Bilim insanları, doğrudan arıtılmamış tuzlu deniz suyundan hidrojen üretmenin zekice bir yolunu buldular.
Arıtılmamış deniz suyundan üretilen hidrojen, çevre dostu yakıtlar içinde iyi bir başlangıç olabilir. Eğer sürece yenilenebilir enerji kaynakları güç verirse, bu, temiz enerji geleceğine doğru atılmış bir başka adım olabilir.
Yeni cihaz, mevcut teknolojilerde birkaç kimyasal değişiklik yaparak, işlenmemiş, arıtılmamış deniz suyundan hidrojen elde etmeyi mümkün kılıyor ve bu da değerli su kaynaklarının kullanımıyla ilgili endişeleri giderebilir.
Avustralya’daki Adelaide Üniversitesi’nden kimya mühendisi Shizhang Qiao bu durumu şöyle açıklıyor “Doğal deniz suyunu oksijen ve hidrojene ayırdık…
Elektroliz yoluyla yeşil hidrojen üretmek için, ticari bir elektrolizörde değerli olmayan ve ucuz bir katalizör kullandık”.
Bilindiği üzere, hidrojen yakıtı doğalgaz kullanılarak yapılmaktadır, ancak elektroliz yoluyla da yapılabilir.
Elektroliz, dirsek şeklindeki su moleküllerinden hidrojen atomlarını ayırmak için elektrik kullanan bir su ayrıştırma reaksiyonudur ve elektrolizör bu işlemin gerçekleştiği cihazdır.
Şu anda, bu süreç fosil yakıtlardan veya yenilenebilir enerji kaynaklarından elektrik kullanılarak gerçekleştirilebilir, ancak her iki sistem de tatlı su gerektirir.
Deniz suyuyla elektroliz elde etmenin bir yolunu bulmak, yeşil hidrojen yakıt üretiminin geleceğini çok daha sürdürülebilir hale getirebilir.
Araştırmacılar, su kıtlığı endişesiyle yalnızca arıtılmış tatlı su ile çalışan ticari elektrolizörlere bir alternatif geliştirmeye çalışıyorlar.
Erişilebilir tatlı su, Dünya’nın toplam suyunun sadece yüzde 1’ini oluşturuyor, ancak kullanılabilecek neredeyse sınırsız bir deniz suyu kaynağı var.
Su kıtlığıyla ilgili endişeler geçerli olsa da son tahminler, gelecekteki hidrojen kullanımını sürdürmek için gereken su miktarının, bugün fosil yakıtları çıkarmak ve yakmak için kullanılan trilyonlarca litre sudan çok daha az olduğunu gösteriyor.
Bilim insanları yine de çevresel etkilerin farkındalar. Onlarca yıldır deniz suyundan hidrojen elde etmek için cihazlar geliştirmeye çalışıyorlar, ancak bir takım engelle karşılaşmaya devam ediyorlar.
Deniz suyundaki istenmeyen klor iyonları bir elektrolizöre atıldığında, hidrojen veren ve suyu ayrıştıran reaksiyonu yönlendirmesi amaçlanan katalizör malzemelerini aşındırır. Bununla birlikte büyük çözünmez çökeltiler de oluşur, reaksiyon bölgelerini bloke eder ve büyük ölçekli üretimi engeller.
Qiao ve meslektaşları tarafından geliştirilen yeni sistem, bu iki sorunu da ortadan kaldırıyor.
Yeni makalelerinde açıklandığı gibi, araştırmacılar, su moleküllerini ayırmak için bir dizi ortak kobalt oksit katalizörü üzerine sert bir Lewis asidi maddesi yerleştirdiler. Bir dizi testte, modifiye edilmiş katalizörler klor saldırısına direndi ve herhangi bir çökeltinin oluşmasını engelledi.
Araştırmacılar yayınladıkları makalelerinde “Bu, özel olarak tasarlanmış katalizörlere ve elektrolizör tasarımına ihtiyaç duymadan farklı katalizörlere uygulanabilen genel bir stratejidir” diye yazdı.
Umut verici görünse de, deniz suyu elektrolizörlerini geliştirmek için on yıllardır süren çaba, bu veya başka herhangi bir teknolojinin ticarileştirilmesinde önümüzdeki zorlukların bir hatırlatıcısı olmalıdır.
Araştırmacılar, “Arıtma işlemi ve kimyasal katkı maddeleri olmadan doğrudan deniz suyu elektrolizi oldukça cazip ve yaklaşık 40 yıldır araştırılıyor, ancak bu teknolojinin temel zorlukları hem katalizör mühendisliğinde hem de cihaz tasarımında devam ediyor.”
Deniz suyundan hidrojen üretmeye yönelik umut vaat eden birçok girişimden biri olan bu yeni cihazla, son zamanlardaki ilerleme cesaret verici.
Örneğin, Çin ve Avustralya’dan bilim adamları yakın zamanda okyanus yüzeyinde yüzmek ve güneş enerjisi kullanarak deniz suyundan hidrojeni ayırmak için tasarlanmış bir prototip cihaz geliştirdiler. Çalışmalardaki bir başka prototip tamamen farklı bir yaklaşım benimsiyor, hidrojeni çıkarmadan önce nemli havadan su topluyor.
Elbette, prototipler endüstriyel ölçekli yöntemlerden çok farklı, bu nedenle hangilerinin işe yaradığını görmek için potansiyel sistemlerin sağlıklı bir karışımına sahip olmak iyi bir fikir.
Qiao ve meslektaşları, daha büyük bir elektrolizör kullanarak sistemlerini büyütmek için çalışıyorlar. Ancak birçok faktör potansiyel bir teknolojiyi yapabilir veya bozabilir.
Herhangi bir işlemin ticarileştirilmesi, malzeme maliyeti, enerji girdileri ve ölçekte verimliliğe indirgenir – burada küçük kazançlar, ne kadar hidrojen üretildiği konusunda büyük bir fark yaratabilir.
Metal oksit katalizörlerinde kullanılan malzeme olan kobalt da sorunsuz değildir. Pillerde veya güneş panellerinde kullanılan herhangi bir değerli metal gibi, sürdürülebilir bir şekilde çıkarılmalı ve mümkün olduğunda geri dönüştürülmelidir.
Kurulumlarının dayanıklılığını test eden Qiao ve meslektaşları, modifiye edilmiş katalizörlerinin mesafe kat edebileceğini düşünüyor. Sistemleri, aynı düşük sıcaklıklar ve çalışma koşulları altında ticari bir elektrolizöre benzer çıktılar sağlayabilir.
Ancak diğer araştırmacıların geleneksel elektrolizörlerin verimliliklerini istikrarlı bir şekilde iyileştirmek için adımlar attığı düşünülürse, kimin başarılı olacağı hala belirsiz.
Araştırma Nature Energy‘de yayınlandı.
Gülcan Gören
