Technion Araştırmacıları, değerli kimyasal üretirken yeşil hidrojeni %98 verimlilikle üreten yeni bir elektrokimyasal süreci.

İsrail Teknoloji Enstitüsü (Technion) araştırmacıları, suyun elektrik enerjisiyle ayrıştırıldığı yeşil hidrojen üretiminde %98 verimliliğe ulaşırken, yakıtın yanı sıra endüstriyel açıdan değerli bir kimyasal daha üretmeyi başaran yeni bir elektrokimyasal süreci geliştirdi. Yenilenebilir enerji kaynaklarından elde edilen elektrik kullanılarak suyun hidrojen ve oksijene ayrıştırılmasıyla üretilen yeşil hidrojenin maliyetinin fosil yakıttan gelen hidrojene göre yüksek olması, teknolojinin yaygınlaşmasını engelleyen başlıca faktörler arasındaydı. Araştırmacılar, bu engeli aşmak için elektroliz sürecinde normalde ortaya çıkan oksijeni, polimer, kaplama, yapıştırıcı ve ilaç üretiminde yaygın olarak kullanılan bir kimyasal sınıfı olan epoksid ile değiştirmeyi tercih etti.

Araştırma ekibi, hem hidrojen üretimi hem de eş zamanlı epoksid sentezi için %98 verimlilik elde ettiklerini bildirdi. Bu değere göre, elektrik yükünün yalnızca yaklaşık yüzde ikisi rekabet eden tepkimeler nedeniyle kaybedildi ve ekip, büyük ölçekli sanayi elektroliziyle uyumlu olduğu belirtilen bir yoğunlukta akım elde etti. Çalışma, Nature Communications dergisinde yayımlandı.

Oksijeni Değerli Bir Kimyasalla Değiştirme Yaklaşımı

Yeşil hidrojen, yenilenebilir kaynaklardan gelen elektrik kullanılarak suyun hidrojen ve oksijeye ayrıştırılmasıyla üretilir. Doğal olarak hidrojenin doğrudan elektrifikasyonu zor olan sektörlerde karbon emisyonlarını azaltmaya yardımcı olabilecek bu süreç, maliyet nedeniyle sınırlı bir şekilde benimsenmişti. Technion ekibi sorunu, elektroliz sürecinin diğer tarafında ne olduğuna dair yeniden düşünerek çözdü. Araştırmacılar, “Oksijen üretmek yerine,” epoksid üretmeyi hedefleyerek normalde yan ürün olarak ortaya çıkan şeyi potansiyel bir değerli kimyasal hammaddeye dönüştürdü.

Deneysel çalışmalarında hem hidrojen üretimi hem de eş zamanlı epoksid sentezi için %98 verimlilik bildiren ekip, elektrik yükünün ancak yaklaşık yüzde ikisinin rekabet eden tepkimelerle kaybedildiğini belirtti. Araştırmacılar ayrıca büyük ölçekli sanayi elektroliziyle uyumlu olduğunu söyledikleri bir akım yoğunluğu elde ettiklerini de ekledi.

Membransız Elektroliz Teknolojisi

Süreç, Rothschild ve iş birlikçilerinin daha önce hidrojen ile oksijeni normalde ürettiği elektrokimyasal tepkimeleri birbirinden ayıran çalışmalarına dayanıyor. Bu kavram, iki elektrod tepkimesini ayrı tutmak için geleneksel olarak kullanılan membranı ortadan kaldıran membransız elektrolizin temelini oluşturuyor. Araştırma grubundan elde edilen bu teknolojinin bir önceki versiyonu H2Pro tarafından ticarileştirildi.

Yeni sistem, kavramı farklı bir yöne taşıyarak hidrojen üretimini kimyasal sentezle birleştiriyor. Ruan’a göre sistemin performansı, tek bir elektrod veya tepkimeye odaklanmak yerine tüm elektrokimyasal sistemin optimize edilmesinden geliyor. Sistem, elektrotları, bir redoks ara maddesi, çözeltili ortamı ve çalışma yapılandırmasını bir araya getirerek elektrotların arasında membran olmadan hidrojen ve epoksid üretmeyi mümkün kılıyor.

Bu yaklaşım, elektroliz sürecinin yalnızca hidrojen ve oksijen yerine iki faydalı çıktı üreteceği için yeşil hidrojen üretimine ek bir ekonomik teşvik sunabilir.

Araştırma Ekibi

Yaklaşım, elektroliz sürecinin iki faydalı çıktı üretmesi sayesinde yeşil hidrozen üretimine ek bir ekonomik teşvik sağlayabilecek potansiyele sahip. Ancak bildirilen sonuçlar araştırmacıların laboratuvar deneylerinden oluşuyor ve çalışma teknolojinin ticari ölçekli yayılım için hazır olduğunu kanıtlamıyor. Büyük ölçekli elektrolizle uyumlu olarak tanımlanan akım yoğunluğuna rağmen, sürecin sürdürülebilir sanayi işletme koşullarında nasıl performans gösterdiğini göstermek için daha fazla geliştirmeye ihtiyaç var.

Destekler ve Ticari Potansiyel

Araştırma, 2023 yılında Rothschild’a verilen ERC İleri Grant’ının ardından Avrupa Araştırma Konseyi (ERC) tarafından H2Bro projesi kapsamında desteklendi. Aynı zamanda İsrail Yükseköğretim Kurulu tarafından finanse edilen Waste to Value üniversiteler arası araştırma girişiminin bir parçasını oluşturuyor.

Araştırmacılar, süreci laboratuvarın ötesinde potansiyel taşıdıkları görüşünde olduklarını göstererek bu teknoloji için ABD’de patent başvurusu yaptı. Bu durum, ekibinin geliştirdiği elektrokimyasal sürecin ticari ölçeğe taşınabileceğine dair inancını ortaya koyuyor.