İnsanın kulağına imkansız bir fikir gibi geliyor. Sadece güneş ışığını kullanarak, CO2 ve sudan yakıt elde etmek. Bu bir anlamda, bir taşla iki kuş vurmak gibi bir şey.
Birincisi, sera gazı olan karbondioksiti bağlayabilirsiniz.
İkincisi, güneşin alternatif enerji kaynağını kullanabilir ve enerjiyi etkin bir şekilde depolayabilirsiniz.
Bu konsept hali hazırda laboratuvarda çalışıyor. Ancak bunu büyük ölçekte uygulamakta sorunlar var.
Fotosentez olmadan yeryüzünde hayat mümkün olmazdı. Bu süreçte bitkiler, bitki pigmenti olan klorofili kullanarak karbondioksit ve suyu oksijene ve şekere dönüştürmek için güneş ışığını kullanıyor.
Güneş radyasyonundan gelen enerji, bitkinin karbonhidratlarında depolanır. Ayrıca insanlar da güneş enerjisini de kullanıyor. Örneğin güneş pillerinden elektrik elde ediyorlar. Ne yazık ki, aynı zamanda güneş her zaman parlamıyor ve piller gibi elektrik depolama cihazlarının yalnızca sınırlı bir kapasitesi var.
Güçten gaza geçiş konsepti
"Güçten gaza dönüştürme" işleminde su, güneş veya rüzgar enerjisi kullanılarak hidrojen ve oksijene ayrılır.
Öte yandan, güneşten veya rüzgardan gelen enerjiden hidrojen veya metan gibi gazlar depolana bilinirse, güçten gaza dönüştürme işlemi daha verimli olur. Tıpkı suyun güneş veya rüzgar enerjisi kullanılarak hidrojen ve oksijene dönüştürüldüğü "güçten gaza" işlemi gibi. Bu işlemden sonra hidrojen doğrudan yakıt olarak kullanılabilir veya karbondioksit yardımıyla ondan metan üretilebilir. Metan, doğal gazın ana bileşenidir ve hidrojenden daha kolay kontrol edilebilen oldukça verimli bir enerji depolama ortamıdır.
Bu işlemlerle ilgili sorun, hidrojen üretiminde muazzam enerji kaybıdır. Metan daha sonra hidrojenden sentezlenirse, daha da fazla enerji kaybedilir. Güneş enerjisini doğrudan kimyasal formda yani hidrojen veya metan olarak, elektrik sapması olmadan depolamak çok daha pratik olacaktır.
Bunu yapmanın zaten yollarını biliniyor. Oldukça basit organizmalar bu yöntemi kullanıyor. Bunlar akvaryumda yeşil kaplama olarak bilinen Alglerdir. Belirli koşullar altında, bu tek hücreli organizmalar fotosentez mekanizmalarını değiştirebiliyor. Güneşin enerjisini şekere ve diğer organik bileşenlere dönüştürmek yerine, diğer şeylerin yanı sıra hidrojen gibi biyoyakıtlar üretebiliyorlar.
Ancak sorun, alglerin hidrojen üretiminin oldukça etkisiz olmasıdır. Ve bu fotosentez mekanizmasının etkisi son derece zayıftır. Alglere, gelen güneş ışığının yalnızca yaklaşık yüzde biri biyokütle biçiminde depolanıyor. Bu nedenle bilim adamları bu süreci daha verimli hale getirmek için uzun zamandır çalışıyorlar.
Bu amaçla, araştırmacılar, genetiği değiştirilmiş alglerle "biyoreaktörlerin" verimliliğini artırmaya çalışıyorlar. Bazı gen mutasyonları ile yeşil alglerin çok daha fazla hidrojen üretme olasılığı üzerinde duruyorlar.
Diğer bir olasılık da bitkilerden biyogaz üretimini sağlayan özel enzimleri çıkarmak. Böylece, hidrojen üretim sürecini alglerin dışında kopyalayabilir ve daha etkili hale getirebilirler. Ancak böyle bir çıkarma son derece zahmetlidir.
Bunun yerine kimyagerler, laboratuvardaki reaksiyonu taklit etmeye çalıştı. Bochum’daki Ruhr Üniversitesi araştırmacıları, ışık enerjisinden elde edilen elektronları hidrojene dönüştüren bir enzim olan hidrojenazın yardımıyla, on yıl önce yeşil alglerin hidrojen üretiminin aynısını bir test tüpünde kopyalamayı başardılar. Fakat
araştırma hâlâ emekleme aşamasında.
Bununla birlikte teorik olarak, güneş ışığının gaz halinin yakıta dönüşümü tamamen biyolojik enzimler olmadan da gerçekleşebilir.
Çünkü altın nanopartiküller, sera gazı karbondioksiti metana dönüştürebilir. Işık bu nanopartiküllere çarptığında, aşırı derecede ısınır. Daha sonra yüksek enerjili elektronlar, kimyasal olarak oldukça inert olan karbondioksiti, metan oluşturmaları için suyla reaksiyona girmeye teşvik eder.
Ayrıca çok sayıda başka araştırma önerileri de bulunmaktadır. Ancak hepsi hâlâ çok verimsiz ve çoğunlukla sadece saf karbondioksit ile çalışıyor. Bu süreçte, karbondioksitin yakıt olarak metana dönüştürülmesi için önce havadan filtrelenmesi gerekiriyor.
Prensip olarak, her şey laboratuvarda çalışır. Ancak laboratuvardaki yapay fotosentez süreçleri, biyoyakıtların büyük ölçekte teknik üretimi için henüz yeterince verimli değil. Ayrıca bunun için gerekli olan katalizörler oldukça pahalı.
Bu katalizörler genellikle nadir veya değerli metaller ile yapılır.
Yapay fotosentez alanındaki araştırmalar hâlâ çok yeni. Ama belki bir gün bir atılım olacak ve biri CO2'yi bağlayıp onu biyogaz gibi faydalı enerji depolama sistemlerine dönüştürebilecek.
Çeviri: İnanç Kaya
Kaynak: https://www.wissen.de/von-der-natur-abgeschaut-kuenstliche-photosynthese
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder