editor
Northwestern Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, havadan doğrudan karbondioksit (CO2) yakalama teknolojisinin potansiyelini genişleterek bu süreci kolaylaştırabilecek çok sayıda uygun ve bol bulunan malzeme olduğunu gösterdi.
Environmental Science & Technology adlı bilimsel dergide yayımlanan “Moisture-Swing karbon yakalama için Platform Malzemeler” başlıklı çalışmada, araştırmacılar, havadaki nem oranına bağlı olarak CO2’yi yakalayıp serbest bırakan moisture-swing yöntemini mümkün kılan, daha düşük maliyetli yeni malzemeler sundu. Bu yöntemi, “karbon yakalama için en umut verici yaklaşımlardan biri” olarak tanımlıyorlar.
Atmosferdeki CO2 seviyesi artmaya devam ediyor ve küresel ölçekte karbon atıklarını azaltmaya yönelik çabalara rağmen önümüzdeki on yıllarda bu artışın süreceği öngörülüyor.
Bu nedenle, tarım ve havacılık gibi emisyonun dağınık kaynaklardan geldiği ve kontrol edilmesinin zor olduğu sektörlerin salımlarını dengelemek için havadaki fazla CO2’nin nasıl daha verimli ve ekonomik biçimde tutulabileceğine dair fikirler büyük önem taşıyor.
Nem değişimini kullanarak karbon yakalayan moisture-swing doğrudan hava yakalama (DAC) yöntemi, iklim değişikliğiyle mücadelede küresel stratejilerin temelini oluşturacak. Ancak bugüne kadar bu yöntemin ölçeklenebilirliği, çoğunlukla iyon değişim reçineleri gibi özel olarak üretilmiş pahalı polimer malzemelere bağlı kalması nedeniyle sınırlıydı.
Araştırma ekibi, DAC teknolojilerini hem daha ucuz hem de daha yaygın hale getirmek amacıyla, organik atık ya da hammadde kaynaklı sürdürülebilir, bol bulunan ve düşük maliyetli malzemeler kullanarak hem maliyetin hem de enerji kullanımının azaltılabileceğini gösterdi.
Northwestern Üniversitesi Malzeme Bilimi ve Mühendisliği doktora öğrencisi ve çalışmanın yazarlarından John Hegarty, “Bu çalışma, moisture-swing karbon yakalama için aktif karbon, nanoyapılı grafit, karbon nanotüpler ve pul grafit gibi karbon bazlı malzemeler ile demir, alüminyum ve mangan oksit gibi metal oksit nanoparçacıklarını karşılaştırmalı olarak tanıtıyor,” dedi.
“İlk kez, farklı malzemelerin CO2 yakalama potansiyelini ortaya koymak için yapısal bir deneysel çerçeve kullandık. Malzemeler arasında alüminyum oksit ve aktif karbon en hızlı tepkimeyi gösterirken; demir oksit ve nanoyapılı grafit en fazla CO2’yi yakalayabilen malzemeler oldu.”
Çalışma, gözenekli malzemelerde CO2’nin yerleşebileceği boşlukları ifade eden “gözenek boyutunun”, karbon yakalama kapasitesini öngörmede ne kadar önemli olduğunu da ortaya koyuyor. Mühendisler, bu tür araştırmaların, malzeme yapısını değiştirerek performansı artırmaya yönelik tasarım ilkelerinin geliştirilmesine katkı sağlayacağını savunuyor.
Karbon Yakalamanın Ölçeklenmesi
Geleneksel yöntemlerle atmosferik CO2’nin doğrudan yakalanması, yüksek maliyetler ve teknik karmaşıklık nedeniyle birçok pazarda rekabetçi olmayı başaramadı. Ancak daha erişilebilir ve düşük maliyetli DAC (doğrudan hava yakalama) teknolojileri, tarım, havacılık, çimento ve çelik üretimi gibi yenilenebilir enerjiyle karbonsuzlaştırılması zor ya da imkânsız sektörlerin emisyonlarını dengeleyebilir.
McCormick Mühendislik Okulu’ndan doktora mezunu Benjamin Shindel, “Moisture-swing yöntemi, düşük nem oranında CO2’yi yakalamaya ve yüksek nemde serbest bırakmaya olanak tanıyor. Bu da, CO2’yi tutan malzemenin yeniden kullanılabilmesi için genellikle gerekli olan ısıtma işlemiyle ilgili enerji maliyetlerini azaltıyor veya tamamen ortadan kaldırıyor,” dedi.
Shindel ve çalışmanın diğer yazarlarına göre bu yöntem oldukça cazip; çünkü hemen her yerden karbonun uzaklaştırılmasını mümkün kılıyor ve karbon kullanımına dayalı sistemlerle bağlantı kurarak sinerji yaratabiliyor.
Çalışmayı yöneten Malzeme Mühendisliği Profesörü Vinayak P. Dravid, “Eğer sisteminizi doğru şekilde tasarlarsanız, doğadaki doğal farklardan yararlanabilirsiniz. Örneğin gündüz-gece döngüsü ya da birinin nemli diğerinin kuru olduğu iki hava hacmi arasında fark yaratmak gibi. Bu, bazı coğrafyalarda oldukça mantıklı bir çözüm olabilir,” diyerek yöntemin doğa dostu potansiyeline dikkat çekti.
Dravid, aynı zamanda McCormick’te Abraham Harris Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Profesörü, Northwestern Üniversitesi Sürdürülebilirlik ve Enerji Enstitüsü (Paula M. Trienens Institute) üyesi, Northwestern Üniversitesi Atomik ve Nanoskobik Karakterizasyon Merkezi (NUANCE) ile SHyNE (Soft and Hybrid Nanotechnology Experimental) altyapısının kurucu direktörü ve Uluslararası Nanoteknoloji Enstitüsü’nün küresel programlar direktör yardımcısı.
Çalışmanın başyazarlığını paylaşan Shindel ve John Hegarty‘ye ek olarak, Weinberg Sanat ve Bilim Koleji’nden doktora öğrencisi Michael L. Barsoum ve danışmanı, Northwestern Kimya Bölümü Başkanı Prof. Omar K. Farha da çalışmanın yazarları arasında yer alıyor.
Ekip, iyon değişim reçinelerinin neden bu kadar etkili çalıştığını anlamak için analiz yaptı. Bu reçinelerin gözenek boyutunun ideal olması ve yüzeylerinde CO2’yi çekebilecek şekilde negatif yüklü iyon gruplarının bulunması, verimliliği artıran temel unsurlar olarak öne çıktı. Bu özellikleri taşıyan, doğada daha bol bulunan ve çevresel baskı oluşturmayan alternatif platformlar belirlendi.
Önceki bilimsel çalışmalar genellikle tüm sistemin mekaniklerini bir bütün olarak ele aldığından, bireysel bileşenlerin performans üzerindeki etkilerini değerlendirmek zorlaşıyordu. Ancak Hegarty, her bir malzemeye sistematik olarak ayrı ayrı bakarak, gözenek boyutunun yaklaşık 50 ila 150 angström arasında olduğu bir “ideal aralık” belirlediklerini ve bu aralığın en yüksek swing kapasitesi sağladığını tespit ettiklerini belirtti. Gözenek iç yüzey alanı ile CO2 tutma kapasitesi arasında güçlü bir korelasyon olduğu ortaya kondu.
Ekip, bu yeni malzemelerin yaşam döngüsü üzerine çalışmalarını derinleştirerek maliyet ve enerji kullanımını da içeren genel bir değerlendirme yapmayı planlıyor. Aynı zamanda bu araştırmanın diğer bilim insanlarına da alışılmışın dışında düşünme ilhamı vermesini umut ediyor.
Shindel, “Karbon yakalama hâlâ emekleme aşamasında olan bir alan. Ancak teknoloji giderek ucuzlayacak ve daha verimli hâle gelecek. Sonunda küresel emisyon azaltım hedeflerini gerçekleştirmek için uygulanabilir bir yöntem olacak. Bu malzemelerin pilot çalışmalarla büyük ölçekte test edilmesini görmek isteriz,” dedi.
Northwestern Üniversitesi tarafından sağlanmıştır
