Yeşil hidrojen üretiminde yeni elektroliz teknolojisi

Günümüzde fosil yakıtlara alternatif olarak geliştirilen enerjilerden birisi de hidrojendir. Suyun elektrolizi, sudan hidrojeni ayrıştırır ve sera gazı emisyonu oluşturmadan gerçekleşen bu olay, yeşil enerji üretmenin iyi bir yolu olduğu için araştırma ve geliştirme konusudur. Gelişmiş ülkelerde geleneksel olarak perflorokarbon bazlı proton değişim membranlı su elektrolizörü (PDM-SE) kullanılmaktadır. Bu yöntem asil metal bazlı katalizör çekirdek teknolojisine sahiptir. Kore Bilim ve Teknoloji Enstitüsü’den Dr. So Young Lee ve ekibi, geleneksel yöntemin sınırlarını ele alarak daha düşük maliyetli, yüksek kalite ve performansa sahip yeni nesil anyon değişimli membranlı su elektrolizörleri (ADM-SE) için hali hazır olan perflorokarbon bazlı PDM-SE teknolojisinin yerine geçecek membran elektrot düzeneği (MEA) geliştirdi.

ADM-SE elektrot bağlayıcı ve anyon değişim membranı kullanırken pahalı platin grubu metalleri tercih edilmemektedir. Elektroliz hücresinde ayırıcı plaka olarak titanyum (Ti) yerinde demir (Fe) tercih edilmiştir. Yalnızca katalizör ve ayırıcı fiyatları kıyaslandığında perflorokarbon bazlı PDM-SE’ye oranla 3.000 kat daha az maliyet sağlanmıştır ancak performans konusunda  100 saatten az çalıştığından satışa uygun olmadığı tespit edilmiştir. 

Araştırma ekibi bu teknolojiden yola çıkarak yapı içindeki alanı artırıp alkali ortamda iyon iletkenliği ve dayanıklılığa sahip poliflorenil-ko-aril piperidinyum bazlı anyon değişim malzemeleriyle çalıştı. Geliştirilmiş olan yeni malzeme 60 ^oC‘de 1.000 saatten fazla çalışarak perflorokarbon bazlı PDM-SE’lere göre 1 M KOH anot ile 2 V’de 7,68 A’lık rekor akım yoğunluğu performansına erişmiştir¹.

Yeni teknoloji ADM-SE, dayanıklılık ve performans sorunlarını aşıp PDM-SE’nin yerini alacak başarıyı elde etmiştir. Anyon değişim membran malzemelerinin ticarileştirilmesi geniş uygulama alanı ile yol almaktadır. Dr. Lee mevcut teknolojinin ötesinde performansa sahip düşük maliyetli teknoloji geliştirdiklerini belirtirken bu teknolojinin, su elektolizinin gelecek nesillere tanıtılmasının temel taşı olacağını ümit ediyor. Bu teknolojinin sadece elektroliz uygulamalarında değil hidrojen yakıt hücreleri, karbon yakalama kullanımı ve doğrudan amonyak yakıt hücreleri için bir çekirdek malzeme olarak kullanabileceğini açıklamıştır².

Kaynaklar

1.  Chen, N., Paek, S. Y., Lee, J. Y., Park, J. H., Lee, S. Y., & Lee, Y. M. (2021). High-performance anion exchange membrane water electrolyzers with a current density of 7.68 A cm− 2 and a durability of 1000 hours. Energy & Environmental Science, 14(12), 6338-6348. https://doi.org/10.1039/D1EE02642A
2. https://techxplore.com/news/2022-01-advancing-electrolysis-technology-production-green.html