CO2’yi Yenilenebilir Propan Yakıtına Verimli Şekilde Dönüştüren Yenilikçi Elektrolizör
(scienceswitch.com)- CO2’yi doğrudan propana dönüştüren bir elektrolizör, ucuz ve kolay bulunabilen malzemelerle hayata geçirilerek sera gazı azaltımı ve yenilenebilir kimyasalların üretimi için potansiyel ortaya koyuyor
- Ucuz metaller ve organik bileşikler temelinde geliştirilen özgün katalizör sistemi ile üç karbon atomundan oluşan propan üretiliyor
- Şimdiye kadar son derece zor olan CO2’nin çok karbonlu moleküllere dönüştürülmesi sorununu deneyler ve hesaplamalı modelleme ile ele alarak katalizörün reaksiyon aktivitesi ve seçiciliği açıklığa kavuşturuldu
- Sürekli akış (continuous-flow) tasarımı, mevcut kesikli üretim yöntemlerinin sınırlarını aşarak kesintisiz ve ölçeklenebilir propan üretimini mümkün kılıyor
- 2050 net sıfır hedefiyle bağlantılı bu çalışma, devlet kurumları ve küresel bir propan şirketinin desteğiyle sürdürülebilir kimyasal üretimde ilerleme sağlıyor
Elektrolizöre genel bakış
- Illinois Institute of Technology (IIT) araştırmacıları, karbondioksiti verimli şekilde propana dönüştüren bir elektrolizör geliştirdi
- Ucuz ve kolay bulunabilen malzemeler kullanılarak hayata geçirildi
- Araştırma sonuçları Nature Energy’de yayımlandı
- Sera gazı emisyonlarının azaltılması ve yenilenebilir kimyasalların üretimi için önemli bir potansiyel sunuyor
- Araştırmaya liderlik eden Mohammad Asadi: “Yenilenebilir kimyasalların üretimi son derece önemli; bu, bugün günlük olarak kullandığımız kimyasalları kaybetmeden karbon döngüsünü kapatmanın en iyi yolu”
Temel teknoloji — katalizör sistemi
- Ucuz metaller ve organik bileşiklerden yararlanan özgün katalizör sistemi, yeniliğin merkezinde yer alıyor
- Propan, üç karbon atomundan oluşan ve yaygın kullanılan bir yakıt
- CO2’yi propan gibi karmaşık çok karbonlu moleküllere dönüştürmek şimdiye kadar son derece zorlu bir konu olmuştu
- Deneyler ve hesaplamalı modelleme birleştirilerek katalizörün yüksek reaksiyon aktivitesine ve propana yönelik seçiciliğe nasıl ulaştığı ortaya kondu
- Katalizörün performansını ve kararlılığını etkileyen temel faktörler belirlendi
Sürekli akış tasarımının avantajları
- Sürekli akış (continuous-flow) elektroliz tasarımı, bu teknolojinin başlıca güçlü yönlerinden biri
- Kesintisiz ve ölçeklenebilir propan üretimini mümkün kılıyor
- Mevcut kesikli (batch) CO2 dönüşüm sistemlerinin sınırlarını aşıyor
- Laboratuvar ölçeğinde prototipin hayata geçirilmesi, ticari olarak uygulanabilir sürdürülebilir enerji çözümleri geliştirme kararlılığını gösteriyor
Önemi ve iş birlikleri
- 2050 yılına kadar net sıfır sera gazı emisyonu hedefine yönelik ulusal çabalarla uyumlu
- Advanced Research Projects Agency-Energy gibi devlet kurumlarından olumlu değerlendirme ve destek aldı
- Teknolojiyi optimize etmek ve yaygınlaştırmak için küresel propan şirketi SHV Energy ile iş birliği yapılıyor
- SHV Energy’den Keith Simons: “Bu, vazgeçilmez yakıtın dünya çapındaki kullanıcıları için amaca yönelik propan üretiminde yeni bir e-fuel yolu açan heyecan verici bir ilerleme”
- Endüstriyel karbon emisyonlarını azaltma potansiyelinin yanı sıra sürdürülebilir ve yenilenebilir kimyasal üretime doğru önemli bir adım
1 yorum
Hacker News yorumları
Asıl bilimsel içerik şu kısım: “Anyon değişim iyonomeriyle kaplanmış 1-ethyl-3-methylimidazolium işlevselleştirilmiş Mo3P nanoparçacık katalizör sistemi, bir elektrolizörde tersinir hidrojen elektroduna göre −0.8V’de, 100 saat boyunca −395 mA cm−2 akım yoğunluğu ve %91 Faraday verimiyle CO2’den propan üretiyor”
Neredeyse inanması güç derecede iyi; ticari olarak anlamlı reaksiyon hızı, verim ve süre aralığı gösteriyor.
Patentini muhtemelen çoktan almışlardır; bu yüzden 20 yıl sonra patent süresi dolduğunda, yakalanan CO2’yi işlemenin standart yolu hâline geleceğini düşünüyorum.
Teknoloji gerçekten o kadar etkiliyse ve patent sahibi azıcık bile ekonomik açıdan rasyonelse, patent süresi dolmadan çok önce yakalanan CO2 işlemede bunu standart hâline getirmek için bastıracak taraf büyük olasılıkla patent sahibinin kendisi olur.
Patent sistemi yalnızca avantajlardan ibaret değil, ama bu tabloda göz ardı edilemeyecek kadar büyük bir unsur.
Özeti, elektrokatalitik enerji dönüşüm hücresinin elektroduna tri-transition metal phosphide katalizörleri ekleyerek hidrojen gazı üretme yöntemleri ve cihazlarıyla ilgili.
Google Patents “M03P” diye yazıyor ama PDF özeti “MO3P” diyor; metin bağlamında ise açıkça “Mo3P”.
Bu patent tam olarak bu teknoloji olmasa bile, ek Şekil 20’de ImF-Mo3P katalizörünün “pristine Mo3P nanoparticles”tan daha iyi olduğunu gösteriyor ve yazarların ilgili birden fazla patenti var; dolayısıyla bu teknoloji için de patent başvurusu yapmış olmaları muhtemel.
Günümüzde yoğunlaştırılmış CO2’nin neredeyse tamamı fosil yakıt tüketiminden geliyor; bunu propana çevirip gemilerde ya da ev tipi kazanlarda yakarsanız karbonu iki kez kullanmış olursunuz, ama sonuçta atmosfere salınır.
Kilit nokta, atmosferik karbon yakalama + katalitik propan üretimi + propan yakmanın toplam verimi.
Yanma ısısının mutlaka gerekli olduğu süreçlerde veya propanın taşınabilirliğinin elektriğe göre büyük avantaj sağladığı durumlarda hesap tutabilir; ayrıca yenilenebilir enerji dönemleri arasında bir elektrik depolama ortamı da olabilir.
Sonuçta her şey sayılara bağlı.
Örneğin arabam LPG olarak 100 kWh yakarsa, egzoz gazından kaç kWh’lik propan geri kazanılabilir ve bunun için kaç kWh elektrik koymak gerekir, merak ediyorum.
Bu yöntemin CO2’nin az miktarda bulunmasının yeterli olup olmadığı, yoksa O2 içermeyen yoğunlaştırılmış CO2 atmosferi gerektirip gerektirmediği net değil.
Havadaki %0,4 CO2’yi ayırmak pahalı.
Amaç yüksek fırın gibi yerlerden çıkan yoğunlaştırılmış CO2’yi kullanmaksa, bunun sahada hemen mi kullanılacağı, uzun mesafeli boru hattıyla mı taşınacağı, yoksa tüplere mi doldurulacağı da bir mesele.
Elektrikle ikame edilemediği için mutlaka propan yakılması gereken kullanım alanları olup olmadığını da merak ediyorum.
Avrupa’da yazın gaz satın alıp kışın ısınmada kullanmak için devasa doğal gaz depolama tesisleri var.
Yenilenebilir bir şekilde benzer bir depolama aracına ihtiyaç doğacak; bu depolar yeşil propan ile doldurulabilirse harika olur.
Mevcut ısıtma altyapısı korunabilir ve yazın güneş enerjisindeki fazla üretim mükemmel biçimde değerlendirilebilir.
Açıkçası inanması güç olacak kadar iyi.
Okyanus aşırı büyük gemileri tüm rota boyunca bataryayla işletmek neredeyse imkânsız, ama LPG, yani pratikte propan/bütan karışımıyla mümkün.
Daha büyük hidrokarbonlara bağlayan ek kimya veya biyoteknoloji geliştirilirse, havacılık sentetik yakıtları için öncül madde olarak da kullanılabilir.
Şu anda propan kullanan çok fazla şey var ve bunların hepsini elektriğe dönüştürmektense yenilenebilir propan göndermek çok daha kolay.
Elektrikli yaparsanız 13k/220 = 60A bağlantı gerekir; bu da buradaki ev tipi kablolama standardının 3 katı.
Ve bu sürecin girdisi olarak kullanmak için fazla düşük olduğu doğru.
2019’da Stanford’un benzer şekilde duyurduğu şey ne oldu acaba? https://news.stanford.edu/2019/10/17/new-catalyst-helps-turn-carbon-dioxide-fuel/
Rutenyum ve iridyum kararlı katalizörler olarak bilinir, ancak en nadir elementler arasındalar.
Stanford tarafındaki yapı Ru kullanmıştı; bu makale ise yalnızca bol bulunan malzemeler öneriyor gibi görünüyor.
Büyük ölçekte kullanılabilir ve kararlılığı da kanıtlanırsa önemli bir ilerleme olur.
Aynı membran/katalizörün ters yöndeki süreçte de kullanılıp kullanılamayacağını merak ediyorum
Yani propanı atmosferdeki oksijenle oksitleyip su ve CO2 çıkarmak, ısı yerine doğrudan elektrik üretmek ve kayıpları büyük ölçüde azaltmak
Mümkünse enerji depolama açısından büyük anlam taşıyabilir
Propanın enerji yoğunluğu 49,6 MJ/kg; lityum iyon bataryalar ise yaklaşık 0,8 MJ/kg, yani arada 50 kattan fazla fark var
Güneş panelleriyle elektrik üretip, bu sistemle propan ya da elektrik üretip, bulutlu günler veya haftalar için piyasada satılan büyük propan tanklarından bulundurmak yeterli olur
Elektrolizör tepkimeleri genel olarak tersinirdir
Ters yönde, yani su+propan → CO2+hidrojen+elektrik sürecini iddia ettikleri %91 verimle yapabiliyorlarsa, genelde en yüksek verimi yaklaşık %60 olan gaz türbini jeneratörlerinin hepsinin yerini alabilir
Aralıklı yenilenebilir enerji üretimini propana çevirip depolama sorunu çözülebilirse zaten kazanılmış sayılır
Tipik verimlilik ne kadardır acaba?
4 H2O + 3 CO2 <=> C3H8 + 5 O2Asıl makale: https://www.nature.com/articles/s41560-023-01314-8
Bu bölgedeki yerel medya bunu muhtemelen çok büyütecektir
Çünkü çevredeki binek otomobillerin %13'ünden fazlası benzin ve LPG, pratikte çoğunlukla propan, birlikte kullanan çift yakıtlı araçlar; hibritlere de LPG takılıyor
Buna rağmen bu araçların kapalı otoparklara girmesine izin veren yerlerin hâlâ az olması komik
Elektrik fiyatlarına bakınca fosil yakıtlardan ucuzlama ihtimali yok, bu yüzden otomobillere hızlıca gireceğini sanmıyorum
Not olarak, CO2 → metan dönüşümü yapan Terraform Industries adlı bir startup var
https://terraformindustries.com/
Kurucu ortağa bu konudaki düşüncelerini sordum
https://twitter.com/ccorcos/status/1694021803654693342
Birbirleriyle nasıl karşılaştırıldıklarını merak ediyorum
“Anyon değişim iyonomeriyle kaplanmış 1-ethyl-3-methylimidazolium işlevselleştirilmiş Mo3P nanoparçacıkları” deniyor; bu malzemeleri büyük ölçekte üretmek ne kadar zor ve pahalı olur?
Molibden platin kadar nadir ya da pahalı değil, bu kesinlikle bir avantaj