Bilimsel Deneyler

Atık Suları Kullanarak Hidrojen Üretimi: Gelecekte Mümkün Olabilir

Paylaş

Hayal edelim ki atık su, verimli bir şekilde temizlendiği sadece bu da değil, aynı zamanda hidrojen üretimine de katkı sağlayan bir dünya var. Amerika Birleşik Devletleri’ndeki Worcester Politeknik Enstitüsü (WPI) araştırmacıları, bu vizyonu gerçekleştirmek için üre molekülünü sudan uzaklaştıran ve potansiyel olarak hidrojen gazına dönüştüren bir malzeme geliştirdi.

WPI’da Kimya Mühendisliği alanında görev yapan Profesör Xiaowei Teng liderliğindeki çalışma, üre elektrolizinde uzun süredir devam eden bir soruna umut verici bir çözüm sunuyor. Üre, nitrojen açısından zengin bir tarımsal gübre olup, insan metabolizmasının bir yan ürünüdür. Ancak, yüksek miktarda suda bulunduğunda çevresel sorunlara neden olur. Üre açısından zengin tarımsal akışlar ve atık su deşarjı, zararlı alglerin çoğalmasına ve oksijensiz ölü bölgelerin oluşmasına katkıda bulunarak suları ve insan sağlığını olumsuz etkiler.

Bununla birlikte, ürenin toksik olmayan yapısı, yüksek çözünürlüğü ve önemli miktarda hidrojen içeriği gibi benzersiz özellikleri, onu hidrojen depolama ve üretimi için potansiyel bir aday haline getirir.

Üreyi sudan ayırmak zorlu bir süreç

Üreyi sudan ayırmak zorlu bir süreçtir. Ürenin hidrojen üretimi için kullanılmasındaki sorun, düşük maliyetli ve yüksek verimli elektrokatalizörlerin üre oksidasyonu için su yerine seçici olarak çalışmamasıdır. Teng ve WPI’daki ekibi, bu zorluğun üstesinden gelmek için nikel ve kobalt atomlarından oluşan benzersiz elektronik yapıya sahip elektrokatalizörler geliştirdi.

Araştırma, homojen nikel ve kobalt oksitleri ve hidroksitlerine odaklandı. Ekip, benzersiz elektronik yapıların, üre oksidasyonu için elektrokimyasal aktiviteyi ve seçiciliği artırmak için önemli olduğunu keşfetti. Teng, “Bu elektronik konfigürasyon, üre oksidasyonunun seçiciliğini geliştirmek için çok önemli bir faktördür. Çünkü gözlemlediğimiz gibi, daha yüksek nikel değerine sahip Ni3+ gibi, gerçekten güçlü bir elektrik akımı çıkışıyla hızlı bir reaksiyon üretmeye yardımcı oluyor; ancak akımın büyük bir kısmı, istenmeyen su oksidasyonundan kaynaklanıyordu,” şeklinde açıklamada bulundu.

WPI’dan Profesör Aaron Deskins tarafından gerçekleştirilen hesaplamalı simülasyonlar, nikel ve kobalt oksitlerin ve hidroksitlerin homojen karışımının, elektronun yeniden dağıtımını kolaylaştırdığını ve üre ile su molekülleri arasındaki bağlanma için katalizörleri optimize ettiğini gösteren deneysel bulguları destekliyor.

Üre, ticari olarak üretilen önemli bir azotlu gübre ve yem katkı maddesi olup, onlarca yıldır kullanılmaktadır. Sadece 2021 yılında yaklaşık 180 milyon ton üre üretildi. Bir yetişkinin günde 1,5 litre idrar üretmesi, yılda 11 kg üre ve 0,77 kg hidrojen gazına eşdeğerdir. Ekibin bulguları, atık sulardan sadece verimli bir şekilde hidrojen yakıtı üretmekle kalmayıp, aynı zamanda ekolojik sistemlerin uzun vadeli sürdürülebilirliğine de katkıda bulunarak ürenin kullanılma biçiminde devrim yaratabilir.