CO2'yi, Sürdürülebilir Yakıtlara Verimli Bir Şekilde Dönüştürmek için Doğadan İlham Alan Yeni Konseptler
Araştırmacılar, karbondioksiti herhangi bir istenmeyen yan ürün veya atık olmadan temiz, sürdürülebilir yakıtlara dönüştürmek için verimli bir konsept geliştirdiler.
Cambridge Üniversitesi’nden araştırmacılar, daha önce biyolojik katalizörlerin veya enzimlerin yenilenebilir enerji kaynaklarını kullanarak temiz, ancak düşük verimlilikte yakıt üretebileceğini göstermişti.
En son araştırmaları, bir laboratuvar ortamında yakıt üretim verimliliğini 18 kat artırdı ve kirletici karbon emisyonlarının herhangi bir enerji israfı olmadan verimli bir şekilde yeşil yakıtlara dönüştürülebileceğini gösterdi. Sonuçlar Nature Chemistry ve Proceedings of the National Academy of Sciences dergisinde birbiriyle ilişkili iki makalede rapor edilmiştir.
CO2’yi yakıta dönüştürmek için kullanılan çoğu yöntem, hidrojen gibi istenmeyen yan ürünler de üretir. Bilim insanları, hidrojen üretimini en aza indirmek için kimyasal koşulları değiştirebilir, ancak bu aynı zamanda CO2 dönüşümü performansını da düşürür: böylece daha temiz yakıt üretilebilir, ancak verimlilik pahasına.
Cambridge tarafından geliştirilen konsept, elektroliz adı verilen bir işlem olan CO2’yi yakıta dönüştüren kimyasal reaksiyonlara güç sağlamak için bakterilerden izole edilen enzimlere dayanır. Enzimler, altın gibi diğer katalizörlerden daha verimlidir, ancak yerel kimyasal ortamlarına karşı oldukça hassastırlar. Yerel ortam tam olarak doğru değilse, enzimler parçalanır ve kimyasal reaksiyonlar yavaşlar.
Portekiz’deki Universidade Nova de Lisboa’dan bir ekiple çalışan Cambridge araştırmacıları, enzimlerin yerel ortamını değiştirmek için çözelti koşullarına ince ayar yaparak elektrolizin verimliliğini artırmak için bir yöntem geliştirdiler.
Cambridge Yusuf Hamied Kimya Bölümü’nden Dr. Esther Edwardes Moore, “Enzimler, son derece verimli ve seçici olmak için milyonlarca yıl içinde evrim geçirdiler ve yakıt üretimi için harikalar çünkü istenmeyen herhangi bir yan ürün yok” dedi ve devamında, “Ancak, enzim duyarlılığı farklı bir dizi zorluk ortaya çıkarır. Yöntemimiz bu hassasiyeti hesaba katar, böylece yerel ortam enzimin ideal çalışma koşullarına uyacak şekilde ayarlanır.”
Araştırmacılar, CO2'nin elektrolizini iyileştirecek bir sistem tasarlamak için hesaplama yöntemlerini kullandılar. Enzim bazlı sistem kullanılarak, yakıt üretim seviyesi, mevcut kıyaslama çözümüne kıyasla 18 kat arttı.
Yerel çevreyi daha da iyileştirmek için ekip, biri yakıt üreten ve diğeri çevreyi kontrol eden iki enzimin birlikte nasıl çalışabileceğini gösterdi. Başka bir enzim ekleyerek reaksiyonları hızlandırdığını, hem verimliliği artırdığını hem de istenmeyen yan ürünleri azalttığını buldular.
Nature Chemistry gazetesinin ilk yazarı Dr. Sam Cobb, “Yan ürün olmadan ve yalnızca marjinal enerji kayıpları olmadan tam istediğimiz yakıtı elde ettik ve maksimum verimlilikte temiz yakıtlar ürettik” dedi ve devamında, “Biyolojiden ilham almamız, daha iyi sentetik katalizör sistemleri geliştirmemize yardımcı olacak, eğer büyük ölçekte CO2 elektrolizini dağıtacaksak ihtiyacımız olan şey bu.”
Araştırmayı yöneten Profesör Erwin Reisner, “Elektrolizin karbon emisyonlarını azaltmada büyük bir rolü var” dedi.
“İnanılmaz derecede enerjisi yoğun olan CO2’yi yakalamak ve depolamak yerine, karbonu yakalamak ve ondan enerjiyi verimli bir şekilde kullanmak ve faydalı bir şey yapmak için yeni bir konsept gösterdik.” Erwin Reisner
Araştırmacılar, daha verimli CO2 elektrolizinin sırrının katalizörlerde yattığını söylüyorlar. Son yıllarda sentetik katalizörlerin geliştirilmesinde büyük gelişmeler oldu, ancak bunlar hala bu çalışmada kullanılan enzimlerin gerisinde kalıyor.
Cobb, “Daha iyi katalizörler yapmayı başardığınızda, CO2 elektrolizi ile ilgili sorunların çoğu ortadan kalkıyor” dedi ve devamında, “Bilimsel topluluğa, geleceğin katalizörlerini üretebildiğimizde, enzimlerden öğrendiklerimiz sentetik katalizörlere aktarılabileceğinden, şu anda yapılan birçok uzlaşmadan kurtulabileceğimizi gösteriyoruz.”
Edwardes Moore, “Konsepti tasarladığımızda, performanstaki gelişme şaşırtıcıydı” dedi. “Moleküler düzeyde neler olup bittiğini anlamaya çalışmak için yıllarımızı harcayacağımızdan endişeliydim, ancak yerel çevrenin etkisini gerçekten takdir ettiğimizde, gerçekten hızlı bir şekilde gelişti.”
“Gelecekte, öğrendiklerimizi, ideal katalizörler olarak enzimlerin özelliklerinin kullanılabileceği koşullar olduğu için doğrudan havadan CO2 kullanmak gibi mevcut son teknoloji katalizörlerin mücadele ettiği bazı zorlu sorunların üstesinden gelmek için kullanmak istiyoruz.” dedi Cobb.
Kaynak:
