Dünya Enerjisinin Yaklaşık Yüzde 2’sini Tüketen Madde için Çevre Dostu Yöntem Geliştirildi
UNSW Sydney’deki kimya mühendisleri amonyak üretmek için yüksek sıcaklık, yüksek basınç ve devasa altyapı gerektirmeyen bir yöntem geliştirdiler. Yeni yöntem havadan, sudan ve yenilenebilir elektrikten çevre dostu üretim sağladı.
’Energy and Environmental Science’ da bugün yayınlanan bir makalede UNSW ve Sydney Üniversitesi’nden yazarlar amonyak sentezinin 20. yüzyılın en önemli başarılarından biri olduğunu söylediler. Amonyak, gıda mahsulleri üretimini dört katına çıkaran gübrelerde kullanıldığında tarımın sürekli gelişmesine katkı sağlayan bir madde oldu.
Büyük ölçekte ilk üretildiği 1900’lerin başından beri amonyak üretimi enerji tüketen bir prosesti. 400 °C ‘den daha yüksek sıcaklıklar ve 200 atm’den daha yüksek basınçlar gerektiriyordu ve tümü fosil yakıtlarla destekleniyordu.
Makalenin ortak yazarlarından kimya mühendisi Dr. Emma Lovell, Haber-Bosch prosesi olarak bilinen geleneksel amonyak üretim yönteminin büyük miktarlarda enerji tüketmesi ve pahalı ekipmanları nedeniyle yalnızca büyük ölçekte üretildiğinde uygun maliyetli olduğunu söyledi.
Lovell, “Haber-Bosch yöntemiyle amonyak üretmek diğer kimyasal üretim reaksiyonlarından daha fazla CO2 meydana getiriyor. Amonyak üretmek dünya enerjisinin yaklaşık yüzde 2’sini tüketiyor ve CO2‘sinin yüzde 1’ini oluşturuyor. Bu durum dünya çapında meydana gelen tüm endüstriyel prosesleri düşündüğünüzde çok büyük bir miktar.” dedi.
Dr Lovell, Haber-Bosch prosesinin bıraktığı büyük karbon ayak izine ek olarak merkezi yerlerde milyonlarca ton amonyak üretmek zorunda olmanın bu maddeyi dünya çapında nakletmek için daha fazla enerji gerektireceğini söyledi. Aynı zamanda tek bir yerde büyük miktarlarda depolama yapmanın da tehlikesine dikkat çekti.
Lovell ve meslektaşları bu nedenlerden ötürü daha ucuza, daha küçük ölçekte ve yenilenebilir enerji kullanarak nasıl amonyak üretebileceklerini araştırdılar. Yöntemlerinin fosil yakıt kaynaklarına dayanmadığını ve CO2 yaymadığını da belirttiler.
Lovell, “Ticari olarak kullanılabilir hale getirildiğinde bu teknolojiyle doğrudan yerinde ve talep edilen miktarlarda amonyak üretilebilir. Örnek olarak çiftçiler gübre yapmak için teknolojimizi kullanarak bunu yerinde bile yapabilirler. Bu da depolama ve nakliye ihtiyacını ortadan kaldırdığımız anlamına gelir. Son zamanlarda amonyum nitrat depolamanın potansiyel olarak ne kadar tehlikeli olabileceğini Beyrut’ta trajik bir şekilde gördük. Özetle, yerinde kullanmak için doğrudan üretilebilir hale getirebilirsek ve ihtiyaç duyulan miktarlarda yapabilirsek hem topluma hem de gezegenin sağlığına büyük bir fayda sağlanır.” dedi.
Havadan Üretim
ARC DECRA Üyesi ve yardımcı yazar Dr Ali (Rouhollah) Jalili, atmosferik nitrojeni (N2) elektrik kullanarak doğrudan amonyağa dönüştürmeye çalışmanın N2‘nin çözünmesini ve ayrışmasını zorlaştıran doğal kararlılığı nedeniyle son on yıllık zaman zarfında araştırmacılar için önemli bir zorluk teşkil ettiğini söyledi.
Jalili ve meslektaşları, havayı kimyagerler arasında NOx (NO2– (nitrit) veya NO3– (nitrat)) olarak bilinen bir ara maddeye dönüştürmek için plazmayı (tüpte yapılan bir yıldırım şekli) kullanan ve kavram kanıtlamaya dayalı laboratuvar deneyleri tasarladılar. Bu bileşiklerdeki azot havadaki N2‘den çok daha reaktiftir.
Jalili, “Sydney Üniversitesi’ndeki meslektaşlarımızla birlikte çalışarak NOx ara maddesini önemli miktarlarda ve yüksek enerji verimliliğinde üretebilecek bir dizi ölçeklenebilir plazma reaktörü tasarladık.” dedi.
“Bu aracıyı suda ürettikten sonra, seçici bir katalizör tasarlamak ve sistemi ölçeklendirmek çok daha kolay hale geldi. Teknolojimizin çığır açan kısmı elektrokimya ile birleştirilmiş yüksek performanslı plazma reaktörlerinin tasarlanmasıydı.”
Sydney Üniversitesi ekibini yöneten Profesör Patrick Cullen, “Atmosferik plazma, yeşil kimyada giderek daha fazla uygulama alanı buluyor. Su kabarcıkları içindeki plazma deşarjlarını indükleyerek enerji verimliliği ve süreç ölçeklendirme zorlukları için bir yöntem geliştirdik ve teknolojiyi endüstriyel benimsemeye yaklaştırdık.” dedi.
Depolama Çözümü
ARC Küresel Hidrojen Ekonomisi Eğitim Merkezi’nin eş direktörü olan Scientia Profesörü Rose Amal, prosesi küçültebilmenin avantajlarına ek olarak ekibin ‘yeşil’ amonyak üretim yönteminin hidrojen enerjisinin depolanması ve taşınması sorununu da çözebileceğini söyledi.
Profesör Amal, “Hidrojen çok hafiftir, bu nedenle onu depolamak için çok fazla alana ihtiyacınız vardır. Aksi takdirde sıkıştırmanız veya sıvılaştırmanız gerekir.” dedi.
Ancak sıvı amonyak aslında sıvı hidrojenin kendisinden daha fazla hidrojen depolar. Dolayısıyla karbonsuz bir ekonomi için potansiyel bir enerji vektörü olarak amonyağın kullanımına artan bir ilgi vardır.”
Profesör Amal, ihracata hazır yeni yeşil yöntem kullanılarak büyük miktarlarda amonyak üretebilme potansiyeli olduğunu da ekledi.
“Amonyak yapmak için güneş santrallerinden elektronları kullanabilir ve daha sonra güneş ışığımızı hidrojen yerine amonyak olarak ihraç edebiliriz.”
“Japonya ve Almanya gibi ülkeler amonyağı parçalayıp tekrar hidrojen ve nitrojene dönüştürebilirler ya da yakıt olarak kullanabilirler.”
Ekip bundan sonra dikkatini bu buluşu ticarileştirmeye çevirecek ve laboratuvar ölçeğinden sahaya taşımak için bir şirket kurmaya çalışacak.
Kaynak: sciencedaily.com
