Hidrojen Yakıtını Temizlemeye Yarayan Malzeme
Fotoğraf: Titanyum oksit katalizörü
Fotosentez boyunca suyu hidrojen ve oksijene ayırmak ve gün ışığını idareli kullanmak konusundaki bitkilerin yeteneği uzun bir zamandır, yenilenebilir ve sürdürülebilir bir kaynak olarak hidrojeni tutma işlemini tekrarlamak için uğraşan bilim adamlarının etkilendiği bir konuydu.
Konunun umut verici olmasına rağmen hidrojenin geniş çaplı kullanımı, aslında oksijen ve hidrojenin birleşme reaksiyonunu tersine çevirmek için gereken enerjiden, işlemin maliyetinden ve veriminden dolayı kısıtlanıyor.
Yöntemlerden biri, çözelti içine atılan iki elektrot tarafından suya uygulanan elektriksel akımla hidrojen ve oksijen atomları arasındaki kimyasal bağı kırmayı sağlayan elektroliz yöntemidir.
Bu yöntemin kullanımından, sadece yan ürün olarak ısı ve su elde edilen bir yakıt pilinde elektriksel enerjiyi çevirebilen ve tutabilen bir gaz olarak hidrojeni salıyor.
Bilim insanlarının sorunu, oluşan hidrojen sonucu meydana gelen kazanılmış enerjiden daha azına ihtiyaç duyacak ve elektroliz işlemini gerçekleştirecek bir katalizör bulmaktır.
Bir akım uygulanırken elektrolizde kullanılan malzemeler aşınmaya başlar. Bu yüzden platin, altın veya gümüş gibi soy metallerin kullanılması gerekmektedir.
Bunlar oldukça pahalı ve genellikle kimyasal reaksiyonlar için katalizör olarak, tıpta ve elektroniklerde kullanılan nadir metallerdir.
Katalizör Sorunları
Wollongong Üniversitesi’nin Süper İletken ve Elektronik Malzemeler Enstitüsü’nde kıdemli araştırma üyesi olan Dr Yi Du “Endüstriyel çapta ki suyun ayrılmasındaki en büyük zorluğun oldukça verimli, düşük maliyetli ve hidrojen biçimine suyu ayırmak için daha düşük gerilime ihtiyacı olan doğada var olan bir elektro katalizörün bulunmasıdır.” diyor.
Dr Yi Du “ Eğer suyu ayırmak için daha az miktarda enerji talebinde bulunabilirsek sıvılaştırılmış petrol gazının yerini alabilecek geleceği parlak olan su, sürdürülebilir bir şekilde erişebileceğimiz temiz bir kaynaktır. Genel anlamda, ticari çapta kullanabilmek için uygun maliyetli yeterli düzeyde hidrojen üretimini gerçekleştirebilen birkaç elektro katalizör var.” diye sözlerine ekledi.
Çin’de bulunan Beihang Üniversitesi’ndeki araştırmacılarla işbirliği içinde olan Süper İletken ve Elektronik Malzemeler Enstitüsü’nde Dr Du’nun takımı, suyun ayrıştırılmasında kullanmak için uygunluğu kanıtlanan düşük maliyetli bir metalin kullanıldığı yüksek performanslı elektro katalizör üretti.
Fotoğraf: Doktora öğrencisi olan Haifeng Feng ve Long Ren suyun ayrılması için yeni bir katalizör üreten takımın bir parçasıydı.
Titanyum oksitler, cevherlerde, zımparalarda ve toprakta beyaz toz şeklinde yaygın bir şekilde bulunan verimli bir hammaddedir ve diğer kullanımlarının yanı sıra güneş kremi, kozmetik, boya ve yapıştırıcılar gibi ürünlerde renklendirici olarak sıklıkla kullanılır.
Titanyumun çok iyi korozyon direnci ve elektriksel iletkenliği varken onun oksit hali yalıtkandır ve araştırmacılar uzun süredir bir elektro katalizör olarak kullanılmasının uygun olmadığını düşünüyordu.
Dr Du’nun takımı, üretimi kolay ve ucuz olan dayanıklı ve verimli katalizör malzemesini iletken olmayan ve yüzeyinden tüm oksijen atomlarını kaldırmış bir şekilde bir vakum odasında tekli bir titanyum oksit kristali üretebildi.
Dr Du “ Alışılmış katalizörlerle karşılaştırıldığında iletken titanyum oksitin suyu ayrıştırma işleminde elektrolizi kurmak için çok daha az enerjiye ihtiyacının olduğu gözlemlendi. Malzemenin yüzeyinde oksijen boşluğunun çok sayıda olmasından dolayı suyu ayırmada aktif olabilmesi için fiziksel ve kimyasal özelliklerini uygun hale getirmeliyiz. ” dedi.
Dr Du sözlerine ek olarak şunları ekledi: “Suyu ayırmada titanyumun geleceği parlak bir elektro katalizör olduğunu temel alarak yeryüzünde çok olan bir madde olduğunu, düşük maliyetli ve kimyasal olarak kararlı bir malzeme olduğunu gösterdik. Bu sayede malzemenin geniş çaplı kullanımı da gerçekleşebilir.”
Sıfır Emisyonlu Enerji Potansiyeli
Reaksiyona güç sağlamak için elektriksel enerji, yenilenebilir üretimden karşılanıyorsa proses ürettiği kadar enerjiyi kullanma potansiyeline sahip deriz.
Dr Du “ Kullanılan bu yakıt için birçok uygulama var. Muhtemelen en umut vaat edeni yüksek enerji getiren güç faktörlerine büyük ölçüde suyun ayrılmasıdır.” dedi.
Hidrojen ve oksijeni yapısında sürekli kullanabilen yakıt hücreleri aracılığıyla hidrojen, elektriksel enerjiye çevrilebilir.
Prosesi güçlendirmek, enerjiyi depolamak için güneş pili, hidrojen yakıt pili araçlarıyla ulaşımda sıfır emisyonla sürdürülebilir bir şekilde üretilen hidrojenin kullanılması umut verici.
Dr Du, işin esas zorluğunun hidrojen üretimindeki maliyet ve verim olduğunu söylüyor.
“ En büyük sıkıntı katalizörün maliyetidir. Bu, etkili bir biçimde hidrojene suyu çevirebilen ucuz katalizöre ihtiyacımız olmasının nedenidir.”
Çalışma ACS Catalysis dergisinde yakın zamanda yayınlanmıştır. Araştırmalar, Beihang-UOW ortak araştırma merkeziyle Beihang Üniversitesi işbirliğine dayalıdır.
Kaynak : phys.org
