YENİ GÜNEŞ ENERJİSİ SİSTEMİ ATIK SUDAKİ NİTRATI YÜKSEK DEĞERLİ AMONYAĞA DÖNÜŞTÜRÜYOR
UNIST Enerji Kimyası Okulu'ndan Profesörler Kwanyong Seo ve Ji-Wook Jang'ın ortak liderliğindeki araştırma ekibi, ortam koşullarında nitrat kirleticilerini amonyağa dönüştürebilen güneş enerjili bir fotoelektrokimyasal (PEC) sistemi başarıyla geliştirdiklerini duyurdu.
Amonyak, yıllık tüketimi 150 milyon tonu aşan, küresel olarak tarım ve sanayide kullanılan temel bir kimyasaldır. Yüksek hidrojen içeriği, onu yeni nesil enerji depolama ve ulaşım çözümleri için umut vadeden bir aday konumuna getirmektedir. Ancak, yaygın endüstriyel yöntem olan Haber-Bosch prosesi, yüksek sıcaklık ve yüksek basınç koşullarına büyük ölçüde bağımlı olduğundan, önemli miktarda sera gazı emisyonuna neden olmaktadır.
Yenilikçi PEC sistemleri, harici elektrik gücüne ihtiyaç duymadan nitrat azaltımını sağlamak için güneş ışığından yararlanıyor ve atık sudan hammadde olarak yararlanıyor. Nitratlar, yüksek konsantrasyonlarda bulunduklarında methemoglobinemi ve mide kanseri gibi sağlık riskleri oluşturuyor. Yeni teknoloji, nitratları seçici olarak amonyağa indirgeyerek hem su kirliliğini hem de sürdürülebilir amonyak sentezini etkili bir şekilde ele alıyor.
Sistem, nikel folyo katalizörüyle eşleştirilmiş silikon bazlı bir fotokatottan oluşur. Güneş ışığı silikonu uyararak elektronlar üretir ve bu elektronlar nikel katalizörü aracılığıyla yönlendirilerek nitratları amonyağa indirger. Önemli bir yenilik, çalışma sırasında katalizör yüzeyinde ince bir nikel hidroksit (Ni(OH)₂) tabakasının oluşmasıdır. Bu tabaka, hidrojen oluşumu gibi rekabet eden reaksiyonları baskılayarak amonyak üretimine yönelik seçiciliği artırır.
Bu mekanizma, kapsamlı deneyler ve kuantum mekaniği hesaplamalarıyla doğrulandı. UNIST Fizik Bölümü'nden Profesör Suthsu Ryu, yoğunluk fonksiyonel teorisi (DFT) simülasyonlarını kullanarak, Ni(OH)₂'nin nitratın amonyağa indirgenmesini destekleyen aktif bölgeler sunduğunu ve bu sayede ilgili enerji bariyerlerinin azaldığını gösterdi.
Sistem, herhangi bir dış etkene maruz kalmadan saatte santimetrekare başına 554 mikrogramlık rekor seviyede amonyak üretim hızına ulaşarak, önceki teknolojileri %50'den fazla geride bırakarak dikkat çekici bir performans sergiledi. Sistem, 25 cm²'lik daha büyük bir ölçekte performansını korudu ve bu da gerçek dünya uygulamaları için umut verici bir potansiyele işaret ediyor.
Profesör Seo, "Nitrat kirleticilerini amonyağa dönüştürmek sadece suyu arıtmakla kalmıyor, aynı zamanda karbon nötrlüğüne de katkıda bulunuyor. Amacımız, doğrudan güneş ışığı ve atık su kaynakları kullanarak açık havada amonyak üretebilen büyük ölçekli, pratik PEC cihazları geliştirmek." diye vurguladı.
