Biomedya - Biyoteknoloji & Yaşam Bilimleri

Bunu ele almak için bilim adamları alternatif, yenilenebilir enerji kaynakları arıyorlar. Ana aday, organik atıklardan veya bitki ve hayvanların ‘biyokütlesinden’ üretilen hidrojendir. Biyokütle ayrıca atmosferden CO2'yi emer, uzaklaştırır ve depolarken, biyokütlenin ayrışması da bize negatif emisyonlar veya sera gazlarının giderilmesi için yollar getirebilir. Ancak biyokütle ileriye dönük bir yolun habercisi olsa da enerjiye dönüşümünü en üst düzeye çıkarmanın en iyi yolu hâlâ soru işareti. 

Biyokütle gazlaştırma

Biyokütleyi enerjiye dönüştürmek için şu anda iki ana yöntem vardır: gazlaştırma ve piroliz. Gazlaştırma, katı veya sıvı biyokütleyi 1000°C civarındaki sıcaklıklarda gaz ve katı bileşiklere dönüştürerek koyar; gaza ‘syngas’, katıya ise ‘biyokömür’ denir.

Syngas, hidrojen, metan, karbon monoksit ve diğer hidrokarbonların bir karışımıdır ve bunlar güç üretmek için ‘biyoyakıt’ olarak kullanılanlardır. Öte yandan, biyokömür, tarım uygulamalarında kullanılabilmesine rağmen, genellikle katı bir karbon atığı olarak kabul edilir.

Biyokütle pirolizi

Diğer yöntem olan biyokütle pirolizi, biyokütlenin daha düşük sıcaklıklarda, 400-800°C arasında ve inert bir atmosferde 5 bar'a kadar olan basınçlarda ısıtılması dışında gazlaştırmaya benzer. Üç tür piroliz vardır: geleneksel, hızlı ve flaş piroliz. Üçünden ilk ikisi en uzun süreyi alır ve en fazla karakter üretimine sahiptir.

Flaş piroliz 600°C'de gerçekleşir ve en fazla sentez gazı üretir ve en düşük kalma süresine sahiptir. Ne yazık ki, aynı zamanda yüksek sıcaklık ve basınçları kaldırabilecek özel reaktörlere de ihtiyacı var. 

Hidrojen üretimi için bölünmüş muz

EPFL'nin Temel Bilimler Okulu'nda Profesör Hubert Girault tarafından yönetilen bilim adamları, biyokütle foto-pirolizi için yalnızca değerli sentez gazı değil, aynı zamanda diğer uygulamalarda yeniden kullanılabilen bir katı karbon biyokömürü üreten yeni bir yöntem geliştirdiler. Çalışma Chemical Science'da yayınlandı.

Yöntem, basılı elektronikler için metalik mürekkepleri sertleştirmek için yaygın olarak kullanılan bir Xenon lamba kullanarak flaş ışığı pirolizini gerçekleştirir. Girault'nun grubu, sistemi son birkaç yılda nanoparçacıkları sentezlemek gibi başka amaçlar için de kullandı.

Lambanın beyaz flaş ışığı, foto-termal kimyasal reaksiyonları destekleyen kısa atımların yanı sıra yüksek güçlü bir enerji kaynağı sağlar. Buradaki fikir, biyokütlenin emdiği ve anında bir fototermal biyokütlenin sentez gazına ve biyokömüre dönüşümünü tetikleyen güçlü bir flaş ışığı çekimi oluşturmaktır. 

Bu parlama tekniği farklı biyokütle kaynaklarında kullanıldı: muz kabukları, mısır koçanı, portakal kabukları, kahve çekirdekleri ve hindistancevizi kabukları, bunların tümü başlangıçta 105 °C'de 24 saat kurutuldu ve daha sonra öğütüldü ve ince bir toz haline getirildi. Toz daha sonra ortam basıncında ve âtıl bir atmosfer altında standart bir cam pencereli paslanmaz çelik bir reaktöre yerleştirildi. Xenon lambası yanıp söner ve tüm dönüştürme işlemi birkaç milisaniyede biter.

Çalışmada çalışan Bhawna Nagar, "Her bir kg kuru biyokütle, yaklaşık 100 litre hidrojen ve 330 g biyokömür üretebilir, bu da orijinal kurutulmuş muz kabuğu kütlesinin ağırlıkça %33'üne kadardır". dedi. Yöntem ayrıca, kurutulmuş biyokütlenin kg'ı başına 4.09 MJ'lik bir pozitif hesaplanmış enerji sonucuna sahipti.

Bu yöntemde öne çıkan hem son ürünleri olan hidrojenin hem de katı-karbon biyokömürünün değerli olmasıdır. Hidrojen yeşil yakıt olarak kullanılabilirken, karbon biyokömürü ya gömülebilir ve gübre olarak kullanılabilir ya da iletken elektrotlar üretmek için kullanılabilir.

Nagar, "Çalışmamızın alaka düzeyi, yıllardır atmosferden CO 2 depolarını dolaylı olarak yakaladığımız gerçeğiyle daha da artıyor. Bir Xenon flaş lambası kullanarak bunu kısa sürede kullanışlı son ürünlere dönüştürdük." diyerek sözlerini noktaladı.

Makale:pubs.rsc.org