Bilim insanları, idrar ve atık sudaki üreyi kullanarak daha az enerjiyle çevre dostu hidrojen üreten yeni bir sistem geliştirdi.
Avustralya Araştırma Konseyi Karbon Bilimi ve İnovasyon Merkezi ile Adelaide Üniversitesinden araştırmacılar, idrarda ve atık sularda bulunan üreyi kullanarak hidrojen üretebilen, daha verimli ve maliyeti düşük iki sistem geliştirdi. Bu yenilikçi sistemler, sürdürülebilir ve yenilenebilir bir enerji kaynağı olan “yeşil hidrojen”in daha ekonomik olarak üretilebilmesinin yanı sıra su ortamlarındaki azotlu atıkların temizlenmesi için de kullanılabilir.
Genellikle hidrojen, elektroliz yöntemiyle suyun oksijen ve hidrojene ayrıştırılmasıyla elde ediliyor. Bu teknoloji yeşil enerji açısından umut verici olsa da oldukça fazla enerji gerektirdiği için fosil yakıtlardan elde edilen (gri hidrojen) üretime kıyasla pahalı. Fosil yakıtlardan hidrojen üretimi ise karbon salınımına neden olduğundan çevreci değil.
Üre kullanılan elektroliz sistemleri, suya kıyasla çok daha az enerji tüketiyor. Ancak mevcut üre bazlı sistemlerin karşı karşıya olduğu sorunlar var; elde edilebilen hidrojen miktarı düşük ve sistemde oluşan zararlı azotlu yan ürünler (nitratlar ve nitritler) toksik özellik taşıyor.
Yeni sistemi geliştiren ekip, bu sorunları aşan ve yeşil hidrojen üretimini gri hidrojene kıyasla eşit ya da daha düşük maliyetle mümkün kılan iki farklı üre bazlı elektroliz sistemi tasarladı. Çalışmalar, Angewandte Chemie International Edition ve Nature Communications dergilerinde iki ayrı bilimsel makaleyle sunuldu.
Yüzde 27 daha verimli ve karbon nötr sistem
Üreden hidrojen üretme fikri yeni değil ancak bu kez saf üre yerine idrar kullanarak daha erişilebilir ve düşük maliyetli bir yöntem bulundu.
Profesör Yao Zheng, “Tüm sorunları çözememiş olsak da, bu sistemler büyük ölçekte uygulanırsa toksik nitratlar ve nitritler yerine zararsız nitrojen gazı üretilecek ve her iki sistem de su ayırma sistemlerinden yüzde 20-27 daha az elektrik kullanacak.” dedi.
Sözlerinin devamında ise Zheng, saf üreden idrara neden geçtiklerini anlattı:
“Hidrojen üretmenin maliyetini düşürmemiz gerekiyor ancak karbon nötr bir şekilde. İlk çalışmamızda, membransız sistemdi ve yeni bakır bazlı katalizör kullandık. Bu, yoğun enerji harcıyordu ve çok fazla CO2 salan Haber-Bosch amonyak sentez süreciyle üretilen saf üreyle çalışıyordu. İkinci makalemizde, incelenen sistemin temelindeki üre kaynağı olan insan idrarını kullanarak bunu çözdük.”
Üre ya da idrar, kanalizasyon ve azotlu atık açısından zengin diğer atık sulardan da elde edilebiliyor. Ancak idrarla çalışan elektrokimyasal sistemlerde, idrarda bulunan klor iyonları klor gazı oluşumuna yol açarak sistemin anot kısmında geri dönüşü olmayan korozyona neden oluyor.
Aynı ekip iki farklı sistemle en verimlisini buldu
Araştırma ekibi ilk sistemde, düşük maliyetli hidrojen üretimi için yenilikçi ve verimli, membransız bir üre elektroliz sistemi geliştirdi. İkinci sistemde ise, platin bazlı katalizörler ve karbon destekli bir yapı kullanarak idrardan hidrojen üretimi sağlayan, klorla yönlendirilen yeni bir oksidasyon mekanizması geliştirdi.
Platin pahalı, nadir bulunan ve sınırlı bir metal olduğu için sürdürülebilir bir katalizör değil. Bu nedenle ekibin temel hedeflerinden biri, enerji ve kimya sektörleri için dönüştürücü karbon bazlı katalizör teknolojileri geliştirmek.
Adelaide Üniversitesi araştırma ekibi, bu araştırmaları temel alarak platin yerine karbon destekli, değerli olmayan metal katalizörler geliştirdi. Membransız idrar-atıksu sistemleri inşa etmeyi ve bu sayede hem daha düşük maliyetli yeşil hidrojen elde etmeyi hem de atıksuların temizlenmesini amaçlıyorlar.
Kaynak: Nature Communications Angewandte Chemie International Edition
