Güneş Enerjili Kimya, Yakıtlar ve Kimyasallar için Hammadde Yapmak Üzere Karbondioksit ve Su Kullanır
Fotoğraf : Altın ve krom oksit nanoparçacıklarıyla süslenmiş indiyum, galyum ve nitrojenden yapılmış yarı iletken nanotellerin bir diyagramı
Ulusal Bilim Akademisi Bildiriler Kitabında yayınlanan çalışmayı yöneten Michigan Üniversitesinde Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Profesörü Zetian Mi, “Sadece güneş enerjisini kullanarak karbondioksitten sentez gazı üretebilirsek, bunu metanol ve diğer kimyasallar ve yakıtlar için bir öncü olarak kullanabiliriz. Bu, toplam CO2 emisyonlarını önemli ölçüde azaltacaktır” dedi.
Esas olarak az miktarda metan ile hidrojen ve karbon monoksitten oluşan sentez gazı, genellikle elektrik yardımıyla fosil yakıtlardan elde edilir. Ek olarak, süreci daha verimli hale getirmek için genellikle toksik kimyasallar eklenir.
Kanada’daki McGill Üniversitesinde Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği alanında doktora öğrencisi olarak deneyleri yapan çalışmanın ilk yazarı Roksana Rashid, “Yeni sürecimiz gerçekten çok basit, ancak zehirli olmadığı, sürdürülebilir olduğu ve çok uygun maliyetli olduğu için heyecan verici” dedi.
Mi’nin grubu, yalnızca güneş enerjisi kullanan bir süreç yaratmak için, evrendeki en kararlı moleküller arasında yer alan karbondioksit moleküllerini ayırmanın üstesinden geldi. Bunun için yarı iletken nanotelleri nanoparçacıklarla doldurdular. Krom oksitle kaplanmış altından yapılan bu nanopartiküller, karbon dioksit moleküllerini karbon dioksit moleküllerini çeker ve eğerek karbon ve oksijen arasındaki bağları zayıflatır.
Galyum nitrür nanoteller, elektronları serbest bırakmak için ışık enerjisini ve geride bıraktıkları, delik olarak bilinen pozitif yüklü alanları kullanıyordu. Delikler, protonları (hidrojen) oksijenden ayırarak su moleküllerini ayırır. Ardından metal katalizörlerde elektronlar karbondioksiti böler, karbonmonoksit üretir ve bazen serbest hidrojeni metan yapmak için çeker. Oksijeni diğer gazlardan ayırmak için prosesler geliştirilmektedir.
Mi ile çalışmanın ortak yazarı ve Mi’nin McGill Üniversitesi ve Malaya Üniversitesindeki laboratuvarında eski bir doktora sonrası araştırma görevlisi olan Baowen Zhou, “Teknolojimiz hava, su ve güneş ışığından dağıtılmış sentez gazı üretiminin nasıl oluşturulacağına ışık tutuyor” dedi.
Mi’nin ekibi, nanoparçacıklardaki altının krom okside oranını değiştirerek, reaksiyonda üretilen hidrojen ve karbon monoksitin nispi miktarlarını kontrol edebildi. Bu önemlidir, çünkü hidrojenin karbon monoksite oranı, bir tür yakıt veya kimyasal üretmenin ne kadar kolay olduğunu etkiler.
Mi, “Şaşırtıcı olan şey, CO2‘nin sentez gazına indirgenmesini verimli ve ayarlanabilir kılmak için altın ve krom oksit arasındaki sinerjidir. Bu, tek bir metal katalizörle mümkün değildi,” dedi. “Bu, daha önce düşünülmemiş birçok heyecan verici fırsatın kapılarını açıyor.”
Mi’nin ayarlanabilir sentez gazı kurulumu, standart endüstriyel üretim süreçlerini kullanır ve ölçeklenebilir. Rashid bu deneyde damıtılmış su kullanırken, deniz suyu ve diğer elektrolit çözeltilerinin de çalışması bekleniyor ve Mi bunları ilgili su ayırma çalışmalarında kullandı.
Mi, “Işık emici olarak kullandığımız yarı iletken, en yaygın olarak üretilen yarı iletkenler olan silikon ve galyum nitrür bazlıdır ve galyum nitrür için çok az malzeme kullanıyoruz. Her nanotelin kalınlığı yaklaşık bir mikrometredir,” dedi.
Mi’nin bir sonraki hedefi, şu anda %0,89 olan cihazın verimliliğini artırmak. Işık enerjisinin %10’u kimyasal enerjiye dönüştürüldüğünde, teknolojinin güneş pillerine benzer şekilde yenilenebilir enerji için benimsendiğini görebileceğini umuyor.
Proje, Mi’nin eski evi olan Kanada’daki McGill Üniversitesinde bulunan Emisyon Azaltma Alberta (ERA) aracılığıyla desteklendi. Ortak yazarların hepsinin McGill ile mevcut veya eski bağları var. Rashid şu anda Kanada’daki Waterloo Üniversitesinde Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği alanında doktora sonrası araştırmacıdır. Zhou ise şu anda Şanghay Jiao Tong Üniversitesinde Makine Mühendisliği doçentidir.
Bu çalışmayla ilgili bazı fikri mülkiyet hakları, her ikisi de Mi tarafından ortaklaşa kurulan NS Nanotech ve NX Fuels şirketlerine lisanslanmıştır. Michigan Üniversitesi ve Mi bu şirketlere finansal açıdan ilgi gösteriyor.
Kaynak : sciencedaily.com
