Araştırmacılar, 40 Yıllık Bir Soruya Cevap Buldular

Enerji santralleri, iklim değişikliğiyle ilişkili ana toksik emisyon kaynaklarıdır. Kömür ve doğal gaz gibi fosil yakıtlar yakıldığında, asit yağmuru ve yer seviyesi ozon oluşumuna ve sera gazlarına katkıda bulunan azot oksit (NOx) gazı içeren kirletici maddeler üretirler. 

Israel Wachs isimli bilim insanı ve ekibinin NOx üzerinde bir çalışma gerçekleştirdi ve çalışmayla ilgili makale, Alman Kimya Derneği’nin Angewandte Chemie dergisinin 2 Eylül tarihli sayısında yayınlandı.

Wachs makalesinde, “Enerji üretmek için yakma işleminde havada bulunan moleküler azot(N2) ve oksijenin(O2) ayrışmasına neden olan çok yüksek sıcaklıklar gerektirir. Ayrışma işleminin sonrasında azot ve oksijen atomları daha sonra yeniden birleşir. Bu sürecin kontrol edilmesi çok zor olduğu için bugüne kadar en büyük kirlilik sorunu olarak kabul ediliyordu” dedi. 

Japonya, 1970’lerde NOx’i zararsız amonyakla, azot(N2) ve su(H20) oluşturmak için reaksiyona soktu. Japonya bu şekilde NOX’i kontrol edecek bir teknoloji geliştirmiş oldu. Operando Moleküler Spektroskopi ve Kataliz Araştırması Laboratuvarı’nı yöneten Wachs, “Bu çok zararlı bir şeyi çok iyi huylu bir şeye dönüştüren faydalı bir kimyasal reaksiyon” diyor. 

NOx emisyonları artık güçlü bir şekilde düzenleniyor. Bu ortak azaltma stratejisi, azot oksitlerin amonyak tarafından seçici katalitik indirgenmesidir (SCR). Bu tepkimede görev alan katalizörler hem SCR reaksiyonunu hızlandırır hem de reaksiyon ürünlerini kontrol eder. Yani katalizör, reaksiyonun istenmeyen zararlı gazlar üretmesini engeller.

Enerji santralleri tarafından yaygın olarak kullanılan SCR katalizörü, titanyum dioksit destekli vanadyum oksit ve tungsten oksittir. Katalizörün mekanizması hakkındaki makalenin yazarı olan Wachs, “Katalizör, titanyum dioksit desteğin yüzeyine dağılmış vanadyum oksit ve tungsten oksitten oluşur. Vanadyum oksit, N2 oluşumuna karşı selektif katalitik indirgeme gerçekleştiren aktif bileşendir ve istenmeyen reaksiyon ürünlerine ve toksik olabilecek istenmeyen reaksiyonlara neden olmaz. Literatürde 40 yıldan beridir tungsten oksit bileşeninin tam olarak ne işe yaradığı sorusu etrafında büyük bir tartışma yaşanıyor” dedi. 

Isreal Wachs, yıllar boyunca üç teorinin açıklamalarının katalizörün mekanizması için kabul edildiğini belirtiyor. Teorileriden bir tanesi, tungsten oksidin, kimyasal reaksiyonu arttıran asidik bir karaktere sahip olduğunu iddia etti. İkinci teoriye göre tungsten oksitin bir şekilde elektronlarını vanadyum oksitle paylaştığını iddia etti. Üçüncü teori ise tungsten oksidin, vanadyum oksidin yapısını değiştirdiğini belirtti. 

Wachs ve ekibi, katalizör hakkındaki bu teorileri test etmek için Yüksek Alan(HF) Nükleer Manyetik Rezonans(NMR) spektrometresi olarak adlandırılan son teknoloji bir araç kullandılar.

HF NMR spektrometresini kullanan araştırmacı ekibin ortaya çıkardığı sonuçların yayınlandığı makalede, “Vanadyum oksitin izole edilmiş türler veya monomerler olarak mevcut olmasını sağlayan katalizörde vanadyum oksit miktarının çok düşük olduğu ortaya çıkıyor. Tungsten oksit eklediğinizde, vanadyum oksit monomerden oligomerlere veya polimerlere dönüşür.

Bu nedenle şimdi tüm vanadyum oksit, titanyum oksit desteğinde bir zincir veya bir ada olarak bağlanır. Bağımsız çalışmalar yaptık ve vanadyum oksit oligomerlerinin izole vanadyum oksit bölgelerinden 10 kat daha aktif olduğunu gördük. Bu nedenle tungsten oksit, vanadyum oksidin yapısını daha az aktif bir formdan yüksek derecede aktif bir forma değiştiriyor.” ifadelerine yer verildi.

Katalizörün nasıl çalıştığına dair ortaya çıkarılan bu temel anlayış, kimyasalların üretiminde ve hava kirliliğinin kontrolünde önemli bir gelişme sağlayacak. Isreal Wachs, 40 katalizör etrafındaki çalışmaların hava kirliliğinden dolayı ortaya çıkan sağlık sorunlarının önüne geçilmesinde önemli olacağını düşünüyor. 

Kaynak: Webtekno