Stanford Üniversitesi Mühendislik Fakültesi araştırmacıları, metan pirolizi kullanarak hidrojen üretmek için yeni ve son derece verimli bir yöntem geliştirdi. Bu yaklaşım, hidrojen üretimindeki büyük çevresel ve ekonomik zorlukları çözüyor.
Hidrojen, hem küresel sanayi için temel bir kimyasal yapı taşı hem de derin karbonsuzlaşma için önemli bir enerji taşıyıcısı.
Metan pirolizi, metan gazını hidrojen yakıtı ve katı karbona ayırmak için ısıtan bir süreç. Bu yöntem her zaman geleneksel hidrojen rafinasyonuna kıyasla daha temiz bir alternatif vadediyordu fakat süreci büyütmek, devasa endüstriyel reaktörleri aşırı yüksek sıcaklıklara ısıtmayı gerektiriyordu. Bu dev yapıları dışarıdan ısıtmak ise yavaş, verimsiz ve maliyetli oluyordu.
Stanford Üniversitesi Mühendislik Fakültesi’nde kimya mühendisliği doçenti olan baş yazar Matteo Cargnello, “Hidrojen pazarlarının ihtiyaç duyduğu ölçekte piroliz yapmak istiyorsanız, çok büyük reaktörler inşa etmelisiniz. Bu reaktörleri 1.000 santigrat derece gibi çok yüksek sıcaklıklara ısıtmak için ısıtma yöntemlerinizin son derece verimli olması gerekiyor.” dedi.
Söz konusu zorluğu aşmak için Stanford ekibi alışılmışın dışında bir şey denedi. Ve brülörü reaktörün içine yerleştirmeyi denedi.
Doğrudan İçten Isıtma
Stanford araştırmacıları, bir içten ısıtma yöntemi geliştirerek bu sorunu aşmayı başardı. Ekip, dev reaktörleri dışarıdan verimsiz biçimde ısıtmak veya metanı yakmak yerine doğrudan reaktörün içine bir brülör yerleştirdi ve burada az miktarda hidrojen yaktı. Bu içten yanma, gerekli yüksek sıcaklığı oluşturuyor ve büyük ölçüde su buharı açığa çıkarıyor. Böylece reaksiyon, doğrudan karbon emisyonu oluşturmadan başarıyla ilerletilebiliyor.
Bu ototermal içten ısıtma yöntemi, geleneksel tekniklere kıyasla verimliliği yaklaşık 10 kat artırıyor. Isı transferini o kadar etkili hale getiriyor ki tek bir reaktör, aynı miktarda enerji kullanarak dışarıdan ısıtılan 10 geleneksel reaktörle aynı üretimi gerçekleştirebiliyor.
Çalışmanın ortak birinci yazarı Henry Moise konuyla ilgili şu ifadeleri kullandı: “Konu yine verimlilik fikrine dayanıyor. CO2 emisyonlarını en başından üretmekten kaçınarak azaltabilirsiniz; ancak enerjinizi kullanma şeklinizde daha verimli olarak da CO2 emisyonlarını düşürebilirsiniz..Yani daha sürdürülebilir bir süreç yaratmanın birden fazla yolu var.”
Sürpriz Yan Ürün
Asıl sürpriz ise bundan sonra ortaya çıktı. Sürecin beklenmedik bir avantajı, ortaya çıkan katı karbon yan ürününün grafit olduğunun görülmesiydi. Grafit, bataryalarda ve elektrotlarda kullanılan ve ABD’nin şu anda ithal ettiği bir malzeme.
Grafitin zorlu batarya uygulamalarında kullanılabilecek kadar saf hale getirilebilmesi için daha fazla araştırma gerekiyor. Ekip, şaşırtıcı derecede “yüksek grafitleşme derecesini” yerli tedarik açısından önemli bir ilerleme olarak görüyor.
Buharlı Metan Reformasyonu (SMR) gibi önceki yöntemler ABD’deki hidrojenin büyük bölümünü üretiyor ancak çok yüksek miktarda karbon salımına yol açıyor. Bu açıdan metan pirolizi daha temiz bir alternatif sunuyor.
Hidrojen, küresel ekonominin temel yapı taşlarından biri olmaya devam ediyor. Metanol üretimi, benzinden kükürdün uzaklaştırılması ve dünya nüfusunun neredeyse yarısının beslenmesine katkı sağlayan amonyak bazlı gübrelerin üretimi için kritik önem taşıyor.
Günümüzde lityum iyon bataryalar elektriği kısa süreli, yani saatler boyunca depolamada oldukça başarılı. Hidrojen ise yer altındaki tuz mağaralarında aylar boyunca büyük miktarlarda depolanabiliyor ve böylece yenilenebilir enerji üretimindeki mevsimsel dalgalanmaların dengelenmesine yardımcı olabiliyor.
Hayata geçirilen ortak araştırma, daha temiz ve daha ucuz hidrojen üretimini mümkün kılarak yaygın kullanılan bir kaynağı karbonsuzlaştırmayı amaçlıyor. Ekip, sürecin yaygın endüstriyel kullanıma uygun ölçekte uygulanabilmesi için finansmanın sürmesi ve kurumlar arası iş birliğinin devam etmesi gerektiğini kabul ediyor.
Araştırmanın bulguları 3 Eylül’de Science dergisinde yayımlandı.
Kaynak: https://interestingengineering.com/energy/methane-pyrolysis-hydrogen-graphite-production
