Yapay yapraklar: Bitkilerin, güneşten gelen enerjiyi kullanarak karbonhidrat üretmek için havadan su ve karbondioksit kullandıkları süreç olan ‘fotosentezi’ taklit ederler. Ancak atmosferdeki karbondioksitin azaltılması konusunda umut vaad eden, en gelişmiş yapay yapraklar bile yalnızca laboratuvarda çalışır, çünkü tanklardan saf, basınçlı karbondioksiti kullanırlar.
Ancak şimdi Chicago, Illinois Üniversitesi‘ndeki araştırmacılar; yapay yaprakları laboratuvar ortamından çıkarıp, çevreye kazandıran bir tasarım çözümü önerdiler. Havadaki karbondioksiti (güçlü bir sera gazı) kullanacak olan geliştirilmiş yapraklar, karbondioksiti yakıta dönüştürmede doğal yapraklardan en az 10 kat daha etkili olacaktır. Bulguları ACS Sustainable Chemistry & Engineering dergisinde yayınlanmıştır.
UIC Mühendislik Koleji’nde Kimya Mühendisliği Profesörü Meenesh Singh: “Şimdiye kadar, laboratuvarda test edilen yapay yaprakların tüm tasarımlarında, basınçlı tanklardan karbondioksit kullanılmıştır. Gerçek dünyada başarılı bir şekilde uygulanabilmesi için bu cihazların, kömür yakan enerji santralleri tarafından verilen gaz olan hava ve baca gazı gibi çok daha seyreltik kaynaklardan karbondioksit çekebilmesi gerekiyor.”
Basınçlı karbondioksit kaynağının bu yapraklardan çıkarılması, yapay fotosentetik reaksiyonlarını sürdürebilmeleri için havadaki karbondioksiti toplayacak ve yoğunlaştıracakları bir yol olması gerektiği anlamına gelir.
Singh ve yüksek lisans öğrencisi olan meslektaşı Aditya Prajapati; yarı-geçirgen bir kuaterner amonyum reçinesi membranından yapılmış ve suyla doldurulmuş şeffaf bir kapsülün içine, geleneksel bir yapay yaprağı kaplayarak bu sorunu çözmeyi önerdi. Membran, güneş ışığında ısındığında suyun içinden buharlaşmasını sağlar. Su zardan geçerken, seçici olarak havadan karbondioksit çeker. Kapsül içindeki yapay fotosentetik birim; karbondioksiti emebilen ve çeşitli sentetik yakıtların oluşturulması için bir temel olarak kullanılabilen, karbonmonoksite dönüştüren katalizörlerle kaplı bir ışık emiciden oluşur. Ayrıca oksijen de üretilir ve çevresindeki ortama toplanabilir veya salınabilir.
Singh: ““Bu geleneksel yapay yaprak teknolojisi, özelleştirilmiş membranla kaplanarak; tüm ünite doğal bir yaprak gibi dışarıda da çalışabilir.”
Hesaplarına göre; her biri 1.7 metre uzunluğunda ve 0.2 metre genişliğinde olan 360 yaprak, sentetik yakıtların temeli olarak kullanılabilecek ve günde yarım ton kadar karbonmonoksit üretebilecektir. 500 metre karelik bir alanı kaplayan bu yapay yaprakların üç yüz altmışı; bir günde 100 metre mesafedeki alanı çevreleyen, havadaki karbondioksit seviyelerini yüzde 10 azaltabilecektir.
Singh: “Kavramsal tasarımımız, bir araya getirildiğinde laboratuvarın dışına yayılmaya hazır olan yapay bir yaprak üretebilecek, atmosferdeki sera gazlarını azaltmada önemli bir rol oynayabilecek hazır malzeme ve teknolojiyi kullanıyor.”