MIT’den düşük sıcaklıkta yüksek saflıkta hidrojen üretimi

MIT araştırmacıları, hidrojenin sıvı taşıyıcılardan daha düşük sıcaklıklarda ayrıştırılmasını sağlayan yeni bir elektrokimyasal yöntem geliştirdi. Nature dergisinde yayımlanan çalışmada, Donner Bilim Profesörü Yogesh Surendranath ve Harbin Teknoloji Enstitüsü’nden Rui Zeng liderliğindeki ekip, termodinamik ve kinetik açıdan zorlu dehidrojenasyon reaksiyonlarını elektrik enerjisinden yararlanarak gerçekleştirdi. Yöntem, amonyak ve metilsikloheksan gibi sıvı organik hidrojen taşıyıcılarından hidrojen elde edilirken gerekli sıcaklığı düşürmeyi ve aynı işlem içinde yüksek saflıkta gaz üretmeyi amaçlıyor. DÜŞÜK SICAKLIK Geleneksel hidrojen ayırma süreçlerinde 500 santigrat derecenin üzerine çıkabilen sıcaklık gereksinimi, geliştirilen sistemde 200 ila 300 santigrat derece aralığına indirildi. Araştırmacılar, sıvı halde taşınabilen amonyak ve metilsikloheksan gibi hidrojen taşıyıcılarının daha düşük sıcaklıkta parçalanabilmesi için elektrokimyasal bir gradyandan yararlandı. Paladyum tabanlı ayırma zarı ile erimiş hidroksit elektrolitin birlikte kullanıldığı mimari, reaksiyon sırasında ortaya çıkan hidrojenin seçici biçimde sistemden çekilmesini sağlıyor. Böylece elde edilen hidrojen akışının ilave bir saflaştırma aşamasına ihtiyaç duymadan yüksek saflığa ulaşması hedefleniyor. ELEKTROKİMYASAL GRADYAN Sistemde amonyak, rutenyum ve sezyum katalizörü yardımıyla dehidrojenasyona uğratılıyor. Ardından zar boyunca oluşturulan elektrokimyasal gradyan, hidrojen için bir çekim etkisi oluşturarak ayrıştırma sürecini hızlandırıyor. Hidrojen, zar üzerinden proton ve elektronlarına ayrılarak ilerliyor; elektronlar harici devreden, protonlar ise erimiş elektrolit üzerinden taşınıyor. İkinci elektrot üzerinde yeniden birleşen bu bileşenler saf hidrojen gazı oluşturuyor. Reaksiyon ortamındaki hidrojenin sürekli çekilmesi, tepkimenin geriye doğru ilerlemesini sınırlayarak daha düşük sıcaklıkta etkin bir kütle transferine imkan veriyor. SAF HİDROJEN Bu yaklaşımın önemli özelliklerinden biri, hidrojenin yalnızca taşıyıcı molekülden ayrıştırılması değil, aynı zamanda seçici biçimde saflaştırılması. Paladyum tabanlı zar, sistemdeki diğer gaz bileşenlerini geride bırakırken hidrojenin geçişine izin veriyor. Böylece tek bir elektrokimyasal modül içinde hem dehidrojenasyon hem de saflaştırma gerçekleştirilebiliyor. British Columbia Üniversitesi’nden Prof. Curtis Berlinguette, yöntemin kararlı kimyasal taşıyıcılarda depolanan hidrojenin ihtiyaç duyulan noktada açığa çıkarılması açısından önemli bir yaklaşım sunduğunu değerlendiriyor. SANAYİ KULLANIMI Elde edilen yüksek saflıktaki hidrojen, yakıt hücrelerinin kullanıldığı otomobil, otobüs ve deniz taşımacılığı uygulamalarının yanı sıra yarı iletken üretiminde de kullanılabiliyor. Mikroçip fabrikalarında hidrojen, yüzey işlemleri ve üretim hatlarında yüksek saflık gerektiren süreçlerin önemli girdilerinden biri olarak kullanılıyor. Geliştirilen sistem, bu tür uygulamalarda gerekli hidrojenin doğrudan sıvı taşıyıcılardan elde edilmesine imkan verebilecek bir yapı sunuyor. Sıkıştırılmış gaz hidrojenin taşınması ve depolanması yerine sıvı amonyağın kullanılması da hidrojenin lojistik zincirinde alternatif bir taşıma modeli ortaya koyuyor. PALADYUM MALİYETİ Yöntemin endüstriyel ölçekte uygulanmasının önündeki başlıca sorunlardan biri, ayırma zarında kullanılan paladyumun yüksek maliyeti. MIT ekibi, sistemde ihtiyaç duyulan paladyum miktarını azaltmak ve yöntemi daha büyük ölçekli uygulamalara uyarlamak amacıyla yeni kaplama ve malzeme seçenekleri üzerinde çalışıyor. Araştırmacılar ayrıca aynı elektrokimyasal yaklaşımın farklı endüstriyel dehidrojenasyon reaksiyonlarında da kullanılabilirliğini inceliyor. Teknolojinin ticari ölçekte uygulanabilirliği, özellikle ayırma zarı maliyetlerinin düşürülmesine ve sistemin sürekli çalışan sanayi proseslerine uyarlanmasına bağlı olacak.