Yeni Bir Katalizör Karbondioksitin Yakıta Dönüştürülmesine Yardım Edecek
Fotoğraf: Ekipten ayrılan Aisulu Aitbekova ve bu proje için deneylerinin çoğunda kullandığı reaktörün önünde Matteo Cargnello. (Kaynak: L.A. Cicero)
Arabaların egzoz borularından ve diğer kaynaklardan salınan karbondioksiti propan veya doğal gaz gibi diğer yakıtlara dönüştürdüğünüzü hayal edin: bir sürdürebilirlik rüyası gerçek oldu.
Son zamanlarda yapılan çalışmalar bu dönüşüm konusunda başarı kaydetmiştir ancak Stanford Üniversitesi mühendislerinden gelen yeni bir yaklaşım mevcut yöntemlerden dört kat daha fazla etan, propan ve bütan üretmektedir. Şu an için iklimsel bir iyileşme söz konusu olmasa da, ilerleyen zamanlarda küresel ısınma üzerindeki etkiyi yakın vadede önemli ölçüde azaltabilir.
Stanford’ta kimya mühendisliği profesörü olan Matteo Cargnello, “Birisi karbondioksitten yakıt üretebilen ve ardından onu yakıp yeni bir karbondioksit üreten karbon-nötr bir döngü hayal ediyor” dedi. Bu araştırma Angewandte Chemi’de yayımlandı.
Sürecin hala laboratuvar tabanlı bir prototip olmasına rağmen, araştırmacılar kullanılabilir miktarda yakıt üretilebileceğini düşünüyorlar. Sonraki adımları toksik kirletici karbon monoksit gibi reaksiyonlardan elde edilen zararlı yan ürünleri azaltmaya yöneliktir. Grup sadece yakıtları değil, diğer faydalı ürünleri de elde etmenin yollarını arıyor. Bu tür bir ürün bir dizi endüstriyel uygulamada kullanılabilen ve plastiklerin ana bileşenleri olan olefinlerdir.
Birde İki Adım
Önceki çalışmalar karbondioksiti yakıta dönüştürmek için iki aşamalı bir süreç içermekteydi. İlk adımda karbondioksit karbon monoksite dönüştürülür. İkinci adımda karbon monoksit hidrokarbon yakıtlarının elde edilebilmesi için hidrojenle birleştirilir. Bu yakıtların en basiti metandır, ancak üretilebilecek diğer yakıtlar etan, propan ve bütandır. Etan doğal gazın yakın bir akrabasıdır ve plastiğin elde edilişinde öncü madde olan etilenin üretilmesi için endüstriyel olarak kullanılabilir. Propan genellikle evlerin ısıtılmasında ve gazlı ızgaralarda kullanılmaktadır. Bütan ise çakmaklarda ve kamp yakıtlarında yaygın olarak kullanılan bir yakıttır.
Cargnello, her iki aşamanın tek bir reaksiyonda tamamlamanın çok daha etkili olacağını ve aynı zamanda bir oksijen molekülünü karbondioksitten ayırıp hidrojen ile birleştirebilecek yeni bir katalizör yaratmaya başladığını düşünüyor. (Katalizörler kimyasal reaksiyonların içinde tüketilmeden kimyasal reaksiyonlara neden olurlar.) Ekip, rutenyum ve demir oksit parçacıklarını bir katalizörde birleştirerek bunu başardı.
Cargnello’nun laboratuvarında doktora adayı ve makalenin baş yazarı Aisulu Aitbekova “Bu rutenyum külçesi çekirdeğin içinde oturuyor ve deirin dış kılıfıyla kaplanmış durumda” dedi. “Bu yapı karbondioksitten hidrokarbon oluşumunu aktive ediyor. İşlemin bitmeye yaklaşmasına yardımcı oluyor”.
Ekip, çalışmalarına bu çekirdek kabuklu yapıyı oluşturmak için başlamamıştı ancak SLAC Ulusal Laboratuvarı’ndaki bilim insanlarından oluşan seçkin bir kadro ve Simon Bare ile birlikte iş birliği yaparak keşfetti. SLAC’ın sofistike X-ışını karakterizasyon teknolojileri, araştırmacıların yeni katalizörlerinin yapısını görselleştirmelerine ve incelemelerine yardımcı oldu. Cargnello, bu iş birliği olmadan optimal yapıyı keşfedemeyeceklerini söyledi.
Cargnello, “Bu zamanlar materyali doğrudan çekirdek kabuklu bir konfigürasyonda tasarlamaya başladığımız zamanlardı. Bunu yaptığımızda hidrokarbon verimlerinin muazzam bir şekilde arttığını gözlemledik” dedi.
Cargnello, iki katalizörün sentezi geliştirmek için takım olarak hareket ettiğini düşünüyor. Rutenyumun kimyasal olarak hidrojeni karbondioksitten ayırıp karbona bağlamaya hazır hale getirdiğinden şüpheleniyor. Hidrojen daha sonra demir kabuk üzerine dökülür ve bu da karbondioksiti daha reaktif hale getirir.
Grup, katalizörlerini laboratuvarda test ettiğinde etan, propan ve bütan gibi yakıtların veriminin önceki katalizörlerle elde edilen verimden çok daha yüksek olduğunu gözlemledi. Ancak, grup hala bazı zorluklarla karşı karşıya. Rutenyum gibi asil metallerin kullanımını azaltmak ve katalizörü optimize edip seçici olarak sadece belirli yakıtları üretmelerini istiyorlar.
Kaynak: phys.org