"Mükemmel Bir Şekilde Senkronize Edilmiş Bir Bayrak Yarışı Gibi Çalışıyor"

Kimya ve Çevre Mühendisliği Bölümü'nden ve Yale Enerji Bilimleri Enstitüsü üyesi Profesör Shu Hu, projeye liderlik ediyor ve sistemi "güneş enerjisiyle çalışan, okyanus tabanlı bir karbon yakalama ve dönüştürme" olarak tanımlıyor. Ya da daha basit bir ifadeyle, "güneş ışığından yakıt üretiyor". Ekip, güneş ışığını kullanarak deniz suyundaki çözünmüş karbonu, karbon monoksit (CO) ve hidrojenden oluşan bir sentez gazı olan sentez gazına dönüştürüyor. Bu çok yönlü bileşik, değerli endüstriyel kimyasallar ve yakıtlar üretmek için temel bir yapı taşı görevi görüyor.

Deniz suyundaki çözünmüş karbonu faydalı ürünlere dönüştürmek için güneş enerjisinden yararlanmaya yönelik önceki çabalar önemli zorluklarla karşılaşmıştır. Deniz suyundaki karbonat iyonlarının son derece düşük konsantrasyonu, hem yüksek enerji verimliliği hem de seçici ürün oluşumu elde etmeyi zorlaştırmaktadır. Dahası, mevcut reaktörler laboratuvar ölçeğindeki deneylerle sınırlıdır. Katalizörlere ek olarak, deniz suyundaki karbondioksitten gerçek anlamda yararlanmak için sürekli ve büyük ölçekli çalışabilen bir reaktör tasarımına ihtiyaç vardır.

Hu grubunun fotokataliz tasarımındaki uzmanlığına ve kimyasal dönüşüm için ışığın kullanımını en üst düzeye çıkaran reaktöre dayanarak, yeni bir fotoelektrokimyasal cihaz geliştirdiler. Bu cihaz, deniz suyundaki çözünmüş karbonu (çoğunlukla bikarbonat) sentez gazına dönüştürmek için yalnızca güneş ışığını kullanıyor. Bu işlem, fotosentezin okyanus ekosistemlerindeki çalışma şeklini taklit ediyor ve %0,71'lik bir güneş-yakıt verimliliğine ulaşıyor; bu da deniz yosununun karbonu ne kadar iyi dönüştürdüğüne benziyor. Daha da çarpıcı olanı, ekibin deniz suyundaki karbonat konsantrasyonunun sıfıra yakın olmasına rağmen, reaksiyonun seçiciliğinin reaktör içindeki akış alanından önemli ölçüde etkilenebileceği keşfidir. Durgun deniz suyunda, üründeki CO içeriği yalnızca %3'tü. Ancak, reaktör içindeki kontrollü akış koşulları altında CO oranı %21'e yükseldi.

Çalışmanın ortak yazarı ve Hu'nun laboratuvarında lisansüstü öğrencisi olan Xiang Shi, "Mükemmel bir şekilde senkronize edilmiş bir bayrak yarışı gibi işliyor," diye açıkladı. "Anot, protonları ve CO₂'yi katoda iletiyor ve katot da bitiş çizgisine, yani dönüşüme doğru hızla ilerliyor. Bu ekip çalışması, tüm reaksiyonun verimli bir şekilde tamamlanmasını sağlıyor. Bunu, reaktörü, akışın önce anotlardan geçerek suyun oksitlenip protonların salındığı bir noktadan geçmesini sağlayacak şekilde tasarlayarak başardık. Bu protonlar akış tarafından taşınıyor ve yol boyunca bikarbonatı çözünmüş CO₂'ye dönüştüren bir dizi reaksiyonu tetikliyor. Bu CO₂ daha sonra akış aşağısındaki katotlara taşınarak indirgeniyor."

Bu yaklaşımla, reaksiyonun kütle transfer sürecini tasarlayarak elektrot yüzeyine ulaşan akıyı düzenlediler. Bu sayede, deniz suyundan karbondioksiti uzaklaştırmanın yanı sıra, doğrudan okyanustan yakıt üretmek için güneş ışığından da yararlandılar.

Araştırmacılar, sistemin teknolojisini geliştirmeyi ve nihayetinde onu büyük ölçekli, endüstriyel düzeyde bir reaktöre dönüştürmeyi planlıyor. Modüler reaktör tasarımı, bu akış hücrelerinin metrekare ölçeğinde yüzen diziler halinde bir araya getirilmesini sağlıyor. Bu yüzer reaktörler, doğal gelgit hareketlerinden ve okyanus akıntılarından yararlanarak deniz suyunu sistem içinde pasif olarak dolaştırıyor. Deniz suyu reaktörlerden akarken, çözünmüş CO₂'yi güneş ışığı altında sürekli olarak sentez gazına dönüştürüyorlar ve bu gaz toplanıp kimyasal sentez veya yakıt üretiminde kullanılmak üzere endüstriyel tesislere taşınabiliyor.

Hu, "Büyük ölçekli yüzen reaktörleri deniz üzerine inşa ederek güneş ışığını ve deniz suyunu doğrudan kullanarak güneş yakıtı üretmeyi umuyoruz" dedi.

KAYNAK: https://www.chemeurope.com/en/news/1186707/making-fuels-from-sunlight.html