Bir yıldırımı şişeye hapsetmek bilim kurgu filmlerinde gördüğümüz ütopik bir fenomendir. Peki bir kıvılcımı şişelersek ne olur? İşte Northwestern Üniversitesi’nden bilim insanları, yıldırım şişelemeyi temiz yakıt için kullanmanın bir yolunu buldu. Yeni teknoloji bir cam tüpün içinde plazmayı şişeleyerek, metan gazından metanol üretmeye yarıyor. Bu işlem normalde muazzam miktarda enerji gerektirir.
Metanol, çeşitli endüstriyel ve günlük uygulamalarda yaygın olarak kullanılan bir kimyasaldır. Bazı plastiklerin ve asitlerin üretimi için hayati bir bileşendir. Ayrıca araçlar, deniz taşıtları ve pişirme ocakları için temiz yanan bir yakıt görevi görür. Dahası, endüstriyel bir çözücü olarak işlev görür ve atık su arıtımında kullanılır. Tabi etil alkol damıtımında da yan ürün olarak çıkar ve zehirli olduğundan ekstrakte edilmesi gerekir.
Her ne kadar yaygın olsa da, metanolün mevcut üretim yöntemi, metan gazıyla başlayan,yüksek enerjili , çok aşamalı bir süreçtir. 800 °C (1.472 °F) sıcaklıktaki buhar, metanı karbondioksit (CO₂) ve hidrojen (H₂) olarak ayırır. Bu gazlar daha sonra, atmosferik basıncın 200 ila 300 katı basınç altında farklı bir yapıda yeniden birleştirilir ve katalize edilerek metanol molekülleri oluşturur. Proses işe yarıyor, ancak ısı ve basıncı oluşturmak için gereken enerji, bu süreci sürdürülebilir olmaktan uzaklaştırıyor. Buna ek olarak, süreçte birçok adım yer almakta ve sonuçta CO₂ ortaya çıkmaktadır.
Bilim insanları, basit ve enerji verimli daha iyi bir alternatif arayışındadır, ancak metanol üretimi başka bir zorluk daha ortaya çıkarmaktadır. Metanı parçalamak için gereken zorlu koşulların yanı sıra, oluşan metanol son derece reaktif olup reaksiyona devam ederek hızla CO₂’ye dönüşmektedir. Bu da bizi ikinci zorluğa götürür: reaksiyonu doğru anda durdurmak.
Her iki zorluğun da üstesinden gelmek için araştırmacılar, kelimenin tam anlamıyla şişede yıldırım kullanan bir sistem geliştirdiler. Yüksek ısı ve basınca güvenmek yerine, araştırmacılar su dolu bir reaktörün içinde, genellikle yıldırımlarda görülen enerjisi yüksek bir madde hali olan plazmayı oluşturmak için kısa elektrik patlamaları kullanıyorlar.
Metan gazı, bakır oksit katalizörü ile kaplanmış gözenekli bir cam tüpten geçiriliyor. Yüksek voltajlı pulslar uygulandığında, gaz kısa süreliğine plazmaya dönüşür ve hem metandan hem de sudan yüksek reaktiflikte parçacıklar oluşturur.
Yıldırımı Şişeye Hapsetmek Yeni Metanol Sentez Yöntemi
Bu parçacıklar hızla yeniden birleşerek metanol oluşturur ve bu metanol hemen etrafındaki su tarafından emilir. Hızlı emilim çok önemlidir. Bu, reaksiyonu doğru anda etkili bir şekilde “dondurur” ve metanolün karbondioksite daha fazla ayrışmasını önler; bu, geleneksel süreçlerin temel bir sınırlamasıdır.
Verimliliği artırmak için ekip, sisteme argon gazı da ekledi. Normalde inert olan argon, plazma içinde reaktif hale gelir ve reaksiyonu stabilize etmeye ve istenmeyen yan ürünlerin azaltılmasına yardımcı olur. Bu koşullar altında sistem, metanol için yüksek seçicilik sağlarken, hidrojen ve etilen gibi yararlı yan ürünlerin miktarını azalttı.
Çalışmanın ortak yazarı Dayne Swearer, “Ayrıca, plastik üretiminin öncüsü olan etilen ve önemli bir kimyasal hammadde ve başlı başına sıfır karbonlu bir yakıt olan hidrojen gazı da elde ettik. Yani, çok bol bulunan bir gaz olan metanı aldık ve onu etilen, hidrojen ve biraz propanla birlikte metanole dönüştürdük. Bunların hepsi doğası gereği daha değerli ürünlerdir,” diyor.
Sonuç olarak, bu teknoloji büyük bir ilerleme anlamına geliyor. Aşırı ısı ve basınç ihtiyacını ortadan kaldırmak, metanol üretiminin maliyetini, enerji talebini ve çevresel ayak izini önemli ölçüde azalttığı için başlı başına büyük bir kazanç. Süreç aynı zamanda doğası gereği daha verimli; metanı tek bir adımda metanole dönüştürürken istenmeyen yan ürünleri en aza indiriyor.
Şu an için kurulum laboratuvar ölçeğinde. Başarılı bir şekilde ölçeklendirilirse, uzak veya sızıntı olan sahalar gibi kaynakta metanı dönüştüren dağıtık sistemlere olanak sağlayabilir ve bol miktarda bulunan, güçlü bir sera gazını değerli bir endüstriyel kimyasala dönüştürebilir.
Swearer, “Çevreye doğal olarak metan salan kuyu başları gibi, kullanılmayan kaynakları işleyebiliriz. Şu anda, sızan metanla başa çıkmanın yolu, onu ateşe vererek karbondioksite dönüştürmektir. Karbondioksit, metandan daha az iklim ısınmasına neden olur, ancak yine de açıkça bir sorundur. Bunun yerine, metan sızıntısı olan yere daha küçük ölçekli bir reaktör götürüp, metanı taşınabilir bir sıvı yakıta dönüştürebiliriz.”
Şu anda ekip, sistemi daha da optimize etmeye odaklanıyor. Ayrıca metanolü verimli bir şekilde geri kazanıp saf bir ürün olarak ayırmanın yollarını da araştırıyorlar. Çalışma, Journal of the American Chemical Society dergisinde yayınlandı.
Kaynak:
