Ultragözenekli Metal-Organik Yapı Temiz Enerji Araçları Yapabilir
Fotoğraf : Temiz enerji depolama için ultra gözenekli programlanabilir sünger
Alüminyum temelli yeni bir metal-organik yapı malzemesi düşük basınçta bir dereceye kadar yüksek miktar’da metan ve hidrojen depolayabilir. Yapıyı geliştiren Amerika’daki Northwestern Üniversitesi’nden araştırmacılara göre geliştirilen yapı, temiz enerji taşımak için kullanılabilir.
2017’de; arabalar, kamyonlar, uçaklar, trenler ve botları dahil olmak üzere ulaşım araçları ABD’deki sera gazı emisyonunun en büyük kaynağı olarak enerji santrallerini geride bıraktı. 2018’de ulaşım tabanlı emisyon payı daha da arttı ve eğilim, her zamankinden daha çok önemli dost alternatif enerji kaynağı- ulaşım için araştırmalar yapılmaya – devam etmesi beklendi.
Metan ve hidrojen araçlarda dizel ve petrol için genellikle potansiyel değiştiriciler olarak bilinir. Metanın karbondioksit salan ( hidrojenden daha az miktarda da olsa) tutuşmasından beri “Geçiş Yakıtı” olarak dikkate alındığında hidrojen, ne karbondioksit ne de parçacık tabanlı kirlilik üretmeden yanmasından beri “Geleceğin Yakıtı” olarak anıldı.
Hem metan hem de hidrojen için problem hedeflenen sıcaklıkta ikisinin de gaz olmasıdır. Ne zaman depolanacak ve taşınacak olsalar yüksek basınçta ( 700 bar -250 bar ) sıkıştırılmaya ve tutulmaya ihtiyaçları vardır. Bu kadar yüksek basınçlarda depolanmış gazın taşınırken otomobiller ve diğer araçlar için tehlike oluşturabileceğinden gerçek hayattaki araçlar için maximum depolama basınç limiti 100 bar olarak ayarlanmıştır ve bu limit belirli alanda depolanabilecek gaz miktarını da azaltmıştır.
Basınç Artışı Olmadan Artan Gaz Miktarında Depolama
Son yıllarda, araştırmacılar basınç artışı olmadan belirli bir alanda gaz miktarının artışı anlamına gelen yüksek yüzey alanı gözenekli adsorbent malzemeleri araştırdılar. 1 gramında 2000 m2 veya daha fazla yüzey alanına sahip yapılar olan metal-organik yapılar (MOFs) umut verici adaylar olarak kabul edildi. Bu yüksek kristalimsi malzemeler, çok boyutlu yapısı içerisinde kendiliğinden kurulan cluster ya da metal iyonlarında ve organik moleküllerden meydana gelmektedir. Kendini ayarlayabilen gözenek kimyası ve şekli sayesinde tasarımları kolaydır.
Omar Farha liderliğinde Northwestern ekibi, NU-1501-M (buradaki M; Al ya da Fe’dir ) olarak adlandırılan ultra gözenekli MOFs tabanlı trinükleer yapıların tasarımı bilgisi için moleküler simülasyon kullandılar.
Araştırmacılar, NU-1501-Al’nin hidrojen ve metan için yüksek gravimetrik (kütle) ve hacimsel (boyut) depolama performanslarına sahip olduğunu buldular. Dahası malzemenin 100 bar ve 270 K’de gram malzeme başına 0.66 g metan depolayabildiği ispatlandı ancak bu değer, yeni nesil temiz enerjili otomobillerin gelişimi için Amerika Enerji Departmanı (DOE) tarafından belirlenen 0.5g/g hedefini aşan bir değerdir. Malzeme ayrıca, hidrojen için %14’lük yüksek depolama kapasitesine sahiptir ki bu da hidrojenin kendi kütlesinin %14’ünü depolayabileceği anlamına gelir. Bu sayı, metanı (ağırlığın %66’sı) depolama yeteneğine kıyasla düşük olsa da yine 2020 yılı içerisinde DOE’nin hedefini ağırlıkça %4.5 aşıyor.
Nanogözenekler Gaz Adsorbsiyonu İçin Yüksek Bir Yüzey Alanı Anlamına Gelmektedir
Bu yüksek değerler, gaz adsorbsiyonu için çok yüksek yüzey alanı sunan ve 2.5 nm’den daha az boyuta sahip olan malzemenin küçük gözenekleri sayesinde mümkündür. Farha’nın notuna göre; malzemenin 1 gram örneğinin, 1.3 Amerikan futbol sahası’nı kaplamaya yetecek yeterli miktarda yüzey alanına sahiptir.
Bu geniş yüzey alanı, ekibe ait MOF’un gözenekleri içersine muazzam miktarda hidrojen ve metan depolabileceği anlamına geliyor. Farha, sentezledikleri malzemenin; şimdiki temiz yakıtlı araçlar için ihtiyaç olandan daha düşük basınçta otomobil motoruna gaz ulaştırabildiği sözlerine ekledi.
Kaynak: physicsworld.com
