Ren bölgesinde kömür sadece elektrik üretimi için önemli bir yakıt değildir. Kimya endüstrisi de kömürü hayati öneme sahip temel bileşikler üretmek için kullanıyor. Ancak kömür kullanımdan kaldırıldığında bu malzemelerin başka yenilenebilir kaynaklardan sağlanması gerekecek. Bunlardan biri, asetik asit ve çeşitli polimerlerin oluşturulması için gerekli olan ve CO olarak da bilinen karbon monoksittir.
Karbondioksitin Elektrokimyasal Olarak Karbon Monoksite Dönüşümü
Bunun için Forschungszentrum Jülich’teki araştırmacılar, çevre için elverişli ve yenilenebilir enerjiye dayalı bir teknoloji geliştiriyor. Sera gazı CO2 elektrokimyasal olarak karbon monoksite dönüştürülüyor ve bu da yakıt olarak kullanılıyor. Şimdi önemli bir engeli aşan araştırmacılar, büyük ölçekli uygulamalar için ölçeklenebilir bir hücre yığını oluşturdular.
Çalışma, Ren bölgesinde istihdam artışını ve istihdamın korunmasını teşvik etmek için yenilenebilir tabanlı süreçlerin kullanılmasını amaçlayan iNEW yapısal dönüşüm projesinin bir bileşenidir.
“Endüstri tipik olarak CO’yu yerel olarak büyük ölçekte üretmektedir. Zehirli ve son derece yanıcı bir gaz olduğu için taşınması zordur” diye açıklıyor Jülich Enerji ve İklim Araştırmaları Merkezi (IEK-9) yüksek lisans öğrencisi Maximilian Quentmeier. Tipik olarak bu gaz, yetersiz oksijen kaynağı ile kömürün yakılmasıyla ortaya çıkar.
Ancak kömür kullanımdan kaldırıldıkça yerine yeni prosedürler gerekecektir. CO gelecekte de temel bir kimyasal olarak gerekli olmaya devam edecektir. Diğer şeylerin yanı sıra, örneğin yalıtım panelleri ve gözlük camları üretmek için kullanılan polikarbonatların ve poliüretanların oluşturulması için gereklidir.
Maximilian Quentmeier, patronu Bernhard Schmid ile birlikte CO2‘den CO’ya elektroliz olarak bilinen bir prosedür üzerinde çalışıyor. Yöntem, gaz difüzyon elektrodu olarak bilinen, ön tarafında sıvı veya katı elektrolitin yanında gözenekli bir elektrot olan ve arka tarafında CO2 ile beslenen bir cihazdan yararlanıyor. Elektrot, iki ortamı ve elektrik akımını birbirine bağlayarak sonuçta “yeşil” karbon monoksitin, CO, oluşmasını sağlıyor.
İklim için potansiyel olarak zarar verici
Bu yöntem kimya endüstrisine fayda sağlamanın yanı sıra çevrenin korunmasına da yardımcı oluyor. “CO2 elektroliz tesisleri, yenilenebilir enerji ile çalışırsa iklim açısından nötr olarak çalışacaktır. Hatta karbondioksit, doğrudan hava toplama ya da biyogaz üretimi gibi yollarla çevreden elde edilirse yöntem iklim açısından nötr bile olabilir” diye ekliyor Bernhard Schmid.
Genel olarak, yöntem atmosferik CO2 konsantrasyonunu aktif olarak düşürebilir. Bernhard Schmid’e göre, geleceğin yenilenebilir plastikleri teorik olarak ahşap gibi bir karbon yutağı görevi görecek.
Quentmeier ve Schmid, ticarileşme yolunda önemli bir kilometre taşına ulaşmış durumdalar. Çok sayıda değişiklik yaparak ve parçaları değiştirerek tekli hücreyi yığın tipi bir elektrolizöre dönüştürmeyi başardılar ve bunu bir dizi performans testinde test ettiler. Bulgular ACS Sustainable Chemical Engineering’de yakın zamanda yayımlandı.
Hücreler bir yığın halinde sıkıca üst üste dizilir. Büyük tek bir hücreyi üretmek, daha küçük hücrelerden oluşan bir yığını üretmekten daha pahalıdır. “Bir hücreden bir yığın oluştururken dikkate alınması gereken çeşitli faktörler vardır. Örneğin, gaz reaksiyon hücreleri normalde laboratuvar ortamlarında desteklenmeyen birkaç odacığa sahiptir. Bir yığının hücreleri, geçirgen olmaya devam ederken sıkıştırma stresini tolere etmelidir” diye açıklıyor Maximilian Quentmeier.
Jülich araştırmacıları, gerçekçi proses koşulları varsayımı altında elektrik akımı toplayıcısının ve gaz akış alanının tasarımını optimize etti. Elektrolit boşluğu, alışılagelmiş sıvı elektrolit yerine iyonik olarak iletken sentetik reçineden oluşan polimer elektrolitten geçen katı bir akışla yapısal olarak desteklenmiştir.
Membran ve anot arasındaki elektrolit haznesi de araştırmacılar tarafından yaratıcı bir anot tasarımı sayesinde tamamen ortadan kaldırılabilmiştir. İki hücreyi birbirine bağlayan bipolar plaka, yığının katot ve anotu, yani yakındaki hücrelerin pozitif ve negatif elektrotları olarak görev yapıyor.
Yığın, verimlilik açısından optimize edilmemiş modüler bileşenler kullanılarak mevcut deney düzeneğinde %30 verimliliğe ulaşıyor. Enstitü Başkanı Prof. Rüdiger-A. Eichel şöyle diyor: “Zaten 100°C’nin altında çalışan bu tür bir süreç için bu oldukça umut verici bir sonuç.
“Tesisin mimarisi, örneğin yüksek sıcaklıktaki ko-elektroliz ile karşılaştırıldığında oldukça basit ve sentez gazı yerine saf CO üretiyor, bu da birçok uygulama için işlemeyi daha da kolaylaştırıyor. Sonuç olarak, Ren bölgesindeki endüstriyel işletmeler, platform kimyasalı CO’yu merkezi olmayan bir şekilde tedarik ederek nakliye maliyetlerinden tasarruf edebilirler” dedi. Eichel’e göre. Hücre yığını, seri üretime tamamen hazır olduğu noktaya ulaşmak için bundan sonra daha fazla araştırma ve verimlilik geliştirmelerinden geçecek.
Kaynak: techxplore.com/news – Forschungszentrum Juelich
