Bir araştırma ekibi, bitki bazlı molekülleri aynı anda iki faydalı ürüne dönüştüren yeni bir tür elektrokimyasal “ikisi bir arada” sistem yarattı. İnce ayarlı tek atomlu rutenyum katalizörü kullanan süreç, iki kimyasal reaksiyonu (oksidasyon ve hidrojenasyon) tek bir elektrolitik hücre içinde birleştiriyor; bu, tatları karıştırmadan aynı tencerede iki yemeğin pişirilmesine benzer. Araştırmanın ayrıntıları dergide yayımlandı Gelişmiş Enerji Malzemeleri 15 Ekim 2025’te.
Sistem, bilim adamlarının sürdürülebilir bir kimya endüstrisi oluşturmak için anahtar bileşen olarak gördüğü biyokütleden yapılmış bir bileşik olan 5-hidroksimetilfurfural (HMF) üzerinde çalışıyor. Bu yaklaşımla HMF iki ürüne dönüştürülüyor: yenilenebilir plastiklerin yapımında kullanılabilen 2,5-furandikarboksilik asit (FDCA) ve ince kimyasallar ve yakıtlar için değerli bir ara madde olan 2,5-dihidroksimetilfuran (DHMF).
Geleneksel olarak bu iki reaksiyon ayrı sistemlerde gerçekleşir; biri pozitif elektrotta ve diğeri negatifte. Ekibin “simetrik” yapısı iki tarafı bir araya getirerek israfı ve enerji tüketimini azaltıyor. Aynı zamanda normal sıcaklık ve basınç altında çalışarak endüstride kullanılan geleneksel yüksek sıcaklık, yüksek basınçlı kimyasal işlemlere enerji açısından daha verimli bir alternatif sunuyor.
Bu yeniliğin merkezinde rutenyum atomlarının kobalt hidroksit yüzeyine yerleştirilmesiyle yapılan bir katalizör yer alıyor. Bu tek atomlar, bilimsel olarak dp yörünge hibridizasyonu olarak bilinen elektronların ve moleküllerin etkileşim şeklini geliştirerek reaksiyonların daha sorunsuz ilerlemesini sağlar. Sonuç, yalnızca her iki reaksiyonu verimli bir şekilde gerçekleştirmekle kalmayan, aynı zamanda uzun çalışma sırasında aktif bölgeleri stabil tutan bir sistemdir.
Sürekli akışlı bir reaktörde yapılan testler, sistemin performans kaybı olmadan 240 saatten fazla güvenilir bir şekilde çalışabileceğini gösterdi. Bu süre zarfında araştırmacılar HMF’nin istenen iki ürüne tam dönüşümünü sağladı ve %170’in üzerinde bir kombine verime ulaştı.
Ekip, teknik başarısının ötesinde, sürecin ekonomik açıdan da anlamlı olabileceğini buldu. Hesaplamaları, üretilen her ton FDCA’nın yaklaşık 5.800 ABD doları gelir elde edebileceğini ve ölçeğin büyütülmesi halinde olası endüstriyel uygulamalara işaret edebileceğini gösteriyor.
Çalışmayı yöneten Tohoku Üniversitesi İleri Malzeme Araştırma Enstitüsü’nden (WPI-AIMR) profesör Hao Li, “Bu araştırma, geleneksel tek şeritli bir yolu iki yönlü bir sokağa dönüştürmeye benziyor” dedi. “Oksidasyon ve hidrojenasyon süreçlerini ayırmak yerine bunların tek bir sistemde verimli bir şekilde birlikte akmasına izin verdik. Bu, yenilenebilir kaynaklardan kimyasal üretmenin daha akıllı ve daha sürdürülebilir yollarına doğru atılmış bir adım.”
Daha sonra araştırmacılar, reaktörlerini pilot seviye sistemlere yükseltmeyi ve ürünleri daha sürdürülebilir bir şekilde saflaştırmak için daha yeşil ayırma yöntemleri geliştirmeyi planlıyor. Ayrıca detaylı bir yaşam döngüsü analizi yoluyla sürecin çevresel ve ekonomik performansını değerlendirmeyi de amaçlıyorlar.
Verimlilik, dayanıklılık ve basitliği bir araya getiren çalışma, her reaksiyondan daha fazla değer elde etmek için yenilenebilir hammaddeler ve temiz elektrik kullanarak daha pratik ve sürdürülebilir kimyasal üretimine giden yolu açıyor.
