Güneş Işınlarının Kırmızı ve Yakın Kızılötesi Bölgesinden Faydalanmasıyla Sudan Hidrojen Yakıtı

Fotoğraf: Işığa duyarlı triruthenyum tarafından yakın kızılötesi kaynak altında suyun parçalanması

Hidrojen gazı umut verici bir yeşil gazdır. En hafif kimyasal element olan hidrojen, verimli bir enerji deposudur ve araçlarda benzenin yerine geçebilir. Fakat element doğada bol miktarda bulunmuyor ve yapay olarak üretilmek zorundadır.

Hidrojen suyun bölünme tepkimesiyle üretilebilir. Bunu yapmanın birçok yolu vardır fakat içlerinde en temizi güneş pili kullanmaktır. Bu cihazlar suyun bölünme reaksiyonunu gerçekleştirmek için güneş ışınlarının enerjisini tutar.

Güneş ışınları her rengin farklı dalga boyuna sahip olduğu bir spektrumda gelir. Güneş pili, hücrenin tepkime için ne kadar enerjiye ihtiyacı olduğuna bağlı olarak dalga boylarını absorbe etmek zorundadır. Piller ne kadar çok spektrum tutarsa o kadar çok hidrojen üretir. Ne yazık ki birçok pil kırmızı ışık bölgesinde altında görünür ışık bölgesinde daha fazla enerjiye karşılık gelen ışığın sadece daha kısa dalgaboylu olanını absorbe eder. Bu durum, mavi ve yeşil ışık gibi renkler kullanılırken gerisinin boşa harcandığı anlamına gelmektedir.

Şimdilerde, Japonya’da Kyushu Üniversitesi’ndeki araştırmacılar ve Karbon-Nötr Enerji Araştırmaları Enstitüsü bu problemi çözdü.  Yakın kızılötesi (NIR) ışığa dayanan – çıplak gözle görünmeyen, görünür kırmızı ışından daha uzun dalga boylu – spektrumun bir parçası olan bir cihaz icat ettiler. Böylece UV, görünür ve NIR dahil olmak üzere daha geniş bir ışık yelpazesinin hasat edilmesini sağladılar. Tasarımları demirle ilgili ağır bir metal olan ruthenyumun kimyasını akıllıca faydalanır.  Başarılarını Angewandte Chemie International Edition’ a rapor edildi.

Özel metal, organik hibrid malzeme ışığı tutmakta iyidir. Bu da elektronların metal merkeze bağlı malzemelerin organik bölümlerinde orbitaller sıçramasına yardımcı olur. Güneş pillerinde hidrojen üretmek ilk adımdır. Ne yazık ki orbitaller arası sırçama yeterli enerjiye sahip görünür bölgeden daha yüksek enerjileri ve UV’yi uyarabilecek enerjiye sahiptir. Kırmızı, NIR ve daha uzun IR dahi sadece arkasına yansır ya da cihazların arasından geçer ve enerjileri kullanmadan kalır.

Kyushu’nun tasarımı farklıdır. İlgili yazar Profesör Ken Sakai “Ruthenyum atomları içinde yeni elektron orbitalleri tanımladık.” diye açıklama yaptı. “ Bu durum bir merdivene basamak eklemek gibidir. Şimdiye kadar ruthenyumdaki elektronlar sıçrama yeteneğine sahip değildir bu yüzden kırmızı ve NIR gibi daha düşük enerjili ışıklarını kullanabiliyorlar. Bu toplayabileceğimiz güneş ışığı fotonlarının miktarını neredeyse ikiye katlıyor.”  diyerek devam etti.

İşin sırrı tek moleküle 3 metal atomu bağlamak için organik bir bileşik ( altıgen karbon ve azot ) kullanmaktır. Aslında, -kırmızı ve NIR ışığı kullanabilme yeteneği sebebiyle- sadece yeni basamakları oluşturmaz aynı zamanda molekülün toplanan bölümünde ışığın konumsal olarak yayılmasından dolayı reaksiyonu daha verimli yapar. Böylece hidrojen üretimi hızlanır.

Sakai “ Dünya çapınca çabalar on yıllarca sürmektedir. Fakat NIR’ı kullanarak H2’yi üretmek için suyu bölmeyi başardık. “ diyor ve “ Bunun daha başlangıç olduğunu umuyoruz. Kimyayı daha iyi anlayabilirsek enerji depolayan, temiz hidrojen üretimini daha iyi tasarlayabiliriz.” şeklinde cümlelerine son veriyor.

Kaynak : sciencedaily.com