Karbon Yakalama Amacıyla Geliştirilen Elektrokimyasal Cihaz

7 Mart 2022 nevermore

İklim değişikliği, insanlığın karşı karşıya olduğu en büyük çevresel sorunlardan biridir. Atmosferdeki karbondioksit (CO₂) seviyelerinin artması, sera gazlarının yoğunluğunu artırarak küresel ısınmayı tetiklemekte ve çeşitli doğal felaketlere yol açmaktadır. Bu bağlamda, sera gazlarının azaltılması ve atmosferdeki karbon miktarının kontrol edilmesi büyük önem taşımaktadır. Karbon yakalama teknolojileri, havadan CO₂‘nin alınması, depolanması veya kullanılabilir hale dönüştürülmesi için geliştirilen yöntemlerdir. Bu teknolojiler, endüstriyel tesislerden ve enerji üretiminden kaynaklanan CO₂emisyonlarını azaltmanın yanı sıra, atmosferdeki CO₂ seviyelerini düşürme potansiyeline sahiptir.

Bilim insanlarının yeni araştırması iklim değişikliğinin önemli seviyelere ulaştığı günümüzde çığır açacak nitelikte. Karbon yakalama teknolojilerinin önem kazandığı günümüzde Delaware Üniversitesi mühendisleri, havadaki karbondioksiti etkili şekilde yakalamanın bir yolunu keşfetti. Bu yeni teknoloji, karbondioksitin filtrelenmesi için çok önemli bir mihenk taşı. Aynı zamanda çevre dostu yakıt hücrelerinde kullanılması da söz konusu. Profesör Yushan Yan’ın başında olduğu ekibin çalışması Nature Energy dergisine de konu oldu.

İçindekiler

Yakıt Hücresi Verimliliği Açısından Önemi

Yakıt hücreleri, yakıtın kimyasal enerjisini doğrudan elektriğe dönüştürerek çalışır. Dolayısıyla hibrit veya sıfır emisyonlu araçlarda ulaşım için kullanılabilirler. Ekip bir süredir hidroksit değişim membranı (HEM) yakıt hücrelerini geliştirmek için çalışıyor. Çalışma, günümüzde kullandığımız asit bazlı yakıt hücrelerine ekonomik ve çevre dostu bir alternatif niteliğinde.

karbon yakalama — Delaware Üniversitesi araştırma ekibinin spiral sargılı modülü, hidrojen ve havayı iki ayrı girişten (soldan) alır ve iki geniş alanlı, katalizör kaplı kısa membranlardan geçtikten sonra karbondioksit ve karbondioksitsiz hava (sağdan) yayar. Sağdaki resim, kısmen moleküllerin kısa devreli membran içinde nasıl hareket ettiğini gösteriyor.

Ancak HEM yakıt hücrelerinin ekibi zorlayan ciddi bir eksikliği var. Havadaki karbondioksite son derece duyarlılar. Bu durumu karbondioksitin bir HEM yakıt hücresinin nefes almasını zorlaştırdığı şeklinde düşünebiliriz. Bu kusur, yakıt hücresinin performansını ve verimliliğini %20’ye kadar düşürüyor. Dolayısıyla pratikte yakıt hücresinin benzinli bir motordan farkı kalmıyor. Yan’ın araştırma grubu, 15 yılı aşkın bir süre boyunca bu karbondioksit bilmecesine çözüm aradı.

Birkaç yıl önce, araştırmacılar bu dezavantajın aslında karbondioksitin uzaklaştırılması için bir çözüm olabileceğini fark ettiler. Ekip mekanizmayı dikkatlice incelediğinde, yakıt hücrelerinin etkileşime girdiği karbondioksitin neredeyse tamamını yakaladığını keşfetti. Bu tabi ki yakıt hücresi açısından iyi bir şey değil. Ancak kendi kendini temizleme sürecini ayrı bir cihazda gerçekleştirirlerse bunu harici bir karbondioksit seperatörüne dönüştürebilirlerdi. Yapılan çalışmalar sonucunda araştırma grubunun yaklaşımının doğru olduğu anlaşılmıştır. Doğru dizayn ve tasarımla tek seferde karbondioksitin %99’unu ayrıştırabilecek bir potansiyel söz konusuydu.

Havadaki Karbondioksiti Yakalama Teknolojisi

Elektrokimyasal teknolojiye sahip güç kaynağını, ayırma membranının içine yerleştirmenin bir yolunu buldular. Bu yaklaşım, cihazın dahili olarak kısa devre olmasından ibaretti. Riskli olmasına rağmen yakıt hücresini hidrojenle kontrol etmeyi başardılar. Bu metot sayesinde bipolar plakalar, akım toplayıcılar, elektrik kabloları gibi hacimli bileşenlere kullanmaya gerek kalmadı.

Böylelikle araştırma grubu, sürekli ve anlık olarak havadaki karbondioksiti yakalayan bir elektrokimyasal cihaz geliştirdi. Cihazın kablolarını membranın içine gömmek, karbondioksit parçacıklarının geçişini kolaylaştıran bir kısa yol oluşturdu. Ayrıca ekibin küçük bir hacimde geniş bir yüzey alanına sahip kompakt, spiral bir modül inşa etmesini sağladı. Yani bir seferde daha fazla miktarda havayı filtreleyebilen daha küçük bir paket söz konusu. Bu da onu yakıt hücresi uygulamaları için hem etkili hem de uygun maliyetli hale getiriyor.

Elektrokimyasal Cihaz Nerelerde Kullanılır?

Araştırma grubunun sonuçları, 2×2 inç boyutundaki bir elektrokimyasal hücrenin, dakikada yaklaşık 2 litre hızla akan havada bulunan karbondioksitin yaklaşık %99’unu filtreleyebildiğini gösterdi. Bir otomotiv uygulaması için ölçeklendirilen cihaz, başka yerlerde de karbon yakalama için kullanılabilmektedir. Delaware Üniversitesi patentli teknoloji, filtrasyonun kritik olduğu uzay gemilerinde veya denizaltılarda daha verimli karbondioksit giderme cihazları sağlayabilir. Elektrokimyasal sistem hidrojenle çalıştırıldığından, hidrojen ekonomisi geliştikçe enerji tasarrufu önlemi olarak hava sirkülasyonunun istendiği uçaklarda ve binalarda da kullanılabilir.

Tavsiye İçerik : ‘Havadaki Nemden Elektrik Üretimi’