Cambridge Üniversitesinden bilim insanları, doğal gazı (başlıca bileşeni metan olan yaygın bir enerji kaynağı) iki son derece değerli ürüne dönüştüren yeni bir reaktör geliştirdi. Çalışmada, temiz hidrojen yakıtı ve çelikten çok daha güçlü, hafif karbon nanotüpler üretilebileceği gösterildi.
Hidrojen, tamamen yanarak yalnızca su buharı üretmesi ve hiç karbondioksit açığa çıkarmaması nedeniyle umut vadeden yeşil yakıt türü kabul ediliyor. Ancak günümüzde hidrojen üretimi genellikle gaz moleküllerini parçalamak için yüksek basınçlı buhar kullanılmasına dayanıyor ve bu süreç, yan ürün olarak önemli miktarda CO₂ salımına yol açıyor.
Bu sorunu aşmak için Cambridge ekibi, metanı karbondioksit üretmeden hidrojen ve katı karbon formuna dönüştüren metan pirolizi adı verilen tekniği geliştirmeye çalıştı. Ancak bugüne kadar, geleneksel reaktörlerin çok fazla gaz israfına yol açması nedeniyle bu süreci büyük ölçekli uygulamalar için yeterince verimli hale getirmek mümkün olmamıştı.
Araştırmacılar, çok geçişli (multi-pass) bir reaktör tasarlayarak bu sorunu çözdü. Bu sistemde gazın reaktörden yalnızca bir kez geçmesine izin vermek yerine, kullanılmayan gaz sürekli olarak geri döndürülüyor. Metan, büyük bir kısmı hidrojen ve karbon nanotüp aerojellerine dönüşene kadar reaktörden defalarca geçiriliyor.
Kapalı döngü (closed-loop) prensibiyle çalışan reaktör, israf edilen malzeme miktarını en aza indiriyor. Araştırmacıların bildirdiğine göre bu yaklaşım, tek geçişli reaktörlerle karşılaştırıldığında çok büyük bir performans artışı sağladı; çok geçişli reaktör, karbon veriminde 8,7 kat, molar süreç verimliliğinde ise 446 kat artış gösterdi. Molar süreç verimliliği, sistemin her bir gaz molekülünü ne kadar etkin kullandığını ifade eden ölçüt.
Birçok alanda enerji ihtiyacını karşılayabilir
Çalışma laboratuvar ölçeğinde bir reaktörle yürütüldü. Ancak çok geçişli sistemin gerçek dünyadaki performansını değerlendirmek için araştırmacılar, endüstriyel kullanım amacıyla tasarlanmış daha büyük bir versiyonun bilgisayar modellemesini gerçekleştirdi. Simülasyonun mümkün olduğunca gerçekçi olması için, mevcut bir ticari tesisten elde edilen veriler modele entegre edildi.
Ekip, bu döngüsel tasarımın sisteme giren gazın yüzde 75’ini faydalı ürünlere dönüştürebileceğini ortaya koydu. Sistem, kütlece 3:1 oranında karbon nanotüp ve hidrojen üretiyor. Başka bir deyişle, yararlı ürünlere başarıyla dönüştürülen her 4 kilogram metan için yaklaşık 3 kilogram karbon nanotüp ve 1 kilogram hidrojen elde ediliyor.
Yöntem, inşaat sektörü için güçlü ve sürdürülebilir malzemeler üretmenin yanında, enerji ihtiyacımız için de önemli miktarda temiz yakıt sağlayabilir. Ancak henüz kapsamlı bir geliştirme sürecine ihtiyaç duyuluyor.
Kaynak: Nature Energy