Güneş Enerjili Kimya, Karbondioksiti Yaygın Olarak Kullanılan Malzemelere Dönüştürebilir!
Görünür Işık Endüstriyel Süreçleri Yönlendirebilir
İnsan sağlığı ve konforu için önemli olan birçok kimyasalın üretimi fosil yakıtları tüketir, dolayısıyla ekstraksiyon süreçlerine, karbondioksit emisyonlarına ve iklim değişikliğinin artmasına neden olurlar. Yeni bir yaklaşım, atık karbondioksiti bu gerekli kimyasallara dönüştürmek için güneş ışığını kullanır ve potansiyel olarak emisyonları iki şekilde azaltır: İstenmeyen gazı hammadde olarak ve güneş ışığını, -fosil yakıtları değil- üretim için gerekli enerji kaynağı olarak kullanarak.
Güneş ışığı ile aktive edilen katalizörler veya fotokatalizörlerdeki gelişmeler sayesinde bu süreç giderek daha uygulanabilir hale geliyor. Son yıllarda araştırmacılar, karbondioksitte karbon ve oksijen arasındaki dirençli çift bağı kıran fotokatalizörler geliştirdiler. Bu, atık gazdan yararlı bileşikler üreten “güneş” rafinerilerinin yaratılmasında kritik bir ilk adımdır—ilaçlar, deterjanlar, gübreler ve tekstil gibi çeşitli ürünlerin sentezi için hammadde olarak hizmet edebilecek “platform” molekülleri de dahil olmak üzere.
Fotokatalistler tipik olarak karbon dioksitin dönüşümünde yer alan elektronları üretmek için yüksek enerjili ultraviyole ışık gerektiren yarı iletkenlerdir. Bununla birlikte, ultraviyole ışık hem azdır (güneş ışığının sadece yüzde 5’ini temsil eder) hem de zararlıdır. Bu nedenle, daha bol ve iyi huylu görünür ışık altında çalışan yeni katalizörlerin geliştirilmesi önemli bir hedef olmuştur. Bu talep, titanyum dioksit gibi mevcut katalizörlerin bileşiminin, yapısının ve morfolojisinin dikkatli bir şekilde geliştirilmesiyle ele alınmaktadır. Karbon dioksiti yalnızca ultraviyole ışığa tepki olarak diğer moleküllere verimli bir şekilde dönüştürmesine rağmen, nitrojen ile doping yapmak, bunu yapmak için gereken enerjiyi büyük ölçüde azaltır. Değiştirilmiş katalizör artık metanol, formaldehit ve formik asit gibi yaygın olarak kullanılan kimyasalları üretmek için sadece görünür ışığa ihtiyaç duyuyor—yapıştırıcılar, köpükler, kontrplak, dolap, döşeme ve dezenfektanların üretiminde topluca önemli.
Şu anda solar kimya araştırmaları, California Teknoloji Enstitüsü tarafından Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı ile ortaklaşa yürütülen Yapay Fotosentez için Ortak Merkezi de dahil olmak üzere temel olarak akademik laboratuvarlarda gerçekleştirilmektedir; Sunrise konsorsiyumu adı verilen, üniversiteler, endüstri ve araştırma ve teknoloji kuruluşlarının Hollanda merkezli bir işbirliği; ve Mülheim, Almanya’daki Max Planck Kimyasal Enerji Dönüşümü Enstitüsü’ndeki heterojen reaksiyonlar departmanı. Bazı girişimler, karbondioksiti yararlı maddelere dönüştürmek için farklı bir yaklaşım üzerinde çalışıyorlar—yani kimyasal reaksiyonları tetiklemek için elektrik uyguluyorlar. Reaksiyonlara güç sağlamak için elektrik kullanmak, elektriğin fosil yakıt yanmasından elde edilmesi durumunda güneş ışığını kullanmaktan daha az çevre dostu olacaktır, ancak fotovoltaiklere güvenmek bu dezavantajın üstesinden gelebilir.
Karbondioksitin güneş ışığına dayalı kimyasallara dönüştürülmesinde meydana gelen ilerlemeler, önümüzdeki yıllarda girişimler veya diğer şirketler tarafından ticarileştirilecek ve daha da geliştirilecektir. Daha sonra kimya endüstrisi—bugün atık karbondioksiti değerli ürünlere dönüştürerek—gerçek, atıksız, dairesel bir ekonominin parçası olmaya bir adım daha yaklaşacak ve aynı zamanda olumsuz emisyonlar üretme hedefini gerçeğe dönüştürmeye yardımcı olacaktır.
Kaynak: scientificamerican.com
