Böylece sera gazı emisyonları azaltılabilir!
Bakır, CO2’i çok az enerjiyle hidrokarbon yakıta dönüştürebilen az sayıda metalden biridir. Elektrot üzerine giydirildiğinde ve voltaj uygulandığında bakır, güçlü bir katalist haline gelir ve CO2 ile elektrokimyasal reaksiyon başlatır. Bu sayede CO2 metan veya metanole çevirilebilir.
Dünyada pek çok araştırmacı bakır’ın bu özelliğini, enerji santrallerinde CO2
emisyonunun geri dönüşümü için kullanmak üzere çalışmıştır. Bakır yardımıyla metan ya da metanole çevirilen CO2 atmosfere salınmak yerine, yakıt olarak kullanılabilir ya da etilen gibi kimyasal ürünlere dönüştürülebilir. Rüzgar ya da güneş enerjisi ile birleştirildiğinde bu sistem, doğalgaz ya da kömürle çalışan santrallerde sera gazı miktarını azaltabilir.
Ancak, bakır kolay bir metal değildir: kolayca okside olur bu sebeple de kararlı bir metal değildir. Böyle olunca da karbondioksitle reaksiyonu yavaşlar ve karbonmonoksit ya da formik asit gibi istenmeyen yan ürünler çıkmasına neden olur.
MIT’de araştırmacılar, bakırın CO2’i dönüştürmesi için gereken enerjiyi daha da azaltmak ve daha kararlı bir metal gibi davranması için bir çözüm geliştirdiler. Araştırma grubu bakırla altının birleştiği çok küçük nanoparçacıklar geliştirdiler. Bu parçacıklar korozyon ve oksidasyona dayanıklı. Altının dokunuşuyla bakır çok daha kararlı hale geliyor ve deneyler de elektrotlar bu nanoparçacıklarla kaplandığında saf bakıra göre çok daha az enerji ile CO2 ile tepkimeye girmesi sağlanabiliyor.
Normalde karbondioksiti yararlı bir şeye dönüştürmek için çok fazla enerji sarfetmek gerekli ike; sonuçları güç santrallerinde CO2 emisyonunu azaltmanın enerji verimli bir yöntemine işaret eden araştırmanın sonuçları detaylı olarak Journal of Chemical Communications’da yayınlanacak. Araştırma makina mühendisliği ve biyoloji mühendisliği bölümlerinin işebirliğinde gerçekleştirilmiş.
Ön çalışmada bakırla altın büyük parçalar olarak birleştirilmiş ve bakırın oksidasyon eğiliminde azalma gözlenmiş. Sonrasında nanoparçacık boyutunda çalışılmış böylece de karbondioksitle temas edecek yüzey alanı genişletilmiş. Bu nanoparçacıkları oluştururken de altın içeren tuz, bakır tuzu çözeltisi ile karıştırılmış. Çözelti ısıtılarak bakırla altının birleştiği nanoparçacıklar elde edilmiş. Daha sonra bu parçacıklar bir dizi reaksiyondan geçirilmiş ve çözelti, küçük bir elektrotun kaplanabileceği toz haline getirilmiş.
Nanoparçacıkların reaktivitesini ölçmek için elektrot bir beher sıvının içinde iken karbondioksit kabarcıkları çözeltiye verilmiş. Elektrota küçük bir voltaj uygulanmış ve çözeltide ortaya çıkan akım ölçülmüş. Araştırma ekibi ortaya çıkan akımın, nanoparçacıkların CO2 ile reaksiyonunun ne kadar etkin olduğunun bir göstergesi olduğu sonucuna varmışlar: eğer belli bir akım değeri korunuyorsa CO2’in elektrotla reaksyiona girdikten sonra ayrılması ve yeni moleküllerin reaksiyonu ile devam ettiği; akım değeri düşüyorsa moleküllerin elektrot üzerinde reaksiyona girdiği parçacıkları bırakmadığı ve reaksiyonun yavaşladığı şeklinde. Ekip, hibrit bakır altın nanoparçacıklarında sabit akım değeri elde etmek üzere ihtiyaç duyulan voltaj değerinin saf bakır ve altına göre çok daha az olduğunu görmüş.
Çalışma bakır-altın nanoparçacıkların yapısının detay incelemeleriyle devam edecek. Şu ana kadar 1/3 altın, 2/3 bakırdan oluşan nanoparacıklarla verimli sonuçlar elde edilebildiği gibi 2/3 altın, 1/3 bakırdan da benzeri sonuçlar elde edilmiş. Elbette endüstriyel ölçekte elektrotun altınla kaplanması pahalı olabilir. Ancak enerji tasarrufu ve tekrar kullanılabilme potansiyeli ilk yatırım maliyetini dengeleyecektir.
http://web.mit.edu/newsoffice/2012/hybrid-copper-gold-nanoparticles-convert-co2.html adresinde yayınlanmış MIT News makalesinden adaptasyondur.