Laboratuvarda Yapılan Yapay Yaprakları Doğaya Taşımak!
Fotoğraf: Yapay, biyo-ilhamlı bir yaprak. Karbondioksit (kırmızı ve siyah toplar) yaprağın tabanından su (beyaz ve kırmızı toplar) buharlaştıkça yaprağa girer. Katalizörlerle kaplanmış bir ışık emiciden yapılmış yapay bir fotosistem (yaprağın ortasındaki mor daire) karbon dioksiti karbon monoksite dönüştürür ve güneş ışığını kullanarak suyu oksijene (çift kırmızı toplar olarak gösterilir) dönüştürür.
Yapay yapraklar fotosentezi (bitkilerin güneşten gelen enerjiyi kullanarak karbonhidrat üretmek için dışarıdan su ve karbondioksit kullandıkları proses) taklit ederler. Fakat atmosferdeki karbondioksitin azaltılmasında umut vadeden son teknoloji yapay yapraklar bile sadece laboratuvarlarda çalışırlar. Çünkü tanklardan saf, basınçlı karbondioksit kullanırlar.
Fakat şimdi, Chicago’daki Illinois Üniversitesi’nden araştırmacılar, yapay yaprakları laboratuvardan çevreye getirebilecek bir tasarım çözümü önerdiler. Havadan karbon dioksit (güçlü bir sera gazı) kullanacak olan geliştirilmiş yapraklar, karbondioksiti yakıta dönüştüren doğal yapraklardan en az 10 kat daha etkili olacaktır. Bu bulgularını ACS Sustainable Chemistry & Engineering dergisinde yayınladılar.
UIC Üniversitesi Mühendislik fakültesinde kimya mühendisliği profesörü ve makalenin yazarı olan Meenesh Singh, “Şimdiye kadar, laboratuvarda test edilen yapay yaprakların tüm tasarımları basınçlı tanklardan karbondioksit kullanıyor. Bu tasarımları gerçek dünyada başarıyla uygulayabilmek için, bu cihazların hava ve baca gazı (kömür yakan enerji santralleri tarafından verilen gaz) gibi çok daha seyreltik kaynaklardan karbondioksit çekebilmeleri gerekir” diyor.
Bu yapraklardan basınçlı karbondioksit kaynağının çıkarılması, yapay fotosentetik reaksiyonlarını sürdürebilmeleri için havadaki karbondioksiti toplayacak ve yoğunlaştıracak bir yolun bulunması gerektiği anlamına gelir.
Singh ve laboratuvarında yüksek lisans öğrencisi olan meslektaşı Aditya Prajapati, geleneksel bir yapay yaprağı, yarı geçirgen bir kuaterner amonyum reçinesi membranından yapılmış ve suyla doldurulmuş şeffaf bir kapsülün içine yerleştirerek bu sorunu çözmeyi önerdiler. Membran, güneş ışığında ısınan suyun içeriden buharlaşarak uzaklaşmasını sağlar. Su bu şekilde buharlaşarak zardan geçerken, seçici olarak havadan karbondioksiti kapsülün içine çeker. Kapsül içindeki yapay fotosentetik ünite, katalizörlerle kaplanmış bir ışık emiciden oluşur. Bu katalizörler karbondioksiti, kendi yapısına çekerek çeşitli sentetik yakıtların oluşturulmasında temel olarak kullanılabilecek karbon monoksite dönüştürür. Bu işlem sonucunda oksijen de üretilir ve çevresindeki ortama toplanabilir veya bırakılabilir.
Singh, “Geleneksel yapay yaprak teknolojisini bu özel zarın içine sararak, tüm ünite doğal bir yaprak gibi dışarıda da çalışabilir” diyor.
Hesaplamalarına göre, her biri 1.7 metre uzunluğunda ve 0.2 metre genişliğinde olan 360 yaprak, günde yarım ton sentetik yakıtların temeli olarak kullanılabilecek karbon monoksit üretecek. 500 metre karelik bir alanı kaplayan bu yapay yaprakların üç yüz altmışı, bir günde 100 metre mesafelik bölgedeki havanın karbondioksit seviyesini yüzde 10 azaltabilecektir.
Singh, “Kavramsal tasarımımız, hazır malzeme ve teknolojiyi kullanarak atmosferdeki sera gazlarının azaltılmasında önemli bir rol oynayabilecek ve laboratuvar dışında konuşlandırılmaya hazır yapay bir yaprak üretebilir” diyor.
Kaynak: phys.org
