeyen klor gazına dönüştürürken, kalsiyum ve magnezyum gibi diğer iyonlar ise elektrotlar üzerindeki önemli katalizörleri tıkayan çözünmez çökeltiler oluşturur. Elektroliz reaksiyonları ayrıca elektrotları paslandıran pH değişikliklerine neden olabilir.
Liu’nun ekibi daha önce deniz suyundan bir katotta hidrojen gazı üretmek için gereken voltajı düşüren bir nikel molibden sülfit katalizörü geliştirmişti. Yeni katalizörleri, deniz suyunu okside eden, oksijen gazı, proton ve elektron üreten bir anot için dünyada bol miktarda bulunan bir elementi esas alıyor.
Araştırmacılar anot yapmak için karbon fiber kumaş üzerine temel kobalt karbonatın nanotiplerini üretti. Daha sonra, iğnenin dış tarafında bir kobalt-imidazol metal organik iskeleti (MOF) ince bir tabaka oluşturan 2-metilimidazol bezini batırdılar. Sodyum ferrosiyanidin eklenmesi, bu tabakanın, MOF’ın gözenekli nano-yapısını içine alan ve iletken nanotekteler etrafında 20 nm kalınlığında katalitik kabuklar oluşturan kobalt hekzasiyanoferrat haline dönüştürdü.
Araştırma ekibi, elektrik sağlamak için ticari üç fazlı bir güneş pili ile, yerel deniz suyunu kullanarak sistemi test etti ve nötr pH’ı korumak için fosfat tamponundan başka birşey eklemedi. 100 saatlik sürekli çalışmadan sonra, elektrolizör hidrojen ve oksijen yapmıştı ve hiç klor içermiyordu. Ayrıca, elektrotları ve katalizörleri sağlamdı ve çıkışı sadece % 10 düştü. Buna karşılık, yerel deniz suyu kaybı aktivitesini çok daha hızlı bir şekilde bölmek için platinyum ve iridyum oksitin geleneksel katalizörlerini kullanan bir elektrolizör bir miktar klor üretti.
Fotoğraf : Güneş enerjisiyle çalışan bir elektroliz sistemi, katotunda (solda) hidrojen gazı ve anotunda (sağda) oksijen gazı üretir
Trinity College Dublin’deki bir elektrokataliz araştırmacısı olan Michael E. G. Lyons, “Klorun evriminden ziyade oksijen evriminin seçici olması gerçeği çok önemli” diyor. “Yapılması çok zor bir şey.”
Deniz suyu elektrolizi üzerine çalışan Berlin Teknik Üniversitesi’nde Peter Strasser, sistemin çok düşük bir akım yoğunluğuna sahip olduğunu belirtiyor. Yararlı miktarlarda hidrojen yapmak için, sistemin klorun evrimini veya diğer istenmeyen yan reaksiyonları tetikleyebilecek çok daha yüksek bir akım yoğunluğuna ihtiyacı olacaktır. “Yüksek akım yoğunluklarına gittiğinizde sorunlar ortaya çıkıyor” diyor.
Liu, yüksek akım yoğunluklarındaki ilk testlerin hiçbir klor üretmediğini söyledi. Ancak, sistemin performansının iyileştirilebileceğini kabul ediyor. Örneğin, tatlı su kullanarak güneş enerjili elektrolizörler % 30’dan fazla güneş-hidrojen verimliliğine ulaşmışlardır. Dalian Kimyasal Fizik Enstitüsündeki Liu’nun ekibi, sistemlerini hidrojen üretmek için bir prototip cihaz haline getirmek için çalışıyor.
Kaynak : acs.org
