Enzim prosesiyle amonyak ve elektrik üretiliyor

Utah Üniversitesi kimyagerleri, enzimle çalışan, oda sıcaklığında amonyak ve bir miktar elektrik akımı üreten yakıt hücresi geliştirdi.

Önemli bir tarım gübresi olan amonyak, geleneksel olarak Haber-Bosch yöntemiyle yüksek sıcaklık ve basınç altında üretiliyor. Bu yöntem etkili olduğu kadar maliyetli ve dünyanın toplam enerji kaynaklarının yaklaşık %1’ini kullanıyor. Kimya ve Malzeme Bilimleri Mühendisliği profesörü Shelley Minteer ve Doçent Doktor Ross Milton tarafından yönetilen Utah’taki kimyagerler ekibi, geliştirdikleri enzim prosesinin, Haber-Bosch’un yanında daha sürdürülebilir bir alternatif olacağına inanıyor.

Haber-Bosch yöntemindeki 250 atm basınç ve 500˚C sıcaklığın aksine Minteer ve Milton’un yakıt hücresi prosesi oda sıcaklığı ve basıncında çalışıyor. Tüm yakıt hücreleri gibi, burada da anot ve katot var. Karbon kâğıttan yapılıp ayrı haznelerde tutuluyorlar. Anod, nitrojenaz enzimiyle, katod ise hidrojenaz enzimiyle kaplanıyor.

Elektronlar bir devre ile anoda ve katoda geçerken hidrojenaz, moleküler yapıdaki hidrojeni H⁺ iyonlarına yükseltgiyor. Ardından nitrojenaz N₂’yi, H⁺ ve onunla birlikte hidrojenazin açığa çıkardığı elektronlarla indirgeyerek amonyak (NH₃) oluşturuyor. Enzimatik bir yakıt hücresinde, elektrot ve enzim arasındaki elektron transferi çok etkisiz olabilir; bu yüzden reaksiyon, metil viologeni (N,N’-dimetill-4,4’-bipiridinium) elektrik donörü olarak kullanarak destekleniyor. Elektronların bu hareketi küçük bir miktarda akım yaratıyor.

Yakıt hücresinden 60 mC yük geçişi, 1 miligram enzim başına 286 nmol amonyak ve yaklaşım 230mV akım yaratıyor.

“Asıl olan üretilen amonyağın miktarı değil aynı zamanda elektrik üretiminin de mümkün olması.” diyor Milton.

Net bir şekilde, prosesin büyük boyutlara taşınabilmesi için aşılması gereken zorluklar mevcut. Nitrojenaz oksijen varlığına çok duyarlı ve bunun sorun çıkarmasını önlemek için daha iyi yöntemler bulunması gerekli. Dahası, reaksiyon canlı hücrelerde enerji kaynağı olarak kullanılan ATP’ye ihtiyaç duyuyor. Milton’a göre ATP bağımlılığı ortadan kalkacak şekilde reaksiyon tekrar tasarlanabilirse proses bir sonraki aşamaya geçmiş olacak.

Kaynak : thechemicalengineer.com