Karbondioksit (CO2) yakalama için katı sorbentler olarak metal-organik çerçeveler dayanıklı, ölçeklenebilir bir malzeme olmasına rağmen verimli yakalama ile ekonomik yenilenmeyi bir arada tutma konusunda dezavantajlara sahiptir. Çinko bazlı 1,2,4-triazol (CALgary Framework 20; CALF-20; [Zn2(ox)(trz)2]), CO2 yi yüksek kapasiteli fizyosorpsiyona* uğratırken su yüzeyinde seçici rol oynamaktadır. CALF-20 üzerindeki seçicilik, yalnızca %40 bağıl nemin altında CO2 fizyosorpsiyonunu değil, aynı zamanda hesaplama modellemesi ile doğrulanan CO2 etkisiyle oluşan su absorpsiyonunun** bastırıldığını da göstermektedir. CALF-20, düşük entalpik rejenerasyona sahiptir ayrıca buhara ve asit gazlarına karşı dayanıklılık gösterir1.
Calgary Üniversitesi‘nde George Shimizu liderliğinde bir grup ve Alberta Üniversitesi’nden bir ekip, gaz moleküllerini kendine çeken ve yüzeyine yapıştığı anda CO2 yakalayan mikro gözenekli bir malzeme sentezlemiştir. Tai Nguyen ve Dr. Arvind Rajendran, CALF-20’nin CO2 yakalayan mükemmel bir malzeme olduğunu kanıtlamak için bazı testlere tabi tutmuştur. Rajendran, metal ve organik moleküllerin bir kombinasyonu olan metal-organik çerçevelerin gazları iyi absorbe edebilme potansiyeline sahip olduğunu belirtmiştir.
Katı sorbentlerin yüzey alanının fazla olması gaz tutuculuğunu artırmaktadır. CALF-20’nin bir gramının yüzey alanı 500 metrekareden fazladır. Bu malzemeler, katalitik konvertör kolonlarına paketlenebilir ve bir bacanın ucuna sabitlenebilir. Emisyonların CO2 ve nitrojenden oluştuğu durumlarda CALF-20’den ilk önce nitrojen çıkarken CO2 nin geride kaldığı görülür. Malzemenin yeniden kullanılabilmesi için CO2 yi hareket ettirmek gerekmektedir. Bunun için kolondaki basınç düşürülüp konsantre CO2 vakumlanır ya da sistem atık ısı veya buhar kullanılarak ısıtılır.
Bu malzemeler ile ilgili sorun genellikle laboratuvar içerisinde su veya diğer kirlilikler varlığında çalışılmasından kaynaklı olabilmektedir. Rajendran, malzemelerin suyun varlığında nasıl performans gösterdiğini karakterize etmek için gereken deneylerin zorlu olduğunu belirtti: “Yeni teknikler geliştirmek zorundaydık ve CALF-20’nin suyun varlığında bile CO2 yi konsantre etme konusundaki olağanüstü yeteneğini göstermek çok zahmetliydi.” dedi2.
Rajendran’ın ekibinin yürüttüğü deneylerin sonuçları Ottawa Üniversitesi’nde Tom Woo liderliğindeki bir araştırma ekibinin geliştirdiği moleküler simülasyonlar kullanılarak da desteklenmiştir. Rajendran: “CALF-20’nin bir sorunu kükürt dioksit ve azot oksit gibi en küçük yan ürünler CO2 yakalama yeteneğini olumsuz etkilemesidir. En büyük avantaj ise binlerce saat pratik koşullar altında çalışmasıdır.” dedi.
*Bir maddenin bir yüzeye adsorpsiyonunun fiziksel yollarla sağlandığı süreçtir (fiziksel adsorbsiyon). Bunun anlamı; kimyasal bağ oluşumu yoktur ve bu süreç, Van der Waals kuvvetleri gibi moleküller arası etkileşimleri içerir.
**Bir fazda bulunan atom veya moleküllerin diğer fazda bulunan atom veya moleküller arasında homojen bir şekilde dağılması olarak ifade edilebilir.
Kaynaklar
- Lin, J. B., Nguyen, T. T., Vaidhyanathan, R., Burner, J., Taylor, J. M., Durekova, H., … & Shimizu, G. K. (2021). A scalable metal-organic framework as a durable physisorbent for carbon dioxide capture. Science, 374(6574), 1464-1469.
- https://techxplore.com/news/2021-12-carbon-capturing-material-industry-emissions.html