Karbon yakalama için ideal malzemeyi bulmak
Son yıllarda, metal-organik çerçeveler(MOFs) ,yüksek emici bir sınıftan olan nanopartiküllü materyaller; elektrik santrallerinde karbon yakalama için umut verici bir malzeme olarak ortaya çıkmıştır. Fakat en iyi işi yapmak için en uygun MOF ’u bulmak ayrı bir konu.
Northwestern Üniversitesi’nin Randall Q. Snurr “ İnsanlar bu materyaller hakkında gerçekten çok heyecanlı; çünkü biz onları ayarlayıp, çok büyük çeşitlilik elde edebiliriz.” dedi. “ Fakat bu madalyonun bir de diğer yüzü var. Eğer aklınızda bir uygulama varsa yapabileceğiniz binlerce MOF’lar ve milyonlarca potansiyel MOF’lar var. En iyi uygulama için en iyisini nasıl bulabilirsiniz?”
Snurr, Kimya ve Biyoloji Mühendisliği John G.Searle Profesörü, onun grubu karbon yakalamada üst adayları belirlemede hızlıca bir yol keşfetti./ Kullanılan,daha önce gerekli olan hesaplanmış çalışmanın yalnızca %1’i. Onlar genetik bir algoritma uygulayarak 55,000 MOFs veri tabanı aracılığıyla hızlıca incelediler.
Snurr ;“Geçmişte bir seferde 55000 adayı değerlendirmek zorunda kaldık.”dedi. “Biz özelliklerinin hepsini hesapladık ve yalnızca onlarla ilerledik.”Bu genetik algoritma bunu önlemeye olanak sağlar.
Üst adaylardan biri olan,NOTT-101 versiyonu,ilgili durumlar için bilimsel literatürde rapor edilen herhangi bir MOF’a göre CO2 açısından daha yüksek kapasiteye sahiptir. Bu bilgi temiz enerji santrallerinde yeni yetkililerin tasarımı için öncülük edecek.
Snurr; “Proseslerde CO2 yüzde oranı, MOF’un absorplayabilmesine bağlıdır.” Dedi. Enerji Bakanlığının amacı, bir enerji santralinden %90 oranında CO2’i temizlemektir. Büyük olasılıkla bu süreçte kullanılan bu materyaller amacı karşılayabilecektir.
ABD Enerji Bakanlığı tarafından desteklenen araştırma, Science Advances dergisinde yayınlandı. Yongchul G. Chung ve Diego A. Gomez-Gualdron, Snurr’un laboratuarında eskiden doktora yapmış kişiler, gazetenin ortak ilk yazarlarıdır. Northwestern Üniversitesi Kimya Profesörleri J. Fraser Stoddart, Joseph Hupp ve Omar Farha, Northwestern Üniversitesi’nin eski Kimya ve Biyoloji Mühendisi Fengqi You gibi çalışmalara katkı sağlamıştır. Yüksek yüzey alanlı, orta ölçekli partikülleri olan MOF’lar gaz depolamak için muhteşem malzemelerdir. MOF’ların geniş iç yüzey alanları oldukça yüksek hacimli gaz tutmaya olanak sağlar. Bazı MOF kristallerin hacmi örneğin bir tuz tanesi kadar olabilir. Fakat geniş iç yüzey alanı gelişmişse futbol sahasını kaplayabilir.
Snurr önceki çalışmalarında, mevcut enerji santrallerinde yanma prosesi esnasında MOF’ların nasıl kullanılacağını araştırdı. Egzoz gazının %10-15 civarında CO2, gerisinin azot ve su buharından oluşması hakkında araştırmaydı. Snurr ve Hupp CO2 atmosfere girmeden önce yakalayıp, bu gazları ayırabildiler ve bir MOF tasarladılar.
Son zamanlarda, Snurr birkaç kimyasal süreçten sonra çok daha kolay metodu olduğunu hatırlattı. Enerji Santraline yakıt girmeden önce, kimyasal proses onu CO2 ve hidrojene dönüştürebilir. Daha sonra MOF CO2’İ yakalar,hidrojen yanar ve yan ürün olan sadece sudur. Bu ekstra kimyasal süreç adımı,ön yanma, yeni elektrik santralleri inşa edilmesini gerektirir.
Snurr; ”Çin gibi yerlerde, hala nereye enerji santralleri inşa ediyorlar?” dedi. “Bu birçok anlam içerebilir.”
Snurr; “Doğal seleksiyonu taklit bir optimizasyon tekniği,genetik algoritma, aday çözümlerinde rastgele nüfus alır ve mutasyon,seleksiyon ve genetik değişim yoluyla daha iyi çözümlere karşı onları geliştirir.” Dedi. Bu teknik daha önce malzemenin taranmasında kullanılmıştır; fakat Snurr’un yeni bir meydan okuma olarak tanımladığı ön yanma prosesi için en iyi adaylar aramada değil.
Genetik algoritma, ön yanmanın karbon yakalama donanımı NOTT-101 i bir üst aday olarak belirledi. (Bu materyal ,MOF’un ilk keşfedildiği yer olan Nottingham’da adını almıştır.) Snurr ve Farha NOTT-101 versiyonunu laboratuarda test etmiştir. Ön yanma için tüm MOF’ların dışında değerlendirilir, bu materyal karbon yakalama için en yüksek kapasiteye sahiptir ve CO2’i yakalayıp onu hidrojenden ayırmak için iyi bir seçicidir.
Snurr ;” Başlangıçta, bu algoritmanın nasıl iyi çalışabileceğinden emin değildim.”dedi. “Fakat her zamanki hesaplanan çalışmanın yalnızca %1’i hızında önemli bir gelişmedir.Bu çok heyecan verici.”
Kaynak : sciencedaily.com
Haberi Çeviren : Esra Bayram
Üniversite : Uşak Üniversitesi
Bölüm : Kimya Mühendisliği
Mail : eskimya@gmail.com
Not : Haberlerin dergi yönetimi ile çevirene haber verilmeksizin yayınlanması, kopyalanması, kendi web sitenize eklenmesi kesinlikle yasaktır. Bir yerde yayınlamayı düşünenler iletisim@inovatifkimyadergisi.com adresine ve de haberi çeviren arkadaşımıza mail atarak durumu belirtmeleri gerekmektedir.
