Sürdürülebilir Gaz Sentezi için Katalizör
Fotoğraf: Bir oksit destek üzerinde ince bir metal oksikarbür filmi, hidrojen (H2) ve karbon monoksit (CO) üretmek için CO2 ile metan (CH4) arasındaki reaksiyonu kolaylaştırmaktadır.
ETH araştırmacıları, CO2 ve metanı verimli bir şekilde sentez gazına dönüştürebilen hidrojen ve karbon monoksit karışımı bir katalizör geliştirdiler. Bu, potansiyel olarak sürdürülebilir yakıtlar ve plastikler üretmeye yardımcı olabilmektedir.
Günümüzde neredeyse tüm yakıtlar, yanıcı maddeler ve plastikler; petrol, doğal gaz ve kömür gibi fosil karbon kaynaklarına dayanmaktadır. Fosil hidrokarbonları sürdürülebilir alternatifleriyle değiştirmek için dünya çapında araştırmalar devam etmektedir. Buna bir yaklaşım, organik bileşiklerin iklime zarar veren hammaddelerinden olan metan (CH4) ve CO2 sentezidir.
İlk adımda, iki sera gazı enerji varlığında birbiriyle reaksiyona girmektedir. Bu reaksiyon sentez gazı olarak bilinen, enerji açısından zengin hidrojen (H2) ve karbon monoksit (CO) gaz karışımıyla sonuçlanmaktadır.
ETH profesörü Christoph Müller ve kıdemli bilim insanı Alexey Fedorov liderliğindeki bir araştırma grubu, CO2 ve metanın sentez gazına dönüşümünü önceki katalizör malzemelerinden çok daha verimli bir şekilde kolaylaştıran yenilikçi bir katalizör geliştirdi.
Sentez gazı, kimya endüstrisi için önemli bir kaynak materyalidir. Ayrıca sentetik sıvı yakıta veya metanole işlenebilir ve bu da plastik üretiminde temel kimyasal olarak görev yapmaktadır.
Son Derece Aktif ve Kararlı
Yeni katalizör, son derece ince metal oksikarbürlerden veya daha iyi ifadeyle bir oksit desteği üzerinde stabilize edilmiş yalnızca birkaç atomik tabaka kalınlığında, en ince metal oksikarbür filmden oluşmaktadır. Sentez gazını oluşturmak için CO2 ile metan arasındaki kimyasal reaksiyon bu ince tabakalar üzerinde gerçekleşmektedir.
Bu düzlemsel metal oksikarbürler, üç boyutlu yapıya sahip metal karbürler (“yığın” karbürler) olan öncüllerinden yaklaşık 1000 kat daha aktif katalizörlerdir. Buna ek olarak, yeni katalizörler son derece kararlıdırlar.
Makine ve Proses Mühendisliği Bölümü Enerji Bilimi ve Mühendisliği Profesörü Müller, “Metal karbür bazlı geleneksel katalizörler, CO2 varlığında oksitlenme ve bunun sonucunda aktifliklerini kaybetme dezavantajına sahiptir” diye açıklıyor. Ama yeni metal oksikarbürler bu dezavantaja sahip değildir.
Karbon Döngüsünü Kapatmak
Sentez gazı üretimindeki CO2 ve metan arasındaki katalitik reaksiyon, sürdürülebilir yakıtların ve temel kimyasalların üretimi için önemli bir adımdır. CO2 atmosferden elde edilebildiğinden ve yalnızca metan milyonlarca yıllık fosil kaynaklardan elde edildiğinden, bu tür sentetik yakıtlar ve kimyasallar fosil yakıtlardan daha düşük karbon ayak izine sahip olabilirler.
Sonuçların endüstriyel ölçeğe uygun olması için daha gidilecek uzun bir yol var. Müller’in grubundaki araştırma görevlisi ve çalışmanın ortak yazarı Fedorov, “Yeni katalizörümüzün sentez gazı üretimi için çekici bir seçenek haline geleceğini umuyoruz” diyor.
Araştırmacılara göre, yeni reaksiyon katalizörü özellikle rutenyum bazlı olanlar gibi pahalı metal katalizörlerin yerini almak için kullanılabilir. Bununla birlikte, katalitik özelliklerinden dolayı, atomik olarak ince metal oksikarbür filmleri de geniş bir yelpazede yeni uygulamalar açma potansiyeline sahiptir olmaktadır.
Kaynak: phys.org
