Reaktör, sera gazını saf sıvı yakıta dönüştürüyor

30 Eylül 2019 Dergi: Eylül-Ekim 2019

Bilim insanlarının 'yeşil' icadı karbondioksidi değerli bir yakıta dönüştürüyor.
Rice Üniversitesi'nde inşa edilen bir elektrokataliz reaktörü, elektriği kullanarak saf sıvı yakıt çözümleri üretmek için karbondioksiti geri dönüştürüyor. Buluşun arkasındaki bilim adamları, sera gazını yeniden kullanmanın ve atmosferden uzak tutmanın etkili ve kârlı bir yolu olmasını umuyorlar.
Bu yöntemle sera gazları, saf sıvı yakıtlar üretmek için yenilenebilir enerji kullanan bir elektrolizör ile verimli ve çevre dostu bir şekilde geri kazanılabiliyor.
Rice Üniversitesi'nden kimyasal ve biyomoleküler mühendis Haotian Wang tarafından geliştirilen katalitik reaktör, karbondioksiti yüksek oranda saflaştırılmış ve yüksek konsantrasyonlarda formik asite dönüştürüyor. 
Wang, geleneksel karbondioksit cihazlarının ürettiği formik asidin pahalı olduğunu ve enerji yoğun arıtma aşamaları gerektirdiğini belirtiyor. Saf formik asit çözeltilerinin doğrudan üretimi, ticari karbon dioksit dönüşüm teknolojilerinin geliştirilmesine yardımcı olacak.
Yöntem, Doğa Enerjisi Dergisinde ayrıntılı olarak açıklanmıştır.
Rice'ın Brown Mühendislik Okulu'na Ocak ayında katılan Wang ve grubu, sera gazlarını faydalı ürünlere dönüştüren teknolojiler üzerinde çalışıyor. Testlerde, yeni elektrokatalizör, yaklaşık %42'lik bir enerji dönüşüm verimliliği sağladı. Bu, elektrik enerjisinin neredeyse yarısının formik asitte sıvı yakıt olarak depolanabileceği anlamına gelmektedir.
Wang, “Formik asit bir enerji taşıyıcısıdır” dedi. “Bu, elektriği üretip tekrar karbondioksit yayan ve yeniden elde edebileceğiniz bir yakıt hücresidir.

Rice’ın doktora sonrası araştırmacı Chuan Xia, iki ilerlemenin yeni cihazı mümkün kıldığını belirtti. Birincisi, sağlam, iki boyutlu bir bizmut katalizörün geliştirilmesi, ikincisi ise reaksiyonun bir parçası olarak tuz ihtiyacını ortadan kaldıran katı hal elektrolitinin geliştirilmesiydi.
Wang, "Bizmut, bakır, demir veya kobalt gibi geçiş metallerine kıyasla çok ağır bir atomdur. Hareket kabiliyeti, özellikle reaksiyon koşulları altında çok daha düşük. Böylece katalizörü stabilize ediyor” dedi. Wang, reaktörün suyun katalizörle temas etmeyecek şekilde tasarlandığını ve bunun da korunmasına yardımcı olduğunu belirtti.
Xia, "Şu anda insanlar miligram veya gram ölçeğinde katalizör üretiyorlar. Bunları kilogram ölçeğinde üretmenin bir yolunu geliştirdik. Bu, endüstrimiz için önemli bir gelişme” dedi.
Wang “Genellikle insanlar tuzlu su gibi geleneksel bir sıvı elektrolitte karbondioksiti azaltır. Elektriğin iletken olmasını istiyorsunuz, ancak saf su elektroliti çok dirençli. İyonların suda serbestçe hareket edebilmesi için sodyum klorür veya potasyum bikarbonat gibi tuzlara ihtiyacınız var. Ama bu şekilde formik asit ürettiğinizde, tuzlarla karışıyor. Çoğu uygulama için, çok fazla enerji ve maliyet gerektiren son üründen tuzları çıkarmanız gerekir. Bu nedenle protonları yürüten ve çözünmeyen polimerlerden veya inorganik bileşiklerden yapılabilecek, tuzlara olan ihtiyacı ortadan kaldıran katı elektrolitler kullanıyoruz" dedi.
Suyun ürün haznesinden akma hızı çözeltinin konsantrasyonunu belirler. Mevcut kurulumla yavaş geçiş, ağırlıkça yaklaşık %30 formik asit olan bir çözelti üretirken, daha hızlı akışlar konsantrasyonun özelleştirilmesine izin verir. Araştırmacılar, saf formik asit buharları ortaya çıkarmak için gaz akışını kabul eden yeni nesil reaktörlerden daha yüksek konsantrasyonlar elde etmeyi umuyor.
Rice laboratuvarı, devam etmekte olan süreci görmek için Brookhaven Ulusal Laboratuvarı ile birlikte çalıştı. Laboratuvardan Eli Stavitski, “Bu çalışmada, bizmutun oksidasyon durumlarını farklı potansiyellerde takip ettik ve katalizörün karbondioksit azaltma sırasında aktif durumunu belirledik” dedi.
Laboratuvarda, nano ölçekli katalizörler dahil olmak üzere reaktör bileşenlerinin önemsiz şekilde bozunmasıyla sürekli olarak 100 saat boyunca formik asit üretildi. Wang, reaktörün, asetik asit, etanol veya propanol yakıtlar gibi yüksek değerli ürünler üretmek için kolayca adapte edilebileceğini söylüyor.
Araştırmayı Rice Üniversitesi ve ABD Bilim Dairesi Bilim Dairesi Kullanıcı Araçları Departmanı destekledi.