SANTRAL EMİSYONLARI YAKITA DÖNÜŞTÜRÜLEBİLECEK

Yeni membran temelli sistem, MIT’de doktora sonrası araştırma yapan Xiao-Yu Wu, Ahmed Ghoniem ve makina mühendisliği bölümünde görev yapan Profesör Ronald C. Crane tarafından geliştirildi. Lantan, kalsiyum ve demir oksit bileşiklerinden oluşan bir membran, karbondioksit akımından oksijenin geçmesini ve karbonmonoksitin geride kalmasını sağlıyor. Arda kalan diğer bileşikleri ise laboratuvarlarında oksijen ve hidrojen üretimi de dahil olmak üzere birçok uygulamada kullanabilecekleri şekilde değerlendiriyorlar.

Bu işlem sırasında üretilen karbonmonoksit tek başına yakıt olarak kullanılabildiği gibi, hidrojen ve/veya su ile birleştirilerek metanol ve sentetik gazlar gibi birçok sıvı hidrokarbon yakıt kimyasalı olarak da değerlendirilebiliyor. Bu yöntem elektrik üretim süreçlerine uygulandığı takdirde fosil yakıt kullanımının küresel ısınmaya olan etkisini azaltabilecek karbon tutma, kullanma, depolama ya da CCUS (Karbondioksitin jeolojik depolanması) gibi teknolojilerin bir parçası haline gelebilir.

Oksijen Atomlarının Basınç Farkı Olmaksızın Ayrılması Sağlanıyor

Araştırmacılar perovskit olarak bilinen yapıya sahip olan membranın oksijen için yüzde yüz seçici olduğunu ve yalnızca bu atomların geçmesine izin verdiğini söylüyor. Oksijen ayırma 990°C'ye kadar olan sıcaklıklarda gerçekleşiyor ve bu işlemi sürdürmenin yolu membrandan akan karbondioksitten ayrılan oksijenin diğer tarafa gelene kadar tutulmasını sağlamaktan geçiyor. Bu işlem, membranın karbondioksit akımının karşı tarafında bir vakum oluşturarak yapılabiliyor ancak bu yöntem çok fazla enerji gerektiriyor.

Bu nedenle araştırmacılar vakum yerine hidrojen ya da metan gibi bir yakıt akışı kullanıyor. Bu malzemeler o kadar kolayca okside ediliyor ki oksijen atomları basınç farkı olmaksızın membrandan çıkıyorlar. Membran aynı zamanda oksijenin geriye doğru hareket etmesini ve tekrar karbondioksit oluşturmak için karbonmonoksit ile reaksiyona girmesini de önlüyor. Enerji azaltma sorununun çözülmesi için uygulamaya bağlı olarak bazı vakum ve yakıt kombinasyonlarının bir arada kullanılması yeterli olabilir.

Wu, “Sürecin devam etmesi için ihtiyaç duyulan enerji girişinin bir kısmı elektrik santrallerinden bir kısmı da güneş enerjisi veya atık ısı gibi diğer kaynaklardan sağlanabilir.” diyor. Aslında proses, ısıyı kimyasal formda gerektiğinde kullanmak için saklamaya olanak sağlıyor (Diğer birçok enerji depolama formlarına kıyasla kimyasal enerji depolaması çok yüksek enerji yoğunluğuna -birim kütle başına depolanan enerji miktarı- sahiptir).

Wu ve Ghoniem prosesin çalıştığını kanıtladılar. Devam eden araştırmalar membran boyunca oksijen akış hızlarının nasıl arttırılacağını membranın üretimi için kullanılan materyali ve yüzeylerin geometrisini değiştirerek veya yüzeylere katalizör malzemeleri ekleyerek incelemekteler. Araştırmacılar ayrıca membranı çalışma reaktörlerine entegre etme ve reaktörü yakıt üretim sistemi ile birleştirme üzerinde de çalışıyorlar. Bu yöntemin nasıl ölçeklenebileceğini ve ayrıca karbondioksit emisyonlarının yakalanması ve dönüştürülmesindeki diğer yaklaşımlarla karşılaştırıldığında hem maliyet hem de toplam santral işletmesi üzerindeki etkilerini inceliyorlar.

Bu Yöntem Sera Gazı Emisyonlarını Azaltmanın Yanında Maliyetleri Düşürmek İçin Başka Bir Potansiyel Gelir Akışı da Sağlayabilir

Wu, Ghoniem'in grubunun ve diğerlerinin daha önce üzerinde çalıştığı bir doğal gaz enerji santralinde, gelen doğal gazın iki akıma ayrılabileceğini söylüyor. Biri elektrik üretmek üzere yakılıp saf karbondioksit akışı oluşturur diğeri ise oksijene tepki veren yakıt kaynağını sağlayan yeni membran sisteminin yakıtı tarafına gider. Bu akım santralden ikinci bir çıktı olarak sentez gazı olarak bilinen ve yaygın olarak endüstriyel yakıt ve ham madde olarak kullanılan hidrojen ve karbonmonoksit karışımını üretir. Ayrıca sentetik gaz, mevcut doğal gaz dağıtım ağına da eklenebilir.

Proses, her seviye karbondioksit konsantrasyonu ile çalışabiliyor. Wu, bu süreci %2 ile %99 arasındaki her seviyede test ettiklerini ancak yüksek konsantrasyonda daha verimli olduğunu belirtiyor. Bu nedenle geliştirilen yeni yöntemin geleneksel fosil yakıtlarla enerji üreten elektrik santrallerinde kullanılması daha uygun gözüküyor.

Bu araştırmayı inceleyen ve Çin Bilimler Akademisi’nde kimyasal fizik profesörü olan Xuefeng Zhu, “Sürdürülebilir termal enerjilerin kimyasal enerjiye dönüştürülmesinde karbonmonoksit üretmek için karbondioksit kullanmak önemli. Oksijen geçirgenlikli membran kullanımı tepkime sıcaklığını 1500°C'den 1000°C'ye düşürür ve geleneksel karbondioksit ayrıştırma işlemine kıyasla büyük bir enerji tasarrufu sağlar. Bu nedenle bu çalışmaların sürdürülebilir enerji ve membran prosesleri için önem taşıdığını düşünüyorum.” diyor.

Kaynak:
Turning Emissions Into Fuel / David L. Chandler | MIT News Office
Çeviri: Taşkınege Taşpınar | MMO İstanbul Şube