Sürdürülebilir bir ekosistem için yenilenebilir enerji kaynaklarına olan ilgi her geçen gün artıyor. Bu doğrultuda, sera gazı emisyonlarının azaltılması ve karbon geri dönüşümünün sağlanması yeşil enerjiye ulaşmada kritik rol oynamaktadır. Karbon Yakalama ve Kullanımı (CCU) kapsamında fosil yakıtlara olan bağımlılığı azaltmayı hedefleyen çalışmalar yürütülüyor. Bu çalışmalar yenilenebilir enerjinin kimyasal olarak depolanmasına imkan tanıyor.
Kiel Üniversitesi Anorganik Kimya Enstitüsü araştırmacıları, yüksek aktiviteye sahip bir Ni/MgO katalizörü geliştirdi. Bu katalizör, enerjinin kimyasal gazlarda depolanmasına olanak tanıyan güçten gaza (Power-to-Gas, PtG) teknolojisiyle birlikte çalışıyor. Süreçte suyun elektrolizi ile elde edilen yeşil hidrojen, karbondioksitle tepkimeye girerek metan üretimini sağlıyor. Bu dönüşüm, Sabatier denklemi ile ifade ediliyor.1
CO2(g) + 4H2(g) ↔ CH4(g) + 2H2O(g)
Çalışmada, magnezyum oksit (MgO) ve yüksek aktiviteye sahip nikel bir araya getirildi. Böylece verimli ve dayanıklı bir katalizör sentezlendi. MgO, nikel nanoparçacıklarını yüzeyde daha homojen dağıtarak (yüksek dispersiyon) yüzey alanını artırdı. Bunun yanı sıra karbon birikimini önleyerek katalizörün kararlılığını güçlendirdi.
Katalizör oluşumunda NiO-MgO katı çözelti ön katalizörleri kullanılarak sinterleşmenin önlenmesi hedeflenmiştir. Ni/MgO katalizörleri eşçöktürme (coprecipitation) yöntemiyle sentezlenmiş; çökeltinin kurutulmasıyla prekürsör [(Ni1–xMgx)12(CO3)8(OH)6O] elde edilmiştir. Prekürsörün 400°C’de kalsine edilmesiyle nanogözenekli mikroyapıya sahip [(Ni1–xMgxO) katı çözelti] prekatalizörü oluşmuştur. Ardından indirgeme işlemiyle nikel nanoparçacıkları MgO matrisi üzerine dağılmış ve aktif katalizör sentezi gerçekleşmiştir. Buna ek olarak kristal yapı homojenliğini artırmak için hidrotermal yaşlandırma işlemi uygulanmıştır.
Yapılan deneylerde Ni/MgO katalizörleri 240 ile 280°C arasındaki sıcaklıklarda test edildi. Araştırma sonucunda nikel ve magnezyumun eşit oranlarda kullanıldığı NM5050 katalizörünün, endüstride yaygın kullanılan alümina bazlı katalizöre göre yaklaşık dört kat daha yüksek metan üretim hızına sahip olduğu belirlendi. Bu yüksek performans, Ni bazlı katalizörün yüksek yüzey alanına ve iyi metal dağılımına sahip olmasıyla ilişkilendirildi.2
Bu katalitik reaksiyon sonucu zararlı bir sera gazı olan CO2‘den sentetik metan üretimi gerçekleşti. Üretilen yenilenebilir metan, mevcut doğalgaz altyapısına kolayca entegre edilebilir. Aynı zamanda çeşitli kimyasal süreçlerde hammadde olarak kullanılabilir.3
Geliştirilen Ni/MgO katalizörü; kolay sentezlenme, yüksek dayanıklılık ve düşük üretim maliyeti gibi avantajlarıyla geleceğin enerji dönüşüm teknolojilerine ışık tutmaktadır.
Kaynaklar
- https://phys.org/news/2025-10-catalyst-greenhouse-gas-energy-carrier.html
- Wolf, A., Chumakovski, M., Rohr, H., Hauberg, P., Saedi, M., Mangelsen, S., & Behrens, M. (2025). A Novel Coprecipitation Path to a High‐Performing Ni/MgO Catalyst for Carbon Dioxide Methanation. ChemSusChem, e202502052.
- Medina, O. E., Amell, A. A., López, D., & Santamaría, A. (2025). Comprehensive review of nickel-based catalysts advancements for CO2 methanation. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 207, 114926.