Karbondioksitten Sıvı Yakıt Üretme
Sürdürülebilir enerji ve yakıt kaynaklarına alternatif olası bir çözüm, sera gazı karbondioksitinin (CO2) sıvı yakıtlara dönüştürülmesi kullanılabilir.
Fotosentez sayesinde bitkiler güneş ışığını suyunu ve CO2‘yi şekerlere, hücresel işlemlerde kullanılmak üzere çok karbonlu moleküllere dönüştürürler. CO2, hem modern yaşamın merkezi olan fosil yakıtların yanı sıra bu yakıtları yakmanın yan ürünüdür. CO2 ve karbon monoksit (CO) gibi kararlı oksijenli karbon sentetik sıvı yakıtlar üretebilme özelliği, fotosentezin doğada ve suni sistemlerde istenen ve ihtiyaç duyulan bir özelliğidir. Yaklaşık bir yüzyıl boyunca, hidrojen gazı (H2) ve CO’nun sıvı yakıtlara dönüştürülmesi için Fischer-Tropsch yöntemi olarak bilinen kimyasal bir yöntem kullanılmıştır. Fakat, mekanizması iyi anlaşılamamıştır ve fotosentezin aksine, işlem yüksek basınçlar (atmosfer basıncının 1 ila 100 katı) ve sıcaklıklar (100-300 derece Celsius) gerektirir.
Yakın zamanlarda, oksijenlenmiş karbon sıvı yakıtların üretilmesi için alternatif dönüşüm kimyasalları bulundu. Bakır elektrokatalizörleri kullanarak, CO ve CO2, çok karbonlu ürünlere dönüştürülebildi. Süreç hassas koşullar altında ilerlemekle birlikte, nasıl gerçekleştiği hala bir gizem.
Bu sıralar, Caltech kimya profesörü Theo Agapie ve yüksek lisans öğrencisi Joshua Buss, CO’nun hidrokarbonlara dönüştürülmesi için bir sürecin ilk adımlarının ne olduğunu göstermek için bir model sistemi geliştirdi.
Nature dergisinin 21 Aralık 2015’te (ve 7 Ocak 2016’da basılacak olan) basılı olarak yayınlanan bulgular bir gün atmosferik birikimin olumsuz etkilerini nötralize edebilecek teknolojilerin geliştirilmesi için bir temel oluşturduğunu ve Sera gazı’nı CO2 geri yakıtına dönüştürülebileceğini gösterdi. CO2‘yi CO’ya dönüştürmek için yöntemler mevcut olmasına rağmen, önemli bir adım olan bu bulgular, CO moleküllerinin oksijensizleştirilmesi ve bunların C-C bağları oluşturmak için bağlanmasını kolaylaştırıyor.
Agapie ve Buss çalışmalarında, bir CO molekülünün aktivasyonunu ve bölünmesini kolaylaştırabilen yeni bir geçiş metal kompleksi (ligand olarak bilinen bir veya daha fazla destek molekülü ile bağlanmış bir metal atomu, bu durumda molibden) sentezledi.Bu molekülün bağları zayıfladığı zaman, CO’nun C-O bağlarının önemli ölçüde zayıflamasına yol açar.Bu bağ protonlar için yedek olarak kullanılabilen bir silikon içeren reaktiflerin sınıfı olan silil elektrofiller getirerek tamamen kopar.
Bu bölünme daha sonra metale koordine edilen ikinci CO molekülü ile bir bağ oluşturan bir metal merkeze bağlı tek bir karbon atomu olan bir terminal karbürün oluşumuyla sonuçlanır. Bir karbür genellikle CO indirgeyici bağlamada bir ara madde olsada bilim insanlarına göre önemli bir adımdır. C-C bağ oluşumu üzerine, metal merkezi C2 ürününü serbest bırakır. Genel olarak bu işlem iki CO birimini bir etinol türevine dönüştürür ve oda sıcaklığından daha düşük sıcaklıklarda bile kolayca devam ettirilebilir.
Agapie “Bildiklerimize göre bu iki karbon monoksit molekülünü alıp, etanol ile ilgili bir molekül olan metal içermeyen etinol türevine dönüştürülebilen iyi tanımlanmış bir reaksiyonun ilk örneğidir. ” diyor.
Üretilen etinol türevi yakıt olarak kullanışlı olmamakla birlikte karbon dioksitten, sentetik çok karbonlu yakıtlar üretme yönünde atılmış bir adım olarak görülüyor. Araştırmacılar şimdi bu ilk çalışmada kazanılan bilgiyi, süreci geliştirmek için kullanıyor. Buss, “Tahminimizce bu olay, pratik katalitik sistemlerin geliştirilmesini kolaylaştıracaktır” diyor.
Ayrıca bilim adamları silil elektrofiller yerine protonları kullanarak C-O bağını kırmak için bir yol arıyorlar. Agapie, “Sonuçta, güneş ışığından üretilmiş su ve elektron eşdeğerlerinden gelen protonları kullanmak istiyoruz” diyor. “Ancak protonlar çok reaktif ve şu anda kimyalarını kontrol edemiyoruz.”
Kaynak : caltech.edu
