Tokyo Bilim Üniversitesi’nden araştırmacılar, karbon dioksiti fosil yakıtlara temiz bir alternatif olan sentez gazı gibi faydalı ürünlere daha iyi dönüştürülmesini kolaylaştırmak için gümüş nanopartiküllerle süslenmiş yeni sıvı içi plazma ile işlenmiş titanyum dioksit elektrotu geliştirdiler.

Çalışma, Science of the Total Environment dergisinde kullanıma sunuldu ve yayınlandı.

Karbon Dioksit Nasıl Faydalı Kaynaklara Dönüştürülür?

Karbon dioksit, atmosferdeki sera gazlarının en büyük kaynağıdır ve iklim değişikliğine neden olur. Bu nedenle, karbon dioksidin yararlı kaynaklara dönüştürülmesi, hem ekonomik hem de çevresel açıdan önemli bir hedeftir.

Karbon dioksidin yararlı kaynaklara dönüştürülmesine yönelik bir yöntem, elektrokatalitik indirgemedir. Bu yöntemde, karbon dioksidin elektrik akımıyla karbon monoksit, formik asit, metanol gibi ürünlere indirgenmesi sağlanır. Bu ürünler, kimyasal sentezlerde veya temiz yakıtlar olarak kullanılabilir.

Elektrokatalitik indirgeme için elektrot malzemesi olarak genellikle altın, kurşun, gümüş, bakır gibi metaller kullanılır. Ancak bu metaller pahalıdır ve elektrolitin yüksek pH’lı ortamında kolayca bozulabilirler. Bu da katalizörün performansını ve ömrünü azaltır.

Yeni Bir Katalizör Desteği: Titanyum Dioksit

Tokyo Bilim Üniversitesi’nden araştırmacılar, bu sorunu çözmek için yeni bir katalizör desteği geliştirdiler. Katalizör desteği olarak titanyum dioksit (TiO2) tozu kullandılar. TiO2, güneş kremi, boyalar, kaplamalar, diş macunu gibi pek çok üründe yaygın olarak kullanılan güvenli ve ucuz bir bileşiktir.

Araştırmacılar, TiO2’nin elektrokimyasal özelliklerini geliştirmek için sıvı içi plazma adı verilen bir yöntemle yüzey işlemi yaptılar. Sıvı içi plazma, sıcaklık ve basınç altında sıvının iyonize olmasıyla oluşan dördüncü haldir. Sıvı içi plazma ile işlenmiş TiO2, kristal yapısını korurken, yüzeyinde indirgenmiş tungsten katmanları oluştu. Bu katmanlar, TiO2’nin elektriksel iletkenliğini ve hidrojen üretimini arttırarak CO2 azaltımını kolaylaştırır.

Araştırmacılar daha sonra TiO2’yi katalizör olarak gümüş nanopartiküller (AgNP’ler) ile kapladılar. AgNP’ler, CO2’nin karbon monoksit gibi ürünlere dönüşümünü sağlayan seçici bir katalizördür. AgNP’lerle kaplanmış TiO2, işlenmemiş TiO2’ye göre daha yüksek bir katalitik performans gösterdi.

Faydalı Ürünler: Sentez Gazı

Araştırmacıların geliştirdiği yeni elektrot, CO2’yi sentez gazı adı verilen bir ürüne dönüştürebilir. Sentez gazı, karbon monoksit ve hidrojenden oluşan bir gaz karışımıdır. Sentez gazı, metanol, etanol, dimetil eter, metan, hidrojen gibi temiz yakıtların veya kimyasal hammaddelerin üretiminde kullanılabilir.

Sentez gazının üretimi için uygun bir hidrojen/karbon monoksit oranının sağlanması önemlidir. Araştırmacılar, elektrotun çalışma koşullarını değiştirerek bu oranı ayarlayabildiklerini gösterdiler. Böylece, istenen ürünün seçiciliğini arttırabildiler.

Sürdürülebilir ve Çevre Dostu Bir Teknoloji

Araştırmacıların geliştirdiği yeni elektrot, CO2’yi temiz bir yakıta dönüştürmek için umut verici bir teknolojidir. Bu teknoloji, fosil yakıtlara bağımlılığı azaltabilir ve sera gazı emisyonlarını azaltabilir. Ayrıca, elektrokatalitik indirgeme işlemi, güneş panelleri veya rüzgar türbinleri gibi yenilenebilir enerji kaynaklarıyla entegre edilebilir. Bu da teknolojinin sürdürülebilirliğini ve çevre dostuluğunu arttırır.

Araştırma ekibinin lideri Prof. Chiaki Terashima, çalışmalarının önemini şöyle vurguladı: “Umarım bu çalışma, uygun fiyatlı ve temiz enerji, sorumlu tüketim ve üretime ilişkin Birleşmiş Milletler Sürdürülebilir Kalkınma Hedefleri 7, 12 ve 13’e katkıda bulunur.”