Enerji dönüşümü sadece yeni kaynaklar değil, aynı zamanda enerjiyi depolamak ve taşımak için verimli yollar da gerektiriyor. Kiel Üniversitesi’ndeki (CAU) bilim adamları, en önemli sera gazlarından biri olan karbondioksiti (CO₂) metana dönüştürebilen yeni bir katalizör geliştirdiler. Bu gaz çok yönlü bir enerji taşıyıcısı olarak hizmet vermektedir ve doğrudan mevcut doğal gaz şebekelerine beslenebilmektedir.
Yeni katalizör ucuz, dayanıklı ve endüstriyel olarak kullanılan malzemelerden daha iyi performans gösteriyor. Bulgular az önce yayınlandı ChemSusChem.
Enerjiden gaza: CO₂’nın metan olarak depolanması
Temelde bulunan enerjiden gaza (PtG) konsepti, yenilenebilir enerjiyi kimyasal formda depolar. Araştırmacılar elektriği kullanarak önce hidrojen üretiyor ve ardından bunu CO₂ ile reaksiyona sokarak metan oluşturuyor. DFG Öncelik Programı SPP 2080 kapsamında Kiel alt projesine liderlik eden Kiel Üniversitesi İnorganik Kimya Enstitüsü’nden Profesör Malte Behrens, “Gerçek dünya koşullarında, reaksiyon karışımı, rüzgar ve güneş enerjisinden gelen değişen elektrik tedariği nedeniyle dalgalanıyor. Bu nedenle, bu tür değişken koşullar altında bile güvenilir performans gösteren katalizörlere ihtiyacımız var” diyor.
Bu disiplinlerarası proje kimya, fizik, malzeme bilimi ve mühendisliği birleştiriyor. Öncelikli araştırma alanı olan “Kiel Nano, Yüzey ve Arayüz Bilimi”nin (KiNSIS) tipik bir örneği olan bilim insanları, atom ölçeğinden teknik uygulamalara kadar malzemeleri inceliyor ve bunların özelliklerini pratik kullanıma uygun hale getiriyor.
Nanoyapı verimliliği artırıyor
Kiel ekibi yeni katalizör için kanıtlanmış bir konsepti uyarladı: Nikel ve magnezyum elementlerini atom seviyesinde birleştirdiler. Bu kontrollü birlikte kristalleşme, reaktördeki gerçek reaksiyondan hemen önce magnezyum oksit ile stabilize edilen küçük nikel parçacıklarına ayrılan katı bir çözelti oluşturur. Magnezyum oksit aynı zamanda CO₂ adsorpsiyonunu da artırarak reaksiyonu özellikle verimli hale getirir.
Araştırmanın ilk yazarı, doktora araştırmacısı Anna Wolf, “Bu nano ölçekli yapı çok önemli” diyor. “Nikel parçacıkları eşit şekilde dağılmış halde kalıyor ve magnezyum oksit, metan oluşumunu önemli ölçüde destekliyor.”
Sonuç etkileyici: Katalizör, 260°C gibi nispeten düşük sıcaklıklarda bile büyük miktarlarda CO₂’yi metana dönüştürüyor. Pratik açıdan bakıldığında, yalnızca 1 kilogram malzeme, bir haftadan kısa sürede tek aileli bir evi bir yıl boyunca ısıtmaya yetecek kadar metan üretebiliyor.
Laboratuvardan endüstriyel uygulamaya
Ekip başarısını her sentez adımının dikkatli optimizasyonuna bağlıyor. Behrens, “Her şey kanıtlanmış bir konsepti yeni bir malzeme sistemine aktarma fikriyle başladı” diyor. “Katalizörümüzün artık endüstriyel malzemelerden daha iyi performans göstermesi, sistematik temel araştırmanın değerini vurguluyor.”
Araştırmacılar şimdi laboratuvar sonuçlarını büyütüyor ve katalizörü Hamburg Üniversitesi’ndeki ortaklarıyla birlikte gerçek PtG koşulları altında test ediyor. Öncelik Programı SPP 2080, “Enerji Depolama ve Dönüşümü için Dinamik Çalışma Koşullarında Katalizörler ve Reaktörler”, Karlsruhe Teknoloji Enstitüsü (KIT) tarafından koordine edilmektedir. On iki alt projede, Almanya’nın dört bir yanından araştırma ekipleri bu zorluk üzerinde yakın bir şekilde birlikte çalışıyor.
