Nottingham Üniversitesi araştırmacıları, güneş ışığıyla çalışan yeni bir katalizör sistemi geliştirdi. Çalışmaya göre bu sistem, aynı anda iki farklı dönüşüm yapabiliyor: Karbondioksiti işe yarar bir kimyasala çeviriyor, biyokütle kaynaklı bir molekülden de biyoplastik üretiminde kullanılabilecek yeni bir madde elde ediyor.
Araştırmanın temel fikri oldukça basit: Güneş ışığının enerjisini kullanarak hem CO₂’yi değerlendirmek hem de organik kaynaklı maddelerden daha değerli kimyasallar üretmek.
Geliştirilen sistem, birbirine bağlı iki ayrı bölümden oluşuyor. İlk bölümde, bitkisel kaynaklardan elde edilebilen HMFA (5-hidroksimetil-2-furoik asit) adlı bir madde bulunuyor. Güneş ışığı bu bölümdeki katalizöre çarptığında, HMFA’dan bir elektron ayrılıyor. Elektronunu kaybeden HMFA’nın kimyasal yapısı değişiyor ve FFCA adlı başka bir madde ortaya çıkıyor. FFCA doğrudan bir plastik değil. Ancak biyoplastik üretiminde kullanılan maddelerin hazırlanmasında önemli bir ara basamak görevi görüyor.
HMFA’dan ayrılan elektron ise reaktörün ikinci bölümüne taşınıyor. Bu bölümde bulunan karbondioksit, elektronu alarak kimyasal olarak dönüşüyor ve formate adı verilen kullanışlı bir maddeye çevriliyor. Yani güneş ışığı tek bir sistem içinde iki dönüşümü aynı anda mümkün kılıyor: Bir tarafta bitkisel kaynaklı HMFA, biyoplastik üretimine giden yolda kullanılabilecek FFCA’ya dönüşüyor; diğer tarafta CO₂, formate adlı değerli bir kimyasala çevriliyor.
Fotoelektrokimyasal reaktörü ve katalizörleri tasarlayan Dr. Madasamy Thangamuthu, süreci Phys org’a anlattı:
“Bu sürecin merkezinde, karbon nitrür ve tungsten oksit yarı iletkenlerinden oluşan nano yapılı bir fotoanot bulunuyor. Bu yapı, kobalt oksit tabakasıyla güçlendiriliyor ve ikinci bölmedeki katotla birlikte çalışıyor. Süreç, güneş ışığından gelen bir fotonun fotoanoda çarpmasıyla başlıyor. Bu çarpma bir elektron oluşturuyor ve elektron CO₂’yi indirgemek için katoda doğru ilerliyor. Fotoanotta geride kalan elektron boşluğu ise aynı anda 5-hidroksimetil-2-furoik asit, yani HMFA molekülünü oksitliyor.”
Daha yüksek verim, daha düşük maliyet
Bu çalışmanın önemli yanı, sürecin dışarıdan elektrik verilmeden çalışması. Sistem yalnızca güneş ışığından aldığı enerjiyle iki farklı reaksiyonu aynı anda yürütüyor. Araştırmada CO₂’den formate üretiminde yüzde 93, HMFA’dan FFCA üretiminde ise yüzde 95 verim elde edildi. Bu da sistemin enerjiyi büyük ölçüde istenen ürünleri üretmek için kullandığını gösteriyor. Ayrıca katalizörlerde çok pahalı ve nadir elementler yerine daha erişilebilir malzemeler kullanılıyor. Bu da yöntemin ileride daha büyük ölçekte denenebilmesi açısından önemli.
Bu teknoloji henüz laboratuvar ölçeğinde. Ancak geliştirilebilirse, gelecekte fabrikalardan çıkan CO₂’nin ve biyokütle kaynaklı maddelerin aynı süreçte değerlendirilmesini sağlayabilir. Böylece karbondioksit yalnızca azaltılması gereken bir atık gaz olarak değil, yeni kimyasallar üretmek için kullanılabilecek bir hammadde olarak görülebilir. Araştırmacılara göre bu yaklaşım, güneş enerjisiyle çalışan daha temiz kimyasal üretim sistemlerinin önünü açabilir.
Nottingham Üniversitesi Kimya Okulu’nda nanomalzemeler profesörü Andrei Khlobystov ise Phys org’a şunları söyledi:
“Bu atılım bizi çok heyecanlandırıyor. Günümüzde insanlık güneş enerjisinin yalnızca çok küçük bir kısmını kullanabiliyor ve bunun büyük bölümü elektriğe dönüştürülüyor. Ancak bu keşif, güneş ışığını doğrudan yakalayarak iki küresel soruna aynı anda çözüm üretmek için yeni fırsatlar sunuyor. Sürdürülebilir katalizörlerle her iki süreci de yürütmek, bizi Birleşik Krallık’ın ve küresel net sıfır hedeflerinin gerçekleştirilmesine bir adım daha yaklaştırıyor.”
Kaynak: Communications Materials