Karbondioksiti Jet Yakıtına Dönüştüren Daha Yeni ve Daha Ucuz Bir Katalizör Geliştirildi
Oxford Üniversitesi’ndeki kimyagerlerden oluşan bir ekip karbondioksiti jet yakıtına dönüştüren daha ucuz ve daha verimli bir katalizör geliştirdi. Araştırmacılar, havadan özütledikleri gaz ile süreci başlattıklarını ve bu gazın jet motorlarında yeniden kullanılmasını sağladıklarını, böylece atmosferdeki karbondioksitin ısınma üzerindeki etkilerinin hafifletilebileceğini belirttiler.
Yazarlar, karbondioksitin havadan özütlendikten sonra tekrar salınması nedeniyle karbondioksit emisyonunun neden olduğu net etkinin sıfır olduğunu da belirtti. Havacılık sektöründe kullanılan yakıtın fosil ham petrolden değil de, karbondioksitten ve yenilenebilir enerji kaynaklarından da elde edilebileceğini savundular.
Fotoğraf – 1: Oxford Üniversitesi’ndeki bir ekip, havacılık sektörünün yenilenebilir enerjiye ve karbondioksitin geri dönüşümüne bağlı fosil yakıtlara yönelik doğrusal bir süreçten dairesel bir sürece taşınabilmesi amacıyla çalışmalarını yürütmektedir. (Kaynak: © Pete Edwards / Oxford Üniversitesi)
Oxford’da inorganik kimya üzerine çalışmalarını yürüten çalışmanın ortak yazarlarından Peter Edwards, bu sürecin iki veya üç yıl içerisinde mevcut jet motorları için yakıt üretmek amacıyla kullanılabileceğini ve sürecin geliştirilebilmesi için endüstri sektöründen bir ortak arayışında olduklarını belirtti.
Çalışma, jet motorlarında kullanılan uzun zincirli hidrokarbon yakıtlarını (genellikle fosil yakıtlardan rafine edilen, tipik zincir uzunluğu 8-16 karbon arasında değişen kerosen) oluşturan karbondioksit için hidrojenasyon işleminin iki kritik aşamasının eş zamanlı olarak gerçekleştirebilen bir katalizörün ayrıntılarını sağlamaktadır. Yapay jet yakıtları, çoğunlukla karbon monoksit ve gaz halindeki hidrojenden oluşmuş bir sentez gazının Fischer-Tropsch sentezi adı verilen bir hidrojenasyon işleminde kobalt temelli pahalı bir katalizör ile reaksiyona sokulmasıyla elde edilmektedir. Ancak, Fischer-Tropsch yönteminin kullanıldığı birçok durumda karbondioksitin karbon monoksite indirgenebilmesi için daha ileri bir adım gerekmektedir ve bu yöntemlerin seçiciliği düşüktür. Seçicilik, bu yöntemleri kullanan süreçlerde hidrokarbonların istenilen uzunlukta üretilmesini etkileyen önemli bir faktördür.
Buna karşılık, geliştirdikleri yeni katalizörün tasarımı manganez ve potasyum içeren, bol miktarda bulunan ve ucuz bir element olan demire dayanmaktadır. Bu katalizör sayesinde nispeten yüksek seçiciliğe sahip karbondioksitten uzun zincirli hidrokarbonlar tek bir adımda üretilebilir. Araştırmacılar bu katalizörün %38.2’lik bir karbondioksit dönüşümü ile %47.8’lik bir C8-C16 hidrokarbon seçiciliğini gösterdiğini ve bu seçiciliğin metan ve karbon monoksit için düşük olduğunu belirtti. Bu yöntem, pahalı malzemelere ve hazırlık aşamasında çok miktarda suya ihtiyaç duyan alternatif Fischer-Tropsch katalizörleriyle karşılaştırılabilir veya daha iyi performans gösterebilir.
Laboratuvar ortamında bir reaktörde elde edilen karbondioksiti ve hidrojeni kullanan katalizör ile gerçekleştirilen testler sayesinde ağırlığı birkaç gram olan uzun zincirli hidrokarbon yakıtı üretildi. Aynı zamanda, bu işlemle birlikte genelde ham petrolün rafine edilmesiyle elde edilen hafif olefinler gibi yararlı miktarlarda petrokimyasallar da üretildi.
Edwards, bir sonraki adımlarının karbondioksiti havadan doğrudan özütlemek ve yenilenebilir enerji ile çalışan tesislerde “yeşil hidrojenden” kullanılabilir miktarlarda jet yakıtının elde edilebilmesi için bu gazı ölçeklendirmek olduğunu söyledi. Ayrıca, 4.7 kg ağırlığına sahip (yaklaşık 20 km yol alan bir arabanın ürettiği miktar) bir atmosferik karbondioksitin geliştirdikleri yeni katalizör sayesinde bir litrelik jet yakıtına dönüştürülebileceğini ekledi ve bu gelişmeyi kırk yıllık kariyerindeki tartışmasız en önemli ilerleme olarak nitelendirdi.
Fotoğraf – 2: Demir-manganez- potasyum katalizörünün taramalı elektron mikroskobu görüntüleri (Kaynak: © 2020, Benzhen vd.)
“Çalışmanın ortak yazarı Tiancun Xiao ve ben bunu on yıl önce düşünmeye başlamıştık. Ancak, bunu gerçekleştirebilmemiz için baş yazarımız Benzhen Yao’nun katalizör tasarımına getirdiği yeniliklere ihtiyacımız vardı” dedi.
Bu çalışmada, geçtiğimiz Kasım ayında ölen ve Kraliyet Enstitüsü’nün eski yöneticisi olan ünlü kimyager John Meurig Thomas da görev almıştır ve bu makale yer aldığı son makale olmuştur.
Hollanda’daki Delf Teknik Üniversitesi’nde havacılıkta kullanılan yakıtlar üzerine çalışmalarını yürüten aerodinamik mühendisi Joris Melkert, bu çalışmanın havacılık sektörünün daha geri dönüşümlü ve karbon nötr bir hale getirilmesine yardımcı olacağını belirtti. Karbondioksitten yapay jet yakıtı oluşturulmasına yönelik mevcut yöntemlerin yaygın olmasına rağmen bu yöntemlerin günümüze kadar fosil kaynaklardan ve uzun zincirli biyoyakıtlardan elde edilen kerosenden çok daha pahalı olduğunu da ekledi. “Bu süreci daha ucuz ve verimli hale getirebilecek her şey, bu sürecin daha uygulanabilir bir hale getirilmesine katkı sağlayacaktır.”
Federal Havacılık İdaresi, ABD Hava Kuvvetleri ve NASA’daki yetkililer için sürdürülebilir havacılık yakıtlarını araştıran Dayton Üniversitesi’nden Kimya Mühendisi Joshua Hayne, yeni çalışmayı “umut verici” olarak değerlendirdi, ancak bunun bir başlangıç olduğunu da belirtti. “Bu, daha sürdürülebilir bir havacılık taşımacılığı modeli için çok ihtiyacımız olan bir çalışma türü” diye ekledi.
Fischer-Tropsch tarafından üretilen yapay yakıtlar genel olarak pahalıdır ve biyokütleden elde edilen yakıtlarla karşı karşıya kalırlar. Hayne, bu hammaddelerin termodinamik süreci daha yüksek bir seviyeden başlattığını da belirtti.
Kaynak: chemistryworld.com
