Karbon Ayak İzimizi Azaltmanın Daha İyi Bir Yolu: Bakır İndiyum Oksit
Fotoğraf: Ters su gaz değişimi reaksiyonunun bir kimyasal döngü versiyonu, gaz ayırma işlemini daha basit bir hale getirerek, istenmeyen yan ürünler olmadan düşük sıcaklıklarda karbondioksiti karbonmonoksite dönüştürmeye yardımcı oluyor.
Bilim adamları bakırla değiştirilmiş indiyum oksit ile düşük sıcaklıklardaki karbondioksitin en yüksek dönüşüm oranını elde ederek büyük bir başarıya imza attılar.
Kötüleşen iklim değişikliği sebebiyle atmosferdeki karbondioksit oranını düşürmek ve böylece karbon ayak izini azaltmak için karbon yakalama teknolojilerine olan ihtiyaç artıyor.Yenilenebilir enerji dahilinde karbondioksit esaslı e-yakıtlar atmosferdeki karbondioksiti temiz yakıtlara dönüştürme girişimi ile gelecek vaat eden bir teknoloji olarak ortaya çıkıyor.Sentetik gaz üretiminin yada sentez gazının( karbonmonoksit ve hidrojenin karışımı) dahil olduğu bir süreç bu.Ters su gaz değişimi reaksiyonun (RWGS) yardımı ile karbondioksit sentez gaz için gerekli olan karbonmonoksite ayrılır.Dönüşüm verimliliği açısından umut vaat etmesine rağmen ters su gaz değişim reaksiyonu oldukça yüksek sıcaklıklara(>700°C) ihtiyaç duyuyor ve aynı zamanda istenmeyen yan ürünlerin oluşumuna sebep oluyor.
Bu problemlerin ele alınmasıyla, bilim insanları iki aşamalı bir yöntemde karbondioksiti karbonmonoksite donüştüren,ters su gaz değişim reaksiyonunun değiştirilmiş bir kimyasal döngü versiyonunu geliştirdiler.İlk olarak oksijen depolama materyali olarak kullanılan bir metal oksit hidrojen ile indirgendi.Peşi sıra, karbondioksit ile yeniden oksitlendirilerek karbonmonoksit elde edildi.Bu yöntem istenmeyen yan ürünlerden muaf, gaz ayrımını daha kolay bir hale getiriyor ve seçilen oksite bağlı olarak düşük sıcaklıklarda uygulanabilir.Sonuç olarak , bilim insanları yüksek sıcaklıklara ihtiyaç duymadan yüksek oksidasyon indirgeme oranları sergileyen oksit materyallerin arayışındalardı.
Chemical Science ‘da yayımlanan yakın zamanlarda yapılan bir çalışmada, Waseda Üniversitesinden ve Japonya’daki ENEOS Corporation bakır ile değiştirilmiş indiyum oksitin nispeten daha makul sıcaklıklarda(400–500°C) 10 mmolh-1g-1 gibi bir rekor dönüşüm oranı sergilediğini ortaya çıkardı.Böylece düşük sıcaklıklarda karbondioksit dönüşümü için gerekli olan oksijen depolama materyalleri arasındaki yarışta öne çıktı.Bu davranışı daha iyi anlayabilmek için araştırma ekibi, Cu-In oksitin yapısal özelliklerinin yanında ters su gaz değişim reaksiyonunda yer alan kinetik ile birlikte araştırdı.
Fotoğraf: Yeni bakır indiyum oksit kullanılarak ters su gaz değişimi reaksiyonunun değiştirilmiş kimyasal döngü versiyonu nispeten daha düşük sıcaklıklarda rekor düzeyde karbondioksit dönüşüm oranları elde edildi.
Bilim insanları X ışınına dayalı analizleri uyguladı ve numunenin başlangıçta bir ana maddeyi, Cu-In2O3 ve CO üretmek için ilk olarak hidrojen ile Cu-In alaşımı ve indiyum oksit formuna indirgenen ve sonrasında karbondioksit ile oksitlenen Cu2In2O5 içerdiğini keşfettiler.Dahası X ışını verileri bilim adamlarına anahtar ipucu sağlayarak reaksiyon boyunca bu maddenin oksidasyona ve indirgemeye maruz kaldığını ortaya çıkardı. “X ışınları ölçümleri Cu-In alaşımının oksidasyonuna ve oluşumuna yön veren indiyumun oksidasyonu ve indirgenmesini baz alarak ters su gaz değişimi reaksiyonunu açıklığa kavuşturdu.” diyen Waseda Üniversitesi Profesörü Yasushi Sekine bu projeye liderlik ediyor.
Kinetik incelemeler reaksiyonun iç yüzünü anlamak için daha iyi bilgi sağladı.İndirgeme basamağı, bakırın indiyum oksitin düşük sıcaklıklarda indirgenmesi için sorumlu olduğunu ortaya çıkarırken oksidasyon basamağı, Cu-In alaşım yüzeyinin kütlesi oksitlenirken oldukça indirgenmiş bir durumu koruduğunu gösterdi.Bu durum oksidasyonun diğer oksitlerden iki kat daha hızlı gerçekleşmesine izin verdi.Araştırma ekibi bu özel oksidasyon davranışını öncelikli kütle oksidasyonuna yardımcı olan, Cu-In alaşımı yüzeyinden kütlesine hızla göç eden negatif oksijen iyonlarına bağladı.
Araştırmanın sonuçları bakır indiyum oksitin gelecekteki başarı şansı konusunda beklendiği gibi bilim insanlarını heyecanlandırdı. “ Küresel ısınma ve karbon emisyonu ile ilgili mevcut durum göz önüne alındığında ,yüksek performanslı bir karbondioksit dönüşüm prosesi büyük ölçüde gerekli görünüyor. Her ne kadar ters su gaz değişimi reaksiyonu birçok oksit materyallerle iyi bir iş çıkarıyor olsa da bizim yaklaşımımızda yer alan bakır indiyum oksit ile diğer materyallerden son derece daha yüksek performans gösterdi.Umuyoruz ki bu yaklaşımımız, karbon ayak izimizi azaltmak için önemli ölçüde katkı sağlayacak ve insanlığı daha sürdürülebilir bir geleceğe bir adım daha yaklaştıracak.” diyerek Sekine açıklamasını sonlandırıyor.
Kaynak: scitechdaily.com
