Sera Gazını Yakıta Dönüştüren Yeni Yöntem

Yeni geliştirilen bir yöntem metan gazını sıvı metanole dönüştürüyor.

Bir araştırma ekibi, fotooksidasyon olarak bilinen bir süreç ile bakır gibi hafif geçiş metallerini kullanarak metanı başarılı bir şekilde metanole dönüştürdü. Chemical Communications dergisinde yayınlanan araştırmaya göre, reaksiyon, oda koşulları altında (25 °C ve 1 bar) metan gazını sıvı yakıta dönüştürmek için bugüne kadar elde edilen en iyi reaksiyondu. 

Bir basınç birimi olarak bar terimi, ağırlık (baros) anlamına gelen Yunanca kelimeden gelir. Bir bar, deniz seviyesindeki (101.325 Pa) standart atmosfer basıncına yakın 100.000 Paskal’a (100 kPa) eşittir.

Çalışmanın bulguları, benzin ve dizele alternatif yakıtların üretimi için doğal gazın bir enerji kaynağı olarak erişilebilir hale getirilmesine yönelik çok önemli bir adım olarak görülüyor. Doğal gazın bir fosil yakıt olmasına rağmen metanole dönüştürülmesi aynı kategorideki diğer sıvı yakıtlara göre daha az karbondioksit (CO2) üretir.

Metanol, biyodizel üretiminde ve çeşitli ürünleri sentezlemek için kullanıldığı Brezilya’daki kimya endüstrisinde hayati önem arz etmektedir. Ayrıca, atmosferden metan toplanması, iklim değişikliğinin olumsuz sonuçlarını azaltmak için kritik öneme sahiptir, çünkü örneğin CO2 gibi gazlar küresel ısınmaya 25 kat daha fazla katkıda bulunma potansiyeli taşır. 

Makalenin ilk yazarı, São Carlos Federal Üniversitesi (UFSCar) Fizik Bölümü’nde bir doktora öğrencisi olan Marcos da Silva, Agência FAPESP’e verdiği demeçte “Bilim camiasında gezegenin metan rezervlerinin büyüklüğü hakkında büyük bir tartışma var. Bazı tahminlere göre, diğer tüm fosil yakıtların toplam enerji potansiyelinin iki katı olabilir. Yenilenebilir kaynaklara geçişte bir noktada tüm bu metandan yararlanmamız gerekecek” dedi. 

Çalışma, FAPESP, Yüksek Araştırma Konseyi (CAPES, Eğitim Bakanlığı’na bağlı bir kurum) ve Ulusal Bilimsel ve Teknolojik Gelişim Konseyi (Bilim, Teknoloji ve Yenilik Bakanlığı’nın bir kolu olan CNPq) tarafından desteklendi.

Silva’nın tez danışmanı ve makalenin son yazarı olan UFSCar’da profesör olan Ivo Freitas Teixeira’ya göre, çalışmada kullanılan fotokatalist önemli bir yenilikti. “Grubumuz, metanı tek bir aşamada oksitleyerek önemli ölçüde yenilik yaptı” dedi. “Kimya endüstrisinde bu dönüşüm, hidrojen ve CO2’nin en az iki aşamada ve çok yüksek sıcaklık ve basınç koşullarında üretilmesiyle gerçekleşir. Daha az enerji harcarken ılıman koşullarda metanol elde etme başarımız ileriye doğru atılmış büyük bir adımdır.”

Fotokatalistler

Laboratuvarda, bilim insanları aktif görünür ışık fotokatalistleri üretmek için toprakta bol bulunan geçiş metallerinden, özellikle bakırı kullanarak poliheptazin imid (PHI) formunda kristalli karbon nitrürü sentezlediler. Daha sonra fotokatalistleri, başlatıcı olarak hidrojen peroksit ile metan oksidasyon reaksiyonlarında kullandılar. Bakır-PHI katalizörü, özellikle metanol (malzemenin gramı başına 2.900 mikromol veya dört saatte umol.g-1) olmak üzere büyük miktarda oksijenli sıvı ürünler üretti.

Teixeira, “Çok miktarda su ve oksitleyici bir madde olan sadece az miktarda hidrojen peroksit kullanmak gibi kimyasal reaksiyon için gerekli olan en iyi katalizörü ve diğer koşulları keşfettik.” dedi. “Sonraki adımlar, malzemedeki aktif bakır bölgeleri ve bunların reaksiyondaki rolü hakkında daha fazla bilgi sahibi olmayı içeriyor. Ayrıca reaksiyonun kendisinde hidrojen peroksit üretmek için oksijeni doğrudan kullanmayı planlıyoruz. Başarılı olursa, bu süreci daha da güvenli ve ekonomik olarak uygulanabilir kılacaktır.” 

Grubun araştırmaya devam edeceği bir başka nokta da bakırla ilgili. “Dispers bakırla çalışıyoruz. Makaleyi yazdığımızda, izole atomlarla mı yoksa kümelerle mi uğraştığımızı bilmiyorduk. Artık bunların kümeler olduğunu biliyoruz” diye açıkladı. 

Çalışmada bilim insanları saf metan kullandılar, ancak gelecekte gazı biyokütle gibi yenilenebilir kaynaklardan çıkaracaklar.

Birleşmiş Milletler’e göre metan, sanayi öncesi çağdan bu yana küresel ısınmanın yaklaşık %30’una neden oldu. İnsan faaliyetlerinden kaynaklanan metan emisyonları, 2045 yılına kadar yaklaşık 0.3°C’lik bir artıştan kaçınarak, önümüzdeki on yılda %45’e kadar azaltılabilir.

Bir fotokatalizör kullanarak metanı sıvı yakıta dönüştürme stratejisi yenidir ve ticari olarak mevcut değildir, ancak yakın vadede potansiyeli önemlidir. “Araştırmamıza dört yıldan fazla bir süre önce başladık diyen Teixeira, ABD ve Birleşik Krallık’taki üniversitelere bağlı araştırmacılar tarafından Science dergisinde yayınlanan bir araştırmaya atıfta bulunarak, 2017’de Profesör Hutchings ve grubunun kendi araştırmamızı motive eden sonuçlarından çok daha iyi sonuçlara sahibiz.” şeklinde açıklamalarda bulundu

^[1]“Selective methane photooxidation into methanol under mild conditions promoted by highly dispersed Cu atoms on crystalline carbon nitrides” by Marcos A. R. da Silva, Jéssica C. Gil, Nadezda V. … Continue reading^[2]“Aqueous Au-Pd colloids catalyze selective CH4 oxidation to CH3OH with O2 under mild conditions” by Nishtha Agarwal, Simon J. Freakley, Rebecca U. McVicker, Sultan M. Althahban, Nikolaos … Continue reading.

[cite]