Mars’ta Magnezyum Kullanımı Araştırıldı

Fotoğraf : Havanın bir miktar magnezyumla suda köpürtülmesiyle yakıt oluşacak.

İklim değişikliğinin başlıca nedeni olan aşırı CO₂ emisyonlarının önüne geçmek; atmosferdeki CO₂ seviyelerini düşürmek ve olumsuz çevresel etkileri sınırlamak için çok önemlidir. Bunun için CO₂ ‘i yakalamak ve depolamak yerine karbondioksitin yakıt üretiminde hammadde olarak kullanılması tercih edilebilmektedir. Bu seçim aynı zamanda, “net sıfır emisyonlu enerji sistemleri” hedefine ulaşmada da yardımcı olacaktır.

Yakıt gazından veya doğrudan havadan yakalanan karbondioksitin, hidrojen kaynağı olarak suyu kullanarak, metan ve metanole dönüştürülmesi, aşırı CO₂ seviyelerini düşürmek adına bir çözüm sunacak ve sürdürülebilir bir yöntem olacaktır_.

Tata Institute of Fundamental Research’ten (TIFR) araştırmacılar, karbondioksiti oda sıcaklığında ve atmosferik basınçta doğrudan suyla reaksiyona sokmak için yer kabuğunda en bol bulunan 8.,  Dünya’da ise demir, oksijen ve silikondan sonra en yaygın bulunan 4. element olan Magnezyum kullanımını araştırdılar. Çalışmada, ekstra enerji kaynaklarına gereksinim duyulmadan metan, metanol ve formik asit oluştuğunu gösterdiler.

Çalışmada, CO₂‘nin dönüşümü birkaç dakika içinde 300 K sıcaklık ve 1 bar basınç koşullarında gerçekleşti. CO₂’nin bu dönüşümü, Mg, bazik magnezyum karbonat, CO₂ ve suyun benzersiz bir işbirliğiyle sağlandı. Belirtilen bu dört bileşenden birinin eksik olması halinde ise bu dönüşüm gerçekleşemez. Reaksiyon ara ürünleri ve reaksiyon yolu, 13CO₂ izotopik etiketleme, toz X-ışını kırınımı (PXRD), nükleer manyetik rezonans (NMR) ve yerinde zayıflatılmış toplam yansıma Fourier dönüşümü Kızılötesi spektroskopisi (ATR-FTIR) ile tanımlandı ve yoğunluk-fonksiyonel teori (DFT) hesaplamaları ile de karalterize edildi. CO₂ dönüşümü esnasında Mg, rejenere edilebilen magnezyum hidroksit ve karbonata dönüştürüldü.

Mg, üretimi sırasında en az enerji gerektiren metallerden biridir. Ayrıca, üretim sırasında en düşük miktarda CO₂’yi de üretmektedir. Buradan yola çıkarak, su ve CO₂ ile basit reaksiyon yoluyla 1 kg magnezyum; 2.43 litre metan, 940 litre hidrojen ve 3.85 kg bazik magnezyum karbonat ve ayrıca küçük miktarlarda metanol ve formik asit üretilmesini sağlamaktadır.

Ortamda CO₂ bulunmadığında Mg, su ile verimli bir şekilde reaksiyona girememektedir. Ayrıca, CO₂’in mevcut olduğu durumla kıyaslandığında, bu durumda hidrojen verimi de çok düşüktür. CO₂’nin mevcut olduğu durumlarda 42000 μmol/g olan bu verim CO₂’nin yokluğunda yaklaşık 100 μmol/g’dır. Bu farklılığın nedeni, Mg’nin su ile reaksiyonundan oluşan magnezyum hidroksitin zayıf çözünürlüğünden kaynaklanmaktadır. Bu durumda Mg yüzeyinin su ile daha fazla reaksiyona girmesini kısıtlıyordu. Bununla birlikte, CO₂ varlığında, magnezyum hidroksit, suda magnezyum hidroksitten daha fazla çözünür olan karbonatlara ve bazik karbonatlara dönüşür ve Mg’den sıyrılarak Mg yüzeyinin su ile reaksiyona girmesine neden olur. Bu nedenle, bu prosedür, tek başına Mg’nin su ile reaksiyonu sonucu oluşan hidrojenden yaklaşık 420 kat daha fazla olan hidrojen üretimi (kg Mg başına 940 litre H) için bile kullanılabilir (kg Mg başına 2.24 litre H).

Tüm bu üretim, son derece basit ve güvenli bir şekilde, oda sıcaklığında ve atmosferik basınçta sadece 15 dakikada gerçekleşir. Diğer metal tozlarından farklı olarak, Mg tozu son derece kararlıdır ve herhangi bir aktivite kaybı olmaksızın havada kullanılabilir.

İklim değişikliğiyle mücadele etmek için fosil yakıtların kullanımının sınırlandırılması gerekir. Bu Mg protokolü daha sonra çeşitli kimyasallar ve yakıtlar üretmek için CO₂ nötr bir işlem için sürdürülebilir CO₂ dönüştürme protokollerinden biri olacaktır.

Mars gezegeninin çevresinde %95,32 CO₂ bulunurken, yüzeyinde buz şeklinde su vardır. Bununla birlikte, son zamanlarda, Mars’ta bol miktarda magnezyum varlığı olduğu da bildirildi. Bu nedenle, araştırmacılar Mars’ta bu Mg destekli CO₂ dönüşüm sürecinin kullanım olasılığını öğrenmek istediler ve bu dönüşümü daha düşük bir sıcaklıkta gerçekleştirdiler. Çalışmayla birlikte özellikle önemli bir miktarda metan, metanol, formik asit ve hidrojen üretildi. Bu sonuçlar, nihai bir karar verilebilmesi için daha ayrıntılı çalışmalara ihtiyaç duymaktadır. Ancak çalışma, bu Mg işleminin Mars ortamında kullanılması potansiyelini göstermektedir.

Kaynak: scitechdaily.com