Yeni bir katalizör, sera gazını yenilenebilir hidrokarbonlara yükseltiyor

Bir mühendislik ekibi, küresel ısınma sonucu açığa çıkan karbondioksiti, anahtar kimyasal yapı bloğuna dönüştürmek için en verimli ve istikrarlı süreci tasarlıyor.

U of T Engineering yeni bir teknoloji ile üreticilerin plastikleri iki temel bileşenden - güneş ışığı ve kirlilik- oluşturmasını sağlamaya yönelik önemli bir adım atıyor.

Günümüzde, yenilenemeyen fosil yakıtlar sadece plastiklerin yapıldığı hammaddeyi sağlamakla kalmıyor, aynı zamanda üretim sürecine güç vermek için yakıt olarak kullanılıyor, küresel ısınmaya neden olan karbondioksit (CO2) üretiyor.

Toronto Üniversitesi'nden Profesör Ted Sargent tarafından yönetilen bir ekip, bu süreci başa döndürüyor. Diğer endüstriyel süreçler tarafından üretilen CO₂'yi ve güneş enerjisi gibi yenilenebilir elektriğin etilene dönüştürülmesini öngörüyorlar. Etilen, market poşetlerinin hammaddesi olarak kullanıldığı gibi birçok plastiğe de öncülük eden yaygın bir endüstriyel kimyasaldır.

Tasarlanan sistem, karbon yakalama ile ilgili önemli bir sorunu ele almaktadır. Baca gazlarından CO₂'i filtrelemek ve özütlemek için bir teknoloji mevcut olsa da, şu anda onu ele geçirme maliyetini dengeleyebilecek ekonomik değere sahip değil. Etilen gibi ticari olarak değerli bir ürüne dönüştürülebilen bu karbon, şirketlerin karbon yakalama teknolojisine yatırım yapma konusundaki teşviklerini artırmayı hedefliyor.

Ekibin çözümünün temelinde iki yenilik var: karşılıklı olarak ince bakır bazlı bir katalizör ve yeniden yapılandırılmış bir deneysel strateji kullanmak.

Science dergisinde yayımlanan ilk makalenin yazarı, Dr. Cao-Thang Dinh, “Son derece temel bir ortamda CO₂ çevrimini etilene dönüştürdüğümüzde, katalizörümüzün hem enerji verimini hem de dönüşümün seçiciliğini kaydedilen en yüksek seviyelere kadar yükselttiğini gördük” diyor. Verimlilikten bahsedebilmek için dönüşümü gerçekleştirirken daha az elektrik gerekmelidir. Araştırmacılar bu bilgiyi, katalizörü daha da geliştirmek ve diğer maddelerin aksine etilen oluşumu lehine tepkimeye sokmak için kullandılar.

Daha sonra araştırmacılar, bu tip bakır bazlı katalizörde stabiliteyi ele aldı. Teorik modelleme, temel koşulların - yani yüksek pH seviyelerinin - CO₂'in etilene katalizlenmesi için ideal olduğunu göstermektedir. Ancak bu koşullar altında, çoğu katalizör ve benzerleri, 10 saatten kısa bir süre sonra bozulur.

Araştırmacılar, deney kurgularını değiştirerek bu zorluğu aştı. Esas olarak, katalizörlerini politetrafloroetilen (PTFE, daha çok Teflon olarak bilinir) ile yapılmış gözenekli bir destek tabakası üzerinde biriktirdiler ve katalizörlerini diğer taraftan karbonla sıkıştırdılar. Bu yeni kurgu, katalizörü bozunmadan korur ve önceki katalizörlerden 15 kat daha uzun süre dayanmasını sağlar. Ek olarak, bu kurgu, aynı zamanda verimliliği ve seçiciliği de geliştirdi.

Dinh, "Son birkaç on yıl boyunca, bu reaksiyonun temel koşullar altında çalıştırılmasının yardımcı olacağını biliyoruz, ancak hiç kimse bu bilgiden nasıl yararlanacağını ve onu pratik bir sisteme nasıl aktaracağını bilmiyordu. Bu zorluğu nasıl aşacağımızı gösterdik." diyor.

Sistem şu anda, bir seferde birkaç gram etilen üreten, laboratuvar ölçeğinde dönüşüm gerçekleştirebilmektedir. Ekibin uzun vadeli hedefi, teknolojiyi ticari uygulama için ihtiyaç duyulan çok sayıdaki kimyasal madde için dönüştürebildikleri noktaya kadar ölçeklendirmektir.

Sargent, "Bu çalışmada üç farklı ilerleme kaydettik: seçicilik, enerji verimliliği ve istikrar. Araştırma grubu olarak, karbon nötr bir geleceğin, küresel mücadelesini gerçekleştirmemize yardımcı olan teknolojiler geliştirmekten dolayı, büyük bir motivasyona sahibiz." diyor.

Fotoğraf: Laura Pedersen

Referans: Cao-Thang Dinh, Thomas Burdyny, Md Golam Kibria, Ali Seifitokaldani, Christine M. Gabardo, F. Pelayo García de Arquer, Amirreza Kiani, Jonathan P. Edwards, Phil De Luna, Oleksandr S. Bushuyev, Chengqin Zou, Rafael Quintero-Bermudez, Yuanjie Pang, David Sinton, Edward H. Sargent. CO2electroreduction to ethylene via hydroxide-mediated copper catalysis at an abrupt interface. Science, 2018; 360 (6390): 783 10.1126/science.aas9100

Haber Kaynağı: http://news.engineering.utoronto.ca/new-catalyst-upgrades-greenhouse-gas-into-renewable-hydrocarbons/?_ga=2.5621553.360404868.1526600103-96742958.1508957488

Orijinal metin yazarı: Marit Mitchell

Çeviri: Şafak Gezer