Atık suyun verimli bir biçimde temizlendiği ve birebir vakitte hidrojen üretimine de katkıda bulunduğu bir dünya hayal edelim. ABD’deki Worcester Politeknik Enstitüsü (WPI) araştırmacıları bu hayali gerçekleştirmek için üreyi sudan uzaklaştıracak ve potansiyel olarak hidrojen gazına dönüştürecek bir gereç geliştirdi. WPI’da Kimya Mühendisliği alanında profesör Xiaowei Teng tarafından yürütülen çalışma, üre elektrolizinde uzun müddettir devam eden bir meseleye umut verici bir tahlil ortaya koyuyor. Üre, nitrojen açısından güçlü yaygın bir ziraî gübredir ve insan metabolizmasının bir yan eseridir. Suda yüksek ölçüde bulunduğunda ise çevresel problemlere sebep oluyor. Üre açısından varlıklı ziraî akış ve atık su deşarjı, ziyanlı alglerin çoğalmasına ve oksijensiz meyyit bölgeler oluşumuna katkıda bulunarak, suları ve insan sıhhatini olumsuz tarafta etkiliyor.
Bununla birlikte, ürenin toksik olmayan yapısı, suda yüksek çözünürlüğü ve önemli ölçüde hidrojen içeriği üzere eşsiz özellikleri, onu hidrojen depolama ve üretimi için potansiyel bir aday haline getiriyor.
Üreyi sudan ayırmak kuvvetli bir süreç
Ürenin hidrojen üretimi için kullanılmasındaki sorun, üreyi su yerine seçici olarak oksitleyen düşük maliyetli ve yüksek verimli elektrokatalizörlerin olmaması. Teng ve WPI’daki grubu, çalışmalarında detaylı olarak belirtildiği üzere, eşsiz elektronik yapılara sahip, sinerjistik olarak etkileşime giren nikel ve kobalt atomlarından oluşan elektrokatalizörler yaratarak bu zorluğun üstesinden geldi.
Ekibin araştırması homojen nikel ve kobalt oksitler ve hidroksitlere odaklandı. Eşsiz elektronik yapıların baskın Ni2+ ve Co3+ tipleriyle uyarlanmasının, üre oksidasyonu için elektrokimyasal aktiviteyi ve seçiciliği arttırmak için çok kıymetli olduğunu keşfetti.
Teng şöyle açıklıyor: “Bu elektronik konfigürasyon, üre oksidasyonunun seçiciliğini geliştirmek için çok değerli bir faktördür zira Ni3+ üzere daha yüksek nikel pahasının nitekim de güçlü elektrik akımı çıkışıyla süratli bir tepki üretilmesine yardımcı olduğunu gözlemliyoruz; fakat akımın büyük bir kısmı, istenmeyen su oksidasyonundan kaynaklanıyordu.”
WPI’dan Profesör Aaron Deskins tarafından gerçekleştirilen hesaplamalı simülasyonlar, nikel ve kobalt oksitlerin ve hidroksitlerin homojen karışımının, elektronun yine dağıtımını kolaylaştırdığını, üre ve su molekülleriyle bağlanma için katalizörleri optimize ettiğini gösteren deneysel bulguları destekledi.
Üre, onlarca yıldır ticari olarak üretilen değerli bir azotlu gübre ve yem katkı unsuru. Yalnızca 2021 yılında yaklaşık 180 milyon ton üre üretildi. Yetişkin bir insan günde 1,5 litre idrar üretiyor, bu da yılda 11 kg üre ve 0,77 kg hidrojen gazına eşdeğer. Takımın bulguları, atık sulardan verimli bir formda hidrojen yakıtı üretmekle kalmayıp, tıpkı vakitte ekolojik sistemlerin uzun vadeli sürdürülebilirliğine de katkıda bulunarak ürenin kullanılma biçiminde ihtilal yaratabilir.
