İnsan Yapımı Yıldırımlar Havadaki Gazlardan Temiz Amonyak Üretti

Günümüzde gübre, soğutucu ve birçok kimyasalın üretiminde yaygın olarak kullanılan amonyağın büyük kısmı, 19. yüzyılda geliştirilen ve yüksek enerji gerektiren, fosil yakıtlara bağımlı olması ve çevreye verdiği zarar nedeniyle sürdürülebilirlik açısından ciddi sorunlar yaratan Haber-Bosch süreci ile elde ediliyor. Ancak Sydney Üniversitesi’nden araştırmacılar, amonyak üretimi konusunda dikkat çekici bir alternatif geliştirdi: insan yapımı yıldırımlar kullanılarak havadaki gazlardan doğrudan temiz amonyak üretimi.

Yeni yöntemde, hava içerisindeki azot ve oksijen molekülleri, elektrik kullanılarak uyarılıyor. Bu sadece onları ısıtmak anlamına gelmiyor; moleküllere enerji verilerek güçlü kimyasal bağlarının kırılması ve daha reaktif hale gelmeleri sağlanıyor. Moleküller plazma fazına geçiriliyor. Doğada bir yıldırım çarpmasının moleküllerden elektron koparıp havada iletken bir plazma kanalı oluşturmasına benzer şekilde, yapay yıldırım da havadaki gazları aktive ederek plazma oluşturuyor. Bu işlem sonucunda ortaya çıkan aktif azot oksit (NOx) molekülleri, özel olarak tasarlanmış bir zar tabanlı elektrolizöre yönlendiriliyor.

Elektrolizör içerisinde yer alan sistemin merkezinde, bakır destekli, yüksek kusurlu Fe₂O₃ (demir oksit) nanoparçacıkları bulunuyor. Bu benzersiz katalizör, yüzeyinde yer alan “oksijen boşlukları” sayesinde oldukça yüksek kimyasal reaktivite sergiliyor. NOx molekülleri, bu yüzey kusurlarına tutunarak elektrokimyasal indirgenme reaksiyonları geçiriyor. Bu reaksiyonlar sırasında, azot içeren moleküllere ardışık şekilde hidrojen atomları ekleniyor ve süreç, kimyasal olarak en uygun yol olarak tanımlanan “NHO yolu” üzerinden ilerliyor.

Araştırmacılar, söz konusu özel katalizörün yalnızca bakır kullanıldığı duruma kıyasla reaksiyonun enerji gereksinimini önemli ölçüde düşürdüğünü belirtiyor. Böylece amonyak üretimi hem daha kolay hem de daha verimli hale geliyor. Üstelik sonuçta ortaya çıkan amonyak gaz hâlinde üretiliyor, bu da onu sıvılar içinde çözme ve ardından ayırma gibi karmaşık işlemler olmaksızın kolayca toplama imkanı sağlıyor. Bu yönüyle yöntem, Haber-Bosch sürecinden çok daha sade, düşük enerjili ve çevre dostu bir alternatif sunuyor.

Araştırmanın başındaki isim olan Profesör PJ Cullen, yöntemin potansiyelini şöyle özetliyor:

“Şu anda amonyak üretimi merkezi tesislerde gerçekleşiyor ve ürün uzun mesafelere taşınıyor. Düşük maliyetli, merkezi olmayan ve ölçeklenebilir bir ‘yeşil amonyak’ üretimine ihtiyacımız var.”

Yeni yöntem, yüksek saflıkta azot ve hidrojen, aşırı sıcaklık veya basınç gibi zorlu şartlara ihtiyaç duymamasıyla bu hedefe oldukça yakın görünüyor.

Profesör Cullen, geliştirdikleri yöntemi 2025 Nisan ayında Angewandte Chemie International Edition dergisinde yayımladıkları bilimsel makaleyle kamuoyuna duyurdu. Araştırmanın bir sonraki hedefi ise, sistemin enerji verimliliğini daha da artırmak: 

“Sürdürülebilir amonyak üretimi için daha eksiksiz bir çözüm sunmak istiyorsak, elektrolizör bileşeninin enerji verimliliğini artırmamız gerekiyor.”

Sydney Üniversitesi’nin çalışması, dünya genelinde yürütülen çevreci amonyak üretimi araştırmalarından yalnızca biri. MIT'deki bir ekip, amonyağı yer altında "demleme" fikrini inceliyor. Yeni Güney Galler Üniversitesi’nden kimyagerler, 8.000 olası katalizör adayı arasında en uygun olanı belirlemek için yapay zeka kullanıyor. Geçtiğimiz yıl ise Stanford Üniversitesi’nden bir ekip, oda sıcaklığında ve her yerde amonyak üretebilen taşınabilir bir cihaz geliştirdi.

Amonyak üretiminin küresel sera gazı salımındaki %1’lik payı, bu tür yenilikçi yöntemlerin iklim değişikliğiyle mücadelede ne kadar kritik olduğunu gösteriyor.

‍

‍

‍

‍

‍

Kaynak: https://newatlas.com/energy/lightning-harnessed-clean-ammonia/