Merkeziyetsiz yakıt ve kimyasal üretimi için OxFA prosesi

Metanol çeşitli polimerlerin üretimi için hammadde olması, sıvı yakıt ve özellikle hidrojen taşıyıcı potansiyeli bulundurması onu gelecekte sürdürülebilir enerji sistemlerinde önemli bir konuma çıkarıyor.¹ Metanol günümüzde genel olarak doğal gaz kullanılarak üretilmektedir. Bu eski ve sık kullanılan yöntem yüksek sera gazı emisyonları sebebiyle uzun vadeli iklim hedefleriyle uyuşmamaktadır.¹ Bu durumu ortadan kaldırmak adına yenilenebilir metanol üretim teknolojileri geliştirilmekte ve araştırmaları sürmektedir.

Bu araştırmalar sonucunda metanol üretiminde öne çıkan iki yol, güçten X’e (PtX) ve biyokütle gazlaştırmasıdır. PtX yaklaşımı, endüstriyel veya atmosferik kaynaklardan çıkan karbondioksiti, yenilenebilir elektrikle çalışan su elektrolizi yoluyla üretilen yeşil hidrojenle birleştirir. Ardından bu reaktanlar termodinamik denge ile kuvvetli bir sınırlandırma ve buna bağlı olarak verimlilik sıkıntıları çıkaran yüksek basınçlı bir reaksiyon neticesinde metanole dönüştürülür. İyonik sıvıların promotör olarak kullanılıp laboratuvar ortamlarında hız ve seçiciliği ümit verse de hala çok ilkel bir aşamadadır.² Biyokütle gazlaştırma tekniği yüksek maliyet ve proses verimsizlikleri gibi durumlar nedeniyle kısıtlanmaktadır. Tam da burada hafif reaksiyon koşulları altında ara formik yoluyla ıslak biyokütle kalıntılarından metanol üretimi için yeni bir proses ortaya çıkıyor (Şekil 1).

OxFA süreci, biyokütle atıklarının oksijen seçici oksidasyonu sonucu formik asit (FA) üretimine odaklanan yenilikçi bir teknolojidir ve günümüzde OxFA GmbH* tarafından ticarileştirilmesi hedeflenmektedir. İlk çalışmalarda polioksometalat katalizörleriyle %50’nin üzerinde formik asit verimleri elde edilmiş, farklı biyokütle kaynaklarının kullanılabileceği gösterilmiştir. Ancak azotlu bileşikler veya ağır metaller gibi safsızlıkların reaksiyonu olumsuz etkilediği bulunmuştur. Sürecin en büyük sorunu, karbonun formik asit yerine karbondioksite aşırı oksidasyonudur. Bu noktada, metanol katkısının CO₂ oluşumunu baskıladığı ve düşük basınçlarda dahi verimli dönüşüm sağladığı kanıtlanmıştır. Elde edilen formik asit, reaktif damıtma adımıyla metanol ile esterleşerek metil formata dönüştürülür. Bu işlemde homojen asit katalizörler daha avantajlıdır. Amberlyst gibi reçine bazlı katalizörlerle yapılan çalışmalarda yüksek dönüşümler sağlanmıştır. Reaktif damıtma ayrıca azeotrop oluşumunu engelleyerek sürecin verimliliğini artırır.³

Son aşamada ise metil formatının hidrojenoliziyle iki molekül metanol elde edilmektedir. Bu reaksiyon düşük sıcaklık ve yüksek basınçlarda daha seçici ilerler. Bakır bazlı katalizörler ise bu koşullarda yüksek verimlilik ve kararlılık göstermektedir. Bakır bazlı katalizörler, düşük maliyetleri ve kararlı performansları sayesinde değerli metallere alternatif oluşturmaktadır. Çeşitli araştırmalar, bu yöntem hem sıvı hem gaz fazında uygulanabileceğini ve uzun süreli stabilite sağlayabileceğini göstermiştir. Henüz ticari ölçekte uygulanmasa da, süreç düşük sıcaklık ve basınç koşullarıyla çevreci ve merkezi olmayan üretim için umut vadetmektedir.² Formik asit üretiminde OxFA süreci, biyokütle dönüşümü, metanol katkısı ve hidrojenoliz adımlarıyla sürdürülebilir yakıt ve kimyasal üretiminde daha yenilikçi ve daha temiz bir yaklaşım sunacaktır.

*GmbH: Almanca’da ‘Gesellschaft mit beschränkter Haftung’, Türkçede Ltd. Şti.

Kaynaklar

1. Nathrath, P., Kroll, F., Karmann, D., Geißelbrecht, M., & Schühle, P. (2025). Methanol production in a sustainable, mild and competitive process: Concept launch and analysis. Green Chemistry, 27, 9268–9279.
2. Tsai, Y. T., & Tsai, C. L. (2011). Kinetics behavior of esterification of acetic acid with methanol over Amberlyst 36. Chemical Engineering Journal, 172(1), 442-448.
3. TechXplore. (2025, 9 Eylül). Decentralized methanol production: Wet biomass and renewable power yield cost-competitive fuel. TechXplore.