Sıvı metallerle çalışan yeni amonyak üretim yöntemi, bu kimyasalın üretiminden kaynaklanan karbon ayak izini önemli ölçüde düşürerek çevreye daha duyarlı bir üretim süreci sunabilir.
Amonyak, gıdalarımızın çoğunu beslemek için gübre olarak kullanılır, aynı zamanda depolama için güvenli bir şekilde taşımak için bir taşıyıcı olarak temiz enerji alanında da rol oynar.
Ancak küresel amonyak üretimi, açıdan büyük bir maliyet getiriyor: Dünya çapındaki enerjinin %2’sinden fazlasını tüketiyor ve küresel karbon emisyonlarının %2’sine kadarına neden oluyor.
RMIT Araştırma Görevlisi ve çalışmalarını başlatan Dr. Karma Zuraiqi, geliştirdikleri daha çevre dostu alternatifin, azot ve hidrojeni amonyak ayırma için kullanılan yüzyıllık Haber-Bosch yöntemine kıyasla %20 daha az ısı ve %98 daha az basınç gerektirdiğini belirtti.
Mühendislik Fakültesi’nden Zuraiqi, “Mevcut amonyak üretimi, Avustralya’nın iki katı karbon emisyonuna neden oluyor. Bu süreci iyileştirebilir ve daha az enerji yoğun hale getirebilirsek, karbon emisyonlarında büyük bir azalma sağlayabiliriz.” diye ekledi.
RMIT başkanlığında yapılan ve Nature Catalytic dergisinde yayınlanan sonuçlarda, düşük enerjili uygulamaların mevcut altın standart kadar etkili bir şekilde amonyak üretebildiği gösterildi. Bu yöntemle, basınç yerine daha çok etkili sıvı metallerin oranlarına göre değişir.
“Bizim kullandığımız bakır ve galyum, mevcut yöntemlerde katalizör olarak kullanılan değerli metal rutenyumdan çok daha ucuz ve bol miktarda bulunur.” dedi Zuraiqi.
“Bu avantajların hepsi, bunu daha da ileriye taşıyıp laboratuvar dışında test etmek istediğimiz heyecan verici yeni bir gelişme haline getiriyor.”
Sıvı metalin kurtarıcı rolü
RMIT’den Profesör Torben Daeneke’nin de yer aldığı ekip, amonyak üretimi, karbon yakalama ve enerji üretimi için sıvı metal katalizörlerin özel özelliklerini kullanmada öncülük ediyor.
Katalizör, kimyasal reaksiyonların daha hızlı ve kolay gerçekleşmesini sağlayan kendisi tüketilmeyen maddedir.
Son çalışmada, bakır ve galyum içeren küçük sıvı metal damlacıkları oluşturarak yeni bir teknik sergilendi. Bu damlacıklara, sert bir kabuk, sıvı dış çekirdek ve katı iç çekirdek yapısından dolayı “nano gezegenler” adı verildi. Bu yapı, azot ve hidrojenin parçalanmasında katalizör olarak kullanıldı.
Daeneke, “Sıvı metaller, kimyasal elementleri daha dinamik bir şekilde hareket ettirmemize olanak tanıyor. Her şeyi arayüze taşıyor ve kataliz için ideal olan daha verimli reaksiyonlara olanak sağlıyor.” dedi.
“Bakır ve galyum ayrı ayrı amonyak üretimi için kötü katalizörler olarak biliniyordu ancak birlikte kullanıldığında işlerini son derece iyi yapıyorlar.”
Testler, galyumun azotu parçaladığını, bakırın ise hidrojenin ayrışmasını sağladığını ve bu kombinasyonun mevcut yöntemler kadar etkili olduğunu ancak maliyetinin çok daha düşük olduğunu gösterdi.
“İki metalin sinerjisinden faydalanmanın bir yolunu bulduk ve bireysel aktivitelerini artırmanın bir yolunu bulduk.” dedi Daeneke.
RMIT, QUT ile ortaklaşa başvurulan patent (patent beklemede) üzerinden bu teknolojinin ticarileştirilmesine öncülük ediyor.
Sanayi için Ölçek Büyütme
Geleneksel Haber-Bosch süreciyle üretilen amonyak, yalnızca dev tesislerde ekonomik olabiliyorken ekibin geliştirdiği alternatif yaklaşım hem büyük çaplı hem de daha küçük merkezi olmayan üretim için uygun olabilir. Özellikle güneş enerjisi çiftliklerinde ucuz ve küçük miktarlarda amonyak üretilmesi, nakliye maliyetlerini ve emisyonları önemli ölçüde azaltabilir.
Gübre için amonyak üretimindeki bariz uygulamalarının yanı sıra teknoloji hidrojen endüstrisi için önemli bir kolaylaştırıcı olabilir ve fosil yakıtlardan uzaklaşmayı destekleyebilir.
Daeneke, “Hidrojeni daha güvenli ve taşınması daha kolay hale getirmenin iyi bir yolu onu amonyağa dönüştürmektir.” diye açıkladı.
“Ancak mevcut tekniklerle üretilen amonyağı hidrojen taşıyıcısı olarak kullanırsak, hidrojen endüstrisinden kaynaklanan emisyonlar küresel emisyonları önemli ölçüde artırabilir.”
“Vizyonumuz, yeşil amonyak üretim teknolojimizi hidrojen teknolojileriyle birleştirerek yeşil enerjinin yolda büyük kayıplara yol açmadan dünyanın dört bir yanına güvenli bir şekilde taşınmasını sağlamaktır.” dedi.
Bir sonraki zorluk, şu ana kadar laboratuvar koşullarında kanıtlanmış olan bu teknolojinin ölçeğini yükseltmek ve sistemi daha düşük basınçlarda çalışacak şekilde tasarlamak böylece daha geniş bir endüstri yelpazesi için merkezi olmayan bir araç olarak daha pratik hale getirmektir.
“Bu aşamada, elde ettiğimiz sonuçlar bizi oldukça heyecanlandırıyor ve bu teknolojiyi kendi endüstrileri için ölçeklendirmekle ilgilenen potansiyel ortaklarla görüşmek için sabırsızlanıyoruz.” dedi.
Bu araştırma, Avustralya Araştırma Konseyi ve Avustralya Senkrotron (ANSTO) tarafından desteklenmiştir. Moleküler etkileşimlerin analizi, RMIT’nin ileri teknoloji Mikroskopi ve Mikroanaliz Tesisinde ayrıca QUT’nin Merkez Analitik Araştırma Tesisi, Avustralya Senkrotron ve NCI Australia süper bilgisayar tesisi aracılığıyla gerçekleştirilmiştir.
Kaynaklar:
1.rmit.edu.a/news/all-news/2024/sep/liquid-metal-ammonia
2.Unveiling metal mobility in a liquid Cu–Ga catalyst for ammonia synthesis Nature Catalysis (2024)
Hazırlayan : Selin Karavul – Çukurova Üniveristesi Fizik Bölümü Öğrencisi
