Amerikan ACS Energy Letters dergisinde yayımlanan bir çalışmaya göre, geliştirilen sistem karbon yakalama ve salım verimliliğini altı kat artırırken, maliyetleri en az %20 oranında düşürebiliyor.
Karbon emisyonlarını azaltmak ve iklim değişikliğiyle mücadele etmek için atmosferden karbondioksit (CO₂) çekmek kritik bir ihtiyaç olarak görülüyor. Ancak mevcut karbon yakalama sistemleri, genellikle verimlilik ile geri salım arasında bir denge kurmakta zorlanıyor. Yani CO₂’yi verimli şekilde yakalayan kimyasallar, onu serbest bırakmakta yetersiz kalırken; CO₂’yi kolayca serbest bırakan maddeler ise yakalamada düşük performans sergiliyor. Massachusetts Teknoloji Enstitüsü (MIT) araştırmacıları, bu süreci iyileştirmek adına nanofiltrasyon temelli yenilikçi bir yöntem geliştirdi.
Enstitüden Prof. Varanasi, “Karbon yakalama konusunda anlamlı bir etki yaratmak için en başından itibaren ölçek düşünülmeli. Bu da bizi darboğazları doğru tespit etmeye ve gerçek potansiyele sahip çözümler geliştirmeye yöneltiyor.” ifadelerini kullandı. Çalışmada, hidroksit bazlı sistemlerle çalışan karbon yakalama teknolojilerinin verim sorunları ele alınıyor. Bu sistemlerde, havadaki CO₂ hidroksit ile birleşerek karbonat oluşturuyor ve bu karbonat daha sonra elektrokimyasal bir hücreye yönlendirilerek serbest CO₂’ye dönüştürülüyor. Ancak, hem CO₂ yakalama hem de salım adımları aynı sıvı içinde gerçekleştiği için iyon dengesizlikleri nedeniyle sistemin verimi düşüyor.
Nanofiltrasyon
Araştırma ekibi, bu sorunu çözmek için sürece üçüncü bir adım ekledi: nanofiltrasyon. Yüksek çözünürlüklü filtreleme özelliği taşıyan özel membranlar sayesinde, hidroksit (tek yüklü) ve karbonat (çift yüklü) iyonları birbirinden ayrılıyor. Bu sayede her bir süreç en verimli şekilde çalışabilecek koşullara ulaşıyor. Sistem, karbonat iyonlarını elektrokimyasal salım aşamasına, hidroksit iyonlarını ise yeniden emilim aşamasına yönlendiriyor. Böylece protonların yanlışlıkla hidroksit ile reaksiyona girerek yalnızca su üretmesi engellenmiş oluyor.
Gerçek ortam koşullarında yapılan testlerde, nanofiltrasyonun %95 oranında verimli çalıştığı tespit edildi. Geliştirilen ekonomik modelde, mevcut sistemlerin CO₂ yakalama maliyetinin ton başına 600 dolar civarında olduğu; nanofiltrasyon eklendiğinde ise bu maliyetin yaklaşık 450 dolara düştüğü belirlendi. Yeni yöntemin sadece doğrudan hava yakalama sistemleriyle sınırlı kalmayıp, enerji santrali gibi noktasal kaynaklardan CO₂ yakalayan sistemlerde de kullanılabileceği belirtiliyor. Ayrıca, yakalanan CO₂’nin yakıt veya kimyasal ham maddeye dönüştürülmesi gibi sonraki süreçlerde de bu teknolojinin fayda sağlayabileceği ifade ediliyor.
Varanasi, sistemin halihazırda piyasada bulunan bileşenlerle geliştirildiğini ve mevcut karbon yakalama tesislerine kolaylıkla entegre edilebileceğini vurgularken, maliyetlerin ton başına 200 dolara kadar düşürülmesi halinde teknolojinin küresel ölçekte yaygınlaşabileceğini belirtti. Araştırmacılar, karbon kredilerinin günümüzde ton başına 500 doların üzerinde fiyatlardan alıcı bulduğunu, dolayısıyla bu yeni sistemin ticari olarak da cazip bir noktaya geldiğini ifade ediyor. Varanasi son olarak, “Amacımız, sanayinin doğrudan karbonsuzlaşma hedeflerine ulaşmasını sağlayacak ölçeklenebilir, uygun maliyetli ve güvenilir teknolojiler geliştirmek,” dedi.