Sudan yenilenebilir enerji elde etmeyi vaat eden yeni gözenekli malzeme

Güneş ışığı yardımıyla sudan üretilen hidrojen gazı, muhtemel bir yenilenebilir enerji kaynağıdır. İsveç Linköping Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, hidrojen gazı üretimi için güneş enerjisini yakalayan ve suyu hidrojen elde etmek için parçalayan, umut verici özellikler sergileyen bir malzeme geliştirdi. Bu malzemeye küçük-gözenekli kübik silikon karbür ismini verdiler. Çalışma ACS Nano dergisinde yayınlandı.

Linköping Üniversitesi Fizik, Kimya ve Biyoloji Bölümünde üst düzey öğretim görevlisi olan Jianwu Sun, aynı zamanda bu çalışmanın önderliğini yapıyor, “Küresel enerji ihtiyacının ve karbondioksin emisyonu yada küresel ısınma gibi artan çevresel sorunların üstesinden gelebilmek için yeni sürdürülebilir enerji sistmlerine ihtiyaç var. ” diyor.

Hidrojen, benzinin üç katı enerji yoğunluğuna sahiptir. Bir yakıt hücresi kullanılarak hidrojenden enerji üretmek mümkündür ve bu enerjiyi yakıt olarak kullanan araçlar halihazırda ticari kullanımda mevcuttur. Bu enerji üretim sisteminde açığa çıkan tek atık malzeme saf su olduğu için geride atık bırakmayan bir enerji sistemidir.

Bununla birlikte, bir önceki avantajın aksine, karbondioksit gazı, hidrojen üretildiğinde oluşur, çünkü günümüzde en yaygın olarak kullanılan teknoloji, bu işlem için fosil yakıtlara ihtiyaç duyar. Böylece 1-ton hidrojen gazı üretildiğinde 9–12-ton karbondioksit salınır. Ki bu en tehlikeli sera gazlarından biridir.

Güneş enerjisi yardımıyla su moleküllerini bölerek hidrojen gazı üretmek;

Karbondioksit emisyonlarına yol açmadan yenilenebilir kaynaklar kullanarak hidrojen gazı üretebilecek sürdürülebilir bir yaklaşımdır. Bu yöntemin önemli bir avantajı, güneş enerjisini depolanabilecek yakıta dönüştürme olanağıdır. “Geleneksel güneş pilleri gündüzleri enerji üretir ve enerji ya hemen kullanılmalı ya da pillerde depolanmalıdır. Hidrojen, geleneksel yakıtlarla aynı şekilde depolanabilen ve taşınabilen umut verici bir enerji kaynağıdır aynı benzin ve dizel yakıt gibi taşınabilir. “diyor Jianwu Sun.

Bununla birlikte, güneş ışığından sağlanan enerjiyi kullanarak suyu moleküllerine parçalamak kolay bir iş değildir. Bunun başarılı olabilmesi için, suyun (H2O) foto-elektroliz yoluyla hidrojen (H2) ve oksijene(O2) bölündüğü reaksiyon gerekir. Bunun içinde doğru özelliklere sahip uygun maliyetli malzemeleri bulmak gerekir. Güneş ışığında suyu bölmek için kullanılabilen enerji çoğunlukla, ultraviyole radyasyon ve görünür ışık biçimindedir.

Bu nedenle, bu tür radyasyonu verimli bir şekilde emebilen ve ayrılabilen, aynı zamanda su moleküllerini hidrojen ve oksijen gazlarına ayırmak için yeterli enerjiye sahip olan yükler oluşturabilen bir malzemeye ihtiyaç vardır. Şimdiye kadar araştırılan çoğu malzeme ya görünür güneş ışığının enerjisini kullanma biçimlerinde yetersizdir (örneğin titanyum dioksit, TiO2, yalnızca ultraviyole güneş ışığını emer) ya da suyu hidrojen gazına ayırmak için gereken özelliklere sahip değildir. (örneğin silikon, Si).

Jianwu Sun’ın araştırma grubu kübik silisyum karbür, 3C-SiC’yi araştırdı

Bilim insanları, yeni bir kübik silisyum karbür formu ürettiler. Bu form son derece küçük gözeneklere sahip. Nanogözenekli 3C-SiC adını verdikleri malzemenin, güneş ışığını kullanarak sudan hidrojen gazı üretmek için kullanılabileceğini düşündüren umut verici özellikleri var. Bu çalışma ACS Nano dergisinde yayınlandı. Buna bağlı olarak araştırmacılar, bu yeni gözenekli malzemenin ultraviyole ışınlarını ve görünür güneş ışığının çoğunu etkili bir şekilde yakalayıp toplayabildiğine inandıklarını söylediler.

Ayrıca, gözenekli yapı, gerekli enerjiye sahip olan yüklerin ayrılmasını desteklerken, küçük gözenekler daha geniş bir aktif yüzey alanı sağlıyor. Bu, yük transferini artırırken, reaksiyon alanlarının sayısını arttırıyor. Böylece suyun parçalanması daha verimli bir hal alıyor. Jianwu Sun, “Vardığımız ana sonuç, nano-gözenekli kübik silisyum karbürün daha yüksek bir parçalama verimliliğine sahip olduğudur, bu da suyun hidrojene bölünmesini düzlemsel silikon karbür kullanmaya kıyasla çok daha iyi hale getirir” diyor.

Arda Kucuk