Güneş ışığı ve suyun birleşimiyle hidrojen üretmek, fosil yakıt bağımlılığını azaltarak karbon emisyonlarını düşürebilecek ve enerji güvenliğini artırabilecek devrim niteliğinde bir yöntem. Araştırmacılar, güneş enerjisini kullanarak suyu doğrudan hidrojen ve oksijene ayırabilen fotokatalitik sistemler üzerinde çalışıyor.
Yeni bulgular, bu teknolojinin büyük ölçekli kullanımı için umut vadediyor. Güneş ışığından hidrojen üretimi, çevreci yakıt teknolojilerinde çığır açabilir.
Güneş enerjisiyle doğrudan hidrojen üretimi nasıl mümkün?
Geleneksel hidrojen üretim yöntemleri, fosil yakıtları işleyerek büyük miktarda karbon salımı yaratırken, fotokataliz yöntemi doğrudan güneş ışığını kullanarak su moleküllerini hidrojen ve oksijene ayırıyor. Bu işlem, yenilenebilir enerji kaynaklarıyla entegre edildiğinde karbon salımını sıfıra indirebilir.
Japonya, Shinshu Üniversitesi’nden Profesör Takashi Hisatomi ve Profesör Kazunari Domen’in liderliğindeki bir araştırma ekibi, 100 metrekarelik bir fotokatalitik reaktör inşa ederek, üç yıl boyunca güneş ışığını doğrudan hidrojen üretiminde kullanmayı başardı. Bu sistem, elektriğe çevrim yapmadan, doğrudan kimyasal dönüşüm sağlayarak enerji kayıplarını en aza indiriyor.
Fotokataliz süreci nasıl işliyor ?
Fotokataliz sürecinde, belirli malzemeler güneş ışığını emerek suyun kimyasal bağlarını kırıyor ve hidrojen ile oksijenin ayrışmasını sağlıyor. Mevcut fotokatalizörlerin enerji dönüşüm verimliliği genellikle %1 civarında, ticari uygulamalarda gerekli olan seviyeye ulaşmak için en az %10 verimliliğe çıkılması gerekiyor. Son araştırmalar, SrTiO3:Al (Stronsiyum Titanat Alüminyum Katkılı) ve gelişmiş oksit bazlı malzemelerin kullanımının bu verimliliği artırabileceğini gösteriyor. Araştırmalar, SrTiO₃:Al fotokatalizörlerinin verimliliğini artırmak için iridyum (Ir), antimon (Sb) ve alüminyum (Al) ile eşzamanlı katkılamanın etkili olduğunu göstermekte. Bu yaklaşım, görünür ışık altında su ayrıştırma verimliliğini artırmakta. Alüminyum katkılı stronsiyum titanattan (SrTiO₃:Al) oluşan fotokatalizörler, suyun hidrojen ve oksijene ayrıştırılmasında kullanılıyor. Özellikle, RhCrOx ve CoOOH gibi yardımcı katalizörlerle birlikte kullanıldığında, %0,33’lük bir solar-hidrojen (STH) enerji dönüşüm verimliliği sağlanabiliyor.
Hisatomi ve Domen’in ekibi, bu süreci iyileştirmeye çalışıyor. Araştırmaları kapsamında, doğal güneş ışığında, bu malzemenin beklenenden %50 daha yüksek verim sunduğu gözlemlendi. Bu da tropik bölgelerde daha verimli hidrojen üretimi yapılabileceğine işaret ediyor.
Demir oksit ve galyum oksit ile yeni bir çözüm
İtalya, ICTP’de (International Centre for Theoretical Physics) yapılan başka bir çalışma ise, demir oksit (hematit) ve galyum oksit kaplamalarının birleşiminin, su ayrıştırma sürecinde daha yüksek verimlilik sağladığını ortaya koydu. Normalde düşük etkinliğe sahip olan hematit, galyum oksit ile kaplandığında yüzey elektron kayıplarını azaltıyor ve daha fazla hidrojen üretimine olanak tanıyor.
Bu durum, hidrojen üretiminde kullanılabilecek malzemelerin optimizasyonu konusunda yeni bir kapı aralıyor. ICTP fizikçilerinden Nicola Seriani ve Ralph Gebauer, bu fenomeni atomik düzeyde inceleyerek, galyum oksidin hematitin yüzey enerjisini stabilize ettiğini keşfetti.
Küresel hidrojen ekonomisi ve fotokatalizin geleceği
Hidrojen üretimi, enerji dönüşümünde kritik bir rol oynarken, mevcut yöntemlerin yüksek maliyetleri ve düşük verimlilikleri büyük bir engel teşkil ediyor. Fotokatalitik su ayrıştırma sistemleri, düşük maliyetli malzemeler ve verimli reaktör tasarımları ile bu soruna çözüm sunabilir.
Ancak, büyük ölçekli üretime geçiş için daha fazla araştırma ve geliştirme gerekiyor. Hisatomi ve Domen, bu süreci hızlandırmak için küresel bir sertifikasyon ve standart belirleme sürecinin başlatılmasını öneriyor. Verimlilik ölçütlerinin net bir şekilde tanımlanması, yatırımcıların ve politikacıların güneşten hidrojen üretimine yönelik ilgisini artırabilir.
Yeşil hidrojenin geleceği ve maliyetlerin düşüşü
Güneş ışığından hidrojen üretimi konusundaki araştırmalar hızla ilerliyor ve gelecekte bu yöntem, düşen üretim maliyetleri ve artan politika destekleriyle enerji ihtiyacımızı karşılamada önemli bir alternatif haline gelebilir. Yeni fotokatalizörler ve ölçeklenebilir reaktörler sayesinde, yeşil hidrojen üretimi fosil yakıtlara ekonomik bir rakip olma yolunda hızla ilerliyor.
İlgili Makaleler
- Dünyanın ilk 30 MW saf hidrojen gaz türbini başarıyla test edildi
- Yeşil hidrojen ve açık artırmalar: Türkiye’nin enerji dönüşümü
- Japonya ilk nükleer destekli hidrojen tesisini kuruyor
- Türkiye’nin ilk yerli yeşil hidrojen elektrolizörü geliştirildi
View this post on Instagram