Hidrojen Ekonomisi için Amonyak Ayrışması
Fotoğraf: Kore Bilim ve Teknoloji Enstitüsü (KIST) araştırmacıları tarafından geliştirilen amonyak ayrışması için katalitik yapının şematik gösterimi.
Önümüzdeki yıllarda etkili bir hidrojen ekonomisinin uygulanması için, kömür ve petrol gibi kaynaklardan hidrojen üretilmektedir. Üretilen hidrojenin, üretim yerinden son kullanıcıya kadar, genellikle uzun mesafelerde ve ülkeler arasında başarılı bir hidrojen ticareti gerçekleştirmek için taşınması gerekmektedir.
Dr. Hyuntae Sohn, Changwon Yoon ve KIST Hidrojen Yakıtlı Hücre Araştırma Merkezi’ndeki ekip, eskiden pahalı ve değerli bir metal olan rutenyumu (Ru) %60 daha az içeren, amonyak ayrıştırması yoluyla hidrojeni ekstrakte ederek yeni bir nanometal katalizörü geliştirdiklerini açıkladılar.
Amonyak, son yıllarda uzun mesafeli hidrojen nakliyesi için umut verici bir stabilite gösteren sıvı depolama ve taşıma ortamı olarak ortaya çıkmıştır. 108 kg H2/m3‘te sıvılaştırılmış amonyak (NH3), sıvı hidrojenden %50 daha fazla hidrojen depolayabilmektedir. Amonyak yüksek sıcaklıklarda ayrıştırıldığında, minimum karbondioksit emisyonu ile birlikte yalnızca hidrojen ve nitrojen gazları üretilmektedir. Şu anda dünya çapında endüstriyel kullanım için yılda 200 milyon tonun üzerinde amonyak üretildiğinden, toplu depolama ve uzun mesafeli nakliye altyapısı halihazırda mevcut olmakla birlikte hidrojen taşımacılığı için yeniden amaçlanabilir durumdadır.
Bununla birlikte büyük miktarlarda ısı ihtiyacı, hidrojen taşıma ve depolamada kullanımı için amonyağın yaygın olarak kullanılmasını engelleyen ciddi bir sorun oluşturmaktadır. Hidrojenin amonyaktan elde edildiği bozunma reaksiyonu, yalnızca yüksek enerji girişi gerektiren yüksek sıcaklıklarda gerçekleşmektedir. Reaksiyon sıcaklığını düşürmek için ayrışma reaksiyonu sırasında katı toz formunda bir katalizör eklenebilir; bununla birlikte, mevcut rutenyum metal bazlı katalizörler çok pahalıdır ve düşük stabiliteye sahiptir, bu nedenle düzenli değişim gerektirmektedir.
KIST araştırma ekibi, rutenyum metal partiküllerinin ve zeolitin vakum altında kalsinasyonla kuvvetli bir şekilde bağlandığı amonyak ayrışmasından hidrojen üretimi için bir katalizör geliştirdi. Bu katalizör sayesinde, nanometreden daha küçük ve nanometre boyutunda (bir metrenin milyarda biri) rutenyum metal partiküllerinin zeolit desteğinin her gözeneğine tutuldu. Bu yeni katalizör, geleneksel ticari katalizörlerden 2,5 kat daha yüksek amonyak ayrışma performansı sergileyerek bu verimi yalnızca %40 rutenyum metal partikülleri kullanarak elde etmektedir. Mevcut katalizörler; nanometre boyutlu (veya daha küçük) rutenyum metal partikülleri mevcut olduğundan ve yüksek reaksiyon sıcaklıklarında bile amonyak ayrıştırma işlemi sırasında stabilitelerini koruduğundan, önerilen katalizörün kullanımı, düşük stabilite probleminin üstesinden gelebilmektedir.
KIST’ten Dr. Hyuntae Sohn, “Geliştirilen katalizör, nanometre boyutundaki rutenyum metal partiküllerinin, kristalin bir mineral olan zeolit üzerine homojen bir şekilde yayılmasıyla avantajlı bir yapıya sahip olmaktadır. Bu nedenle, bu katalizör daha önce bildirilen katalizörlerden daha yüksek performans ve stabilite göstermektedir ve amonyaktan yüksek saflıkta hidrojen üretimi için işlemin ticarileştirilmesini kolaylaştırması beklenmektedir. ” dedi.
Dr. Changwon Yoon, “Amonyağa dayalı büyük kapasiteli hidrojen taşımacılığının önemi, ilgili teknolojilerin geliştirilmesi ve satın alınması konusunda gelişmiş ülkeler arasında şiddetli rekabetle birlikte hızla artmaktadır. Şu anda araştırma ve geliştirme aşamasında olan amonyak ayrıştırması yoluyla büyük kapasiteli hidrojen üretimi için önerilen katalizörün uygulanması, nihayetinde amonyaktan üretilen hidrojenin ve ülkeler arasında yüksek kapasiteli hidrojen taşımacılığının ticarileşmesine yardımcı olacaktır. “dedi.
Kaynak: phys.org
