Rice Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, karbondioksiti doğrudan atmosferden uzaklaştırmak için gereken enerjiyi önemli ölçüde azaltabilen bir elektrokimyasal reaktör geliştirdiler. Yeni reaktör tasarımı, emisyonların iklim ve biyosfer üzerindeki etkisine ilişkin acil soruna çözümün bir parçası olabilir ve karbondioksit emisyonlarını azaltmak için daha esnek ve ölçeklenebilir stratejilere olanak sağlayabilir.

Nature Energy’de yayınlanan çalışma, reaktörün, çekirdeğinde mühendislik ürünü gözenekli bir katı elektrolit tabakası bulunan modüler üç odacıklı bir yapıya sahip olduğunu tanımlıyor. Laboratuvarı endüstriyel karbon giderme ve enerji dönüşümü ve depolamaya yönelik çözümler araştıran Rice’ta kimya ve biyomoleküler mühendis olan Haotian Wang, çalışmanın “atmosferden karbon yakalamada önemli bir kilometre taşını temsil ettiğini” söyledi.

Araştırmanın yazarı Wang, “Araştırma sonuçlarımız, karbon yakalamanın çok çeşitli endüstrilerde daha uygun maliyetli ve uygulanabilir hale getirilmesi olasılığını ortaya çıkarıyor” dedi.

Cihaz, karbon içeren çözeltilerden endüstriyel açıdan önemli oranlarda karbondioksit rejenerasyonu elde etti. Uzun vadeli stabilite ve çeşitli katodik ve anodik reaksiyonlara uyarlanabilirlik de dahil olmak üzere performans göstergeleri, büyük ölçekli endüstriyel kullanım potansiyelini göstermektedir.

“Bu teknolojinin temel avantajlarından biri esnekliğidir. Doğrudan hava yakalama sırasında hidrojenin ortak üretimi, daha sonra net sıfır yakıt veya kimyasal üretimi için finansal ve işletme maliyetlerinde önemli azalmalara yol açabilir” dedi Wang, bunun çeşitli kimyasallarla çalıştığını ve hidrojeni ortak üretmek için kullanılabileceğini açıkladı.

Yeni teknoloji, karbondioksiti filtrelemek için genellikle karışık bir gaz akışının yüksek pH’lı sıvılardan geçirilmesini içeren doğrudan hava yakalama süreçlerinde yüksek sıcaklıkların kullanımına bir alternatif sunuyor. Sürecin bu ilk adımı, gaz moleküllerindeki karbon ve oksijen atomlarını sıvıdaki diğer bileşiklerle bağlayarak, karbondioksiti yakalamak için kullanılan kimyasalın türüne bağlı olarak değişen kuvvet derecelerinde yeni bağlar oluşturur.

İşlemdeki bir sonraki önemli adım, ısı, kimyasal reaksiyonlar veya elektrokimyasal işlemler kullanılarak yapılabilen bu çözeltilerden karbondioksitin çıkarılmasıdır.

Araştırmanın ilk yazarlarından biri olan araştırmacı Zhiwei Fan, geleneksel doğrudan hava yakalama teknolojilerinin genellikle bir sorbent veya karbon dioksit filtreleme maddesinden karbondioksiti yeniden üretmek için yüksek sıcaklıktaki işlemleri kullandığını açıkladı.

Fang, “Çalışmamız karbondioksiti yeniden üretmek için termal enerji yerine elektrik enerjisi kullanmaya odaklandı” dedi ve bu yaklaşımın oda sıcaklığında çalışması, ek kimyasallar gerektirmemesi ve istenmeyen yan ürünler üretmemesi de dahil olmak üzere birçok ek avantajı olduğunu ekledi.

Karbondioksiti yakalamak için kullanılan kimyasal türlerinin farklı dezavantajları ve avantajları vardır. Amin bazlı sorbentler en yaygın kullanılanlardır, çünkü kısmen daha zayıf bağlar oluşturma yetenekleri vardır, bu da çözeltiden karbon dioksiti çıkarmak için daha az enerji gerektiği anlamına gelir. Ancak oldukça zehirlidirler ve kararsızdırlar. Sodyum hidroksit ve potasyum hidroksit gibi emici maddeler kullanan baz sulu çözeltiler daha çevre dostu bir alternatif olsa da, karbondioksitin geri salınması için çok daha yüksek sıcaklıklar gerekir.

“Reaktörümüz, karbonat ve bikarbonat çözeltilerini etkili bir şekilde ayırarak, bir bölmede alkalin emici ve ayrı bir bölmede yüksek saflıkta karbondioksit üretebiliyor. Bu yaklaşım, iyon hareketini ve kütle transferini verimli bir şekilde kontrol etmek için elektrik girdilerini optimize ederek enerji engellerini azaltıyor” dedi Wang. Araştırmanın daha fazla endüstriyi sürdürülebilir süreçleri benimsemeye ve sıfır emisyonlu bir geleceğe doğru ivme kazanmaya teşvik edeceğini umduğunu söyledi.

Kore Bilim ve Teknoloji Enstitüsü KAIST’ten bilim adamları, mevcut yeşil hidrojen üretimiyle ilgili sorunları potansiyel olarak çözebilecek bir hidrojen üretim sistemi geliştirdiler. Bu sistem, yüksek performanslı bir çinko-hava aküsüne dayanmaktadır ve yangın riskini azaltan, suda çözünebilen bir elektrolit kullanmaktadır.

Çalışmalarının sonuçları Advanced Science dergisinde yayınlandı.

Hidrojen, katma değeri yüksek malzemelerin sentezi için önemli bir hammadde olup, mevcut fosil yakıtların enerji yoğunluğunun üç katı kadar yüksek enerji yoğunluğuna sahip “temiz” bir yakıt olarak dikkat çekmektedir. Ancak modern hidrojen üretim yöntemlerinin çoğunda karbondioksit emisyonu sorunu vardır. Güneş panelleri ve rüzgar türbinleri gibi yenilenebilir enerji kaynaklarını kullanarak suyu bölerek “yeşil hidrojen” üretmek, sıcaklık ve hava koşulları nedeniyle dengesiz elektrik üretimi nedeniyle düşük verimliliğe sahiptir.

Bu sınırlamaların üstesinden gelmek için araştırmacılar, üç katalitik reaksiyonun tümü için etkili olan bir baz metal katalizörü G-SHELL geliştirdiler: oksijen oluşumu, hidrojen oluşumu ve oksijen indirgenmesi. Bu katalizör, grafen oksit üzerinde büyütülmüş nano ölçekli bir metal-organik çerçeve kullanılarak sentezlendi.

Hidrojen üretim sistemi çinko-hava bataryasına dayanıyor ve mevcut bataryalardan yaklaşık 5 kat daha yüksek olan yüksek enerji yoğunluğuna (797 Wh/kg) sahip. Ayrıca yüksek çıkış performansına (275,8 mW/cm²) sahiptir ve tekrarlanan şarj ve deşarj koşullarında bile uzun süre stabil şekilde çalışabilir.

Geliştirilen çinko-hava pili bazlı hidrojen üretim sistemi, mevcut yeşil hidrojen üretiminin sınırlamalarının üstesinden gelebilecek yeni bir atılım olacak. Yüksek aktivite ve kullanım ömrüne sahip bir katalitik malzemenin düşük sıcaklıklarda ve basit bir şekilde üç farklı elektrokimyasal katalitik reaksiyonda geliştirilmesiyle gerçekleştirilen, çinko-hava piline dayanan bir hidrojen üretim sistemi.

Profesör Chung Koo Kang, araştırma grubunun başkanı

Bu sistem, yeni nesil enerji depolama cihazı olarak su elektroliz sistemine bağlanarak çevre dostu bir hidrojen üretim yöntemi olarak kullanılabilir.