Yeni Keşfedilen Fotokatalitik Malzemelerle Karbon Dioksit Endişelerini Gidermek

Küresel Karbon Dioksit emisyon hacmi, bugün karşılaştığımız en büyük zorluktur. Bu emisyonlar son 75 yılda özellikle varoluşu tehdit edecek seviyelere yükselmiştir. 

1950 yılında, dünya 6 milyar ton karbon dioksit yaydı. 1990 yılına gelindiğinde, bu miktar 20 milyar ton olmuştur. Ve şimdi bu miktar 35 milyar tonun üzerindedir. ABD tek başına 1751’den bu yana yaklaşık 400 milyar ton karbon dioksit yaymıştır; bu, bugüne kadar toplam emisyonların neredeyse dörtte birini oluşturur. 1751’den bu yana, küresel birikmiş karbon dioksit emisyon hacmi 1,5 trilyon ton olmuştur. 

Karbon dioksit, fosil yakıtların yakılması, orman yangınları, volkanik patlamalar vb. gibi birçok kaynaktan gelebilir. Isı tutan bir gaz olduğu için zararlıdır. Karbon dioksit ve diğer sera gazları, gezegenin uzaya yayabileceği ısıyı tutan bir battaniye veya kapak oluşturur. 

Daha da endişe verici olan, karbon dioksitin ısı tutma kapasitesinin muazzam olması ve atmosferdeki az miktarda karbon dioksitin devasa ısı miktarını tutabilmesidir. Tartıştığımız 35 milyar tonun üzerindeki emisyon rakamı, karbon dioksitin sadece %0,04’lik bir atmosfer oranına sahip olmasından kaynaklanmaktadır. 

Atmosferdeki karbon dioksit varlığının ne kadar önemsiz olduğunu açıklarken, Columbia Üniversitesi Lamont-Doherty Yer Gözlemevi’nden iklim bilimcisi Jason Smerdon şu benzetmeyi yaptı: 

“Eğer benim boyumda biri iki bira içerse, kan alkol oranım yaklaşık %0,04 olur.” 

Ancak, daha sonra bize bir maddenin küçük bir hacminin bile onarılamaz olumsuz sonuçlar doğurabileceğini hatırlatıyor. Şöyle diyor: 

“Bir kişiyi zehirlemek için çok fazla siyanüre ihtiyaç yoktur. Önemli olan, o belirli maddenin daha büyük sistemle nasıl etkileşime girdiği ve sistemi nasıl etkilediğidir.”

Bu nedenle, karbon dioksit ve diğer sera gazlarının ısı tutma özellikleri, en yüksek aciliyet ve ciddiyetle ele alınması gereken bir tehdittir. 

İklim ve Temiz Hava Koalisyonu, UNEP tarafından düzenlenen bir girişim, bu aciliyeti mümkün olan en açık şekilde kabul ediyor. Şöyle diyor: 

“Isınmayı 2 santigrat derecenin altında tutmak için zamanımız tükeniyor.”

Komite Başkanı ve Uluslararası Yönetişim ve Kalkınma Enstitüsü (IGSD) Başkanı Durwood Zaelke’ye göre: 

“İklim değişikliği gibi hızlı hareket eden bir sorunu yavaş çözümlerle çözemeyiz. Hız, yeni ölçütümüz—2030’a kadar KISA ÖMÜRlü İklim Kirleticileri (SLCP) azaltma hızı, 2050’ye kadar temiz enerji ve net sıfır emisyon hedefi ve zaten yaydığımız karbon dioksitin artan bir kısmını ortadan kaldırma hızı.”

Zaelke hedefi şu şekilde daha da nicelendiriyor:  

“SLCP’leri azaltmak, orta yüzyıla kadar 0,6 derece ısınmayı önleyebilir ve 1,5 derece ısınmayı sınırlamak istiyorsak büyük bir rol oynar.”

Burada SLCP, kısa ömürlü iklim kirleticileri anlamına gelmektedir. Karbon dioksit endişelerini ele almak şu anki ihtiyaçtır. Eşi benzeri görülmemiş aciliğe yanıt vermek yenilikçi çözümler olmadan mümkün olmayacaktır. Aşağıdaki bölümlerde, yakın zamanda ortaya çıkan bu yenilikçi yolları tartışacağız. 

Araştırmacılar Karbon Dioksiti Sürdürülebilir Yakıta Dönüştürmenin Yolunu Gösterdi

Nottingham Üniversitesi Kimya Okulu, Birmingham Üniversitesi, Queensland Üniversitesi ve Ulm Üniversitesi temsilcilerinden oluşan uluslararası bir araştırmacı ekibi, bir malzeme tasarlamış ki bu malzeme yeni yeşil yakıtların üretilmesinde önemli ve belirleyici bir şekil olarak görülebilir.

Malzeme Hakkında Daha Fazla

Malzeme, nanokristalin karbon nitrür üzerine bağlanmış bakırdan türetilmiştir. Bakır atomları nanokristalin yapı içinde konumlanır ve elektronların karbon nitrürden karbon dioksite geçmesine izin verir. Bu hareket, güneş ışığı altında karbon dioksitten metanol üretiminde hayati öneme sahiptir. 

Eğer ölçeklendirme başarılı olursa, bu prosedür karbon dioksidin oluşturduğu tehditlerle mücadelede en kritik sorunlardan birini çözecektir. 

Küresel ısınmanın en önemli ajanı olan karbon dioksit, faydalı ürünlere dönüştürülebilir. Ancak, şimdiye kadar bu dönüşüm süreçleri fosil yakıtlardan elde edilen hidrojene bağımlıydı. Güneş enerjisi ilk kez kullanılmaktadır. 

Araştırma, sürdürülebilir güneş enerjisi ve suyun bolluğundan verimli şekilde yararlanan foto ve elektrokataliz temelli alternatif yöntemlerin geliştirilmesi ihtiyacını doğrulamaktadır.

Kimya Okulu’ndan araştırmacı Dr. Madasamy Thangamuthu’ya göre: 

“Fotokatalizde kullanılan çok çeşitli malzemeler vardır. Fotokatalistin ışığı emmesi ve yük taşıyıcıları yüksek verimlilikle ayırması önemlidir. Bizim yaklaşımımızda, malzemeyi nanoskopik ölçekte kontrol ediyoruz. Kristal nanoskopik alanlara sahip yeni bir karbon nitrür formu geliştirdik; bu, ışıkla verimli etkileşim ve yeterli yük ayrımı sağlar.”

Üst düzey karbon yakalama hisselerinin listesi için buraya tıklayın.

Süreç Hakkında Daha Fazla

Araştırmada kullanılan ısıtma süreci, karbon nitrürün fotokataliz potansiyelini en üst düzeye çıkarmak için gerekli kristallik seviyesine ulaşmasını sağladı. Süreç ayrıca, çözücü kullanılmadan bakırın biriktirilmesi için manyetron püskürtme yöntemini içeriyordu. Çözücülerin olmaması, yarı iletken ve metal atomları arasında yakın temas sağladı. 

University of Nottingham Kimya Okulu’ndan doktora öğrencisi Tara LeMercier’a göre: 

“Bakır olmadan bile yeni karbon nitrür formu, geleneksel karbon nitrürden 44 kat daha aktiftir. Ancak, şaşırtıcı bir şekilde, 1 gram karbon nitrür başına sadece 1 mg bakır eklenmesi bu verimliliği dört kat artırdı. En önemlisi, seçicilik metandan, başka bir sera gazı, metanol gibi değerli bir yeşil yakıta değişti.”

Genel olarak, deney sürdürülebilir elementlerden oluşan katalizörler kullanmasıyla öncüydü. Kimya Okulu Profesörü Andrei Khlobystov’a göre: 

“Karbon dioksit değerlemesi, Birleşik Krallık’ın net sıfır hedefini gerçekleştirmede anahtardır. Bu önemli reaksiyon için katalizör malzemelerimizin sürdürülebilirliğini sağlamak hayati önemdedir. Yeni katalizörün büyük avantajı, karbon, azot ve bakır gibi sürdürülebilir elementlerden oluşması; bu elementler gezegenimizde son derece bol miktarda bulunur.”

Dünya genelindeki şirketler karbonu yeşil enerjiye dönüştürmek için çalışıyor. Bu şirketlerin bazıları bizi gerçekten heyecan verici, yenilikçi ve etkili çözümlerle güçlendirdi. 

#1. Climeworks

Climeworks, doğrudan hava yakalama ve depolama tesisleriyle bilinir; bu tesisler havadan karbon dioksiti uzaklaştırır. Karbon kaldırma tesislerini işletmenin yanı sıra, Climeworks küresel net sıfır stratejisi için yüksek kaliteli çözümlerden oluşan tam bir portföy sağlamak amacıyla diğerleriyle ortaklık kurar.

Şirket dünya çapında aktiftir ve belirli ihtiyaçlara göre özelleştirilmiş çeşitli çözümler sunar. Örneğin, İzlanda’da, depolama ortağı Carbfix’in yardımıyla, karbon dioksiti yer altına derinlemesine taşıyarak bazalt kayasıyla doğal bir süreçte reaksiyona sokar; bu sayede zararlı emisyon taş haline gelir ve 10.000 yıldan fazla sürede güvenli bir şekilde kapsüllenmiş olur. 

Amerika Birleşik Devletleri’nde, Climeworks, ABD Enerji Bakanlığı’nın Bölgesel DAC Hub programı kapsamında üç proje duyurdu. Climeworks’un geliştirme ortağı olduğu Project Cypress, aşırı hava olayları (kasırgalar, kuraklıklar, sel gibi) uzun vadede kötüleşmesini önlemek için atmosferden fazla karbon dioksiti (CO2) kaldırmak amacıyla doğrudan hava yakalama yöntemini kullanacak.

Zürih, İsviçre’de, Climeworks karbon nötr sebzeler üretmeye yardımcı bir tesis geliştirdi. Doğrudan hava yakalama tesisi gazı seralara pompalayarak bitkinin fotosentezini artırır ve verimini %20’ye kadar yükseltir. Climeworks, yılda yaklaşık 900 ton CO2’yi havadan çekeceğini belirtiyor.

Karbon Kaldırma Merkezi’nden Matt Lucas’a göre: 

“Climeworks gibi havadan CO2 yakalama teknolojileri, güneş, rüzgar ve bataryalar gibi fabrikada üretilen ürünlerde gördüğümüz keskin fiyat düşüşlerine benzer bir potansiyele sahiptir.”

9 Nisan 2024’te, Climeworks, Norveç hükümetinin Çevre ve İklim Bakanlığı’na bağlı devlet işletmesi Enova’dan 2,2 milyon CHF (26 milyon NOK) Norveç fonu aldı. 

İki yıl önce, Climeworks CHF 600 milyon (USD 650 milyon) tutarında bir öz sermaye turu imzaladı. Yatırımcı listesi, dünya çapında tanınmış ve büyük kurumsal teknoloji ve altyapı yatırımcılarını içeriyordu.

#2. Heirloom Carbon

Heirloom Carbon ilk ticari doğrudan hava yakalama tesisini Amerika Birleşik Devletleri’nde inşa etti. Tamamen yenilenebilir enerjiyle çalışan bu tesis, atmosferden karbon dioksiti kalıcı olarak uzaklaştırıyor. 

Karbon mineralizasyonu sürecinden yararlanır; kireçtaşı gibi doğal karbon emicileri olarak bilinen kayalar, zaman içinde büyük miktarlarda CO2 yakalar. Gezegenin en bol bulunan kayalarından biri olan kireçtaşı, yıllar içinde havadan büyük miktarlarda CO2 yakalayabilir. Heirloom Carbon’un teknolojisi bu süreci günler içinde hızlandırır. 

Heirloom’un teknolojisinin birçok faydası vardır. Karbon dioksiti kalıcı olarak uzaklaştırır, böylece gazın yer altında sonsuza kadar güvenli bir şekilde depolanmasını sağlar. Heirloom’un hizmetleri ayrıca minimal çevresel ayak izine sahiptir; tesisleri metrekare başına 50 ton CO2 kaldırabilir ve tarıma elverişsiz arazilerde kurulabilir.

Zamanla, Heirloom hizmetlerinin maliyet etkinliğinin en üst seviyeye ulaşacağına ve karbon kaldırma kredilerinin 2035 yılına kadar ton başına 100 ABD dolarının altında olacağına inanıyor. 

Nisan 2022’de, Heirloom Mask Foundation ve XPRIZE’den 1 milyon ABD doları hibe aldı. 17 Mart 2022’de AENU ve diğer bir düzine yatırımcıdan Seri A turunda 53 milyon ABD doları topladı. Haziran 2021’de, Heirloom, Ulusal Bilim Vakfı’ndan 255.737 ABD doları değerinde bir hibe aldı.

Karbon Emisyonu ile Mücadele İçin Kapsamlı Bir Plan Üzerine Odaklan

Böyle bir plan, karbon emisyonunun tüm yaşam döngüsüne bakar ve onu mümkün olan en akıllı, yer-optimizasyonlu, verimli şekilde her yerde ele almayı planlar. Örneğin, Climate TRACE gibi çözümler, uydu ve makine öğrenimiyle küresel emisyon sıcak noktalarını belirlemeye yardımcı olur. Öte yandan CarbonChain gibi şirketler, yapay zeka kullanarak şirketlerin mevcut emisyonlarını profillemelerine ve bunları azaltma yolları bulmalarına yardımcı olarak tedarik zincirindeki emisyonları azaltır. Enerji sızıntılarını tespit etmek de bu kapsamlı planın bir parçasıdır. 

Tanımlama süreci tamamlandıktan sonra, karbon dioksit endişeleriyle başa çıkmanın üç olası yolu vardır. Birincisi, karbon dioksit emisyonlarından kaynaklanan iklim zararını daha fazla artırmayı önlemeye odaklanır. İkincisi, fosil yakıtlara olan bağımlılığımızı azaltmak için enerji verimliliğini artırmaya yöneliktir. Üçüncüsü, üç seçenek arasında en iddialı olanı, zaten gerçekleşmiş olan zararı tersine çevirmeye çalışır. 

Belirli çözümler açısından, birçok fikir gelişti. Bilim insanları, atmosferden CO2 emen ve büyürken yenilenebilir enerji kaynağı olarak hizmet eden bitkiler veya deniz yosunları yetiştirmeyi savunmuşlardır. Daha çığır açıcı ve radikal yenilikçi deneyimler, örneğin güneş enerjisini toplayabilen yeni bir polimer gibi örnekleri içerir. Bu polimerler daha sonra tekstillere uygulanabilir, böylece giysilerimiz yeşil ve mobil enerji kaynakları haline gelir. 

Yıllar içinde, zararın tersine çevrilmesi alanında birçok çekici uygulama ve çözüm geliştirildi. Örneğin, bilim insanları, endüstriyel egzozdan CO2’yi sentetik kireç taşı üretmek için kullanan karbon bazlı betona çalışıyorlar; bu, betondaki ana bileşenlerden biridir. Bu bağlamda, beton üretiminin dünya CO2 emisyonlarının %4 ila %8’ini oluşturduğunu unutmamalıyız. 

Karbon yiyen bitkiler, karbon tutan gübreler ve daha fazlasını geliştirmek için çalışmalar da devam etmektedir. 

Tüm bu yeniliklerle, 1990 seviyelerinin %55 ya da daha fazla azaltılmasını 2030’a kadar ve 2050’ye kadar iklim nötrlüğü hedefini sağlamalıyız. Fosil yakıttan temiz, yenilenebilir enerjiye geçiş alanında çok daha fazlası yapılması gerekirken, küresel iş birliği de ormansızlaşmayı durdurma, araziyi sürdürülebilir kullanma ve doğayı yeniden canlandırma konularında etkili olmalıdır. 

Sürekli çabalar, sera gazı salınım hacmini ormanlarımız, okyanuslarımız ve toprağımızda bu gazların yakalanması ve depolanmasıyla dengelememize sonunda yardımcı olacaktır.