HABER MERKEZİ
Oluşturulma tarihi: 22 Kasım 2025 17:56
Endüstride kullanılan birçok kimyasal üretim prosesi yüksek sıcaklıklar gerektirir. Ancak bugün kullanılan yöntemler, tıpkı büyük bir odayı ısıtmak için köşedeki tek bir ocağın çalıştırılması gibi son derece verimsizdir: Reaksiyonun fiilen meydana geldiği küçük alanlar yerine reaktörün tamamı ısıtılır.
Fuminao Kishimoto ve Tokyo Üniversitesi’ndeki ekibi, bu israfı azaltabilecek yeni bir yöntem geliştirdi. Mikrodalga fırınlarda olduğu gibi dalgaları dev reaktörlerin içindeki “doğru atomlar” üzerinde yoğunlaştırarak yalnızca gerekli noktayı ısıtabiliyorlar. Laboratuvar deneylerinde geleneksel yöntemlere göre yaklaşık 4,5 kat daha fazla enerji verimliliği elde edildi.
ENERJİ VERİMLİLİĞİ ARAŞTIRMASI
İklim krizi sadece elektrik üretimi ve karbondioksit emisyonuyla sınırlı değil, sanayide enerji tüketiminin azaltılması karbon emisyonunu azaltmanın en kritik adımlarından biri. Kimya mühendisliği ve malzeme bilimi alanlarında “yeşil dönüşüm” kapsamında daha az enerji tüketen ve daha az kirleten üretim yöntemleri aranıyor.
Tokyo Üniversitesi Kimyasal Sistem Mühendisliği Bölümü’nden Kishimoto ve ekibi tam da bu noktaya odaklanıyor. Amaçları özellikle kimyasal sentezlerde kullanılan reaktörlerde ısıyı çok daha akıllıca kullanmaktır. Kishimoto, kimyasal reaksiyonların aslında sadece birkaç atom veya molekülün bir araya geldiği çok küçük bölgelerde meydana geldiğini hatırlatıyor. Öte yandan günümüz endüstrisinde, içindeki reaksiyon hacmi nispeten küçük olmasına rağmen reaktörün tamamı ısıtılmaktadır. Yani enerji gerçekte çalıştığı yer yerine her yere dağılır.
MİKRODALGA İLE YEREL ISITMA
Yeni yaklaşım, temel fikir olarak evdeki mikrodalga fırına benziyor ancak işleyişi çok daha hassas. Mikrodalga fırınlar genellikle su moleküllerini 2,45 gigahertz civarında bir frekansta titreştirir ve ısı açığa çıkarır. Kishimoto’nun ekibi farklı bir malzeme ve farklı bir frekans kullanıyor.
Bu sefer yaklaşık 900 megahertz frekansına ayarlanmış mikrodalgalar “zeolit” adı verilen süngerimsi, gözenekli bir malzeme üzerinde test ediliyor. Zeolitin içindeki boşlukların boyutları hassas bir şekilde kontrol edilebilir; Bu şekilde hem ısının yayılmasını hem de reaksiyonun ilerlemesini düzenlemek mümkündür.
Bu gözeneklerin içinde indiyum iyonları anten görevi görür. Mikrodalga dalgaları bu iyonları uyardığında çok lokal ısı meydana gelir. Bu ısı gözeneklerden geçen reaksiyon gazlarına yani kimyasal olarak dönüştürülecek maddelere aktarılır. Böylece reaktörün tamamını değil, yalnızca reaksiyonun gerçekleştiği “aktif noktayı” ısıtmak mümkün hale gelir.
Bu fikri kanıtlamak için araştırma ekibinin Japonya’daki büyük SPring-8 sinkrotron tesisinde özel bir deney sistemi kurması gerekti. Asıl zorluk şu: “Isıtılan gerçekten tek bir aktif atom bölgesi mi, yoksa daha büyük bir alan mı?” Soruyu net bir şekilde cevaplamak için. Bu doğrulama sürecinin kendisi dört yıl sürdü.
YAKIT VE GERİ DÖNÜŞÜM
Bu tür nokta ısıtma teknikleri kimya endüstrisinde, özellikle enerji yoğun proseslerde önemli bir fark yaratma potansiyeline sahiptir. Suyun parçalanmasıyla hidrojen üretimi ve metanın çeşitli yakıtlara ve kimyasal hammaddelere dönüştürülmesi gibi normalde yüksek sıcaklık ve çok fazla enerji gerektiren reaksiyonlar, yalnızca gerekli noktaların ısıtılmasıyla daha düşük sıcaklıklarda gerçekleştirilebilir.
Bu hem daha düşük enerji faturaları hem de daha küçük bir karbon ayak izi anlamına gelebilir. Araştırmacılar, zeolit ”süngerinin” gözenek boyutunu değiştirerek reaksiyonun gidişatına da ince ayar yapabilirler. Daha küçük gözenekler verimliliği artırırken, daha büyük gözenekler reaksiyon hızının ve ürün dağılımının kontrol edilmesini kolaylaştırır.
Aynı yöntem sadece yeni yakıt üretiminde değil, atıkların geri dönüşümünde de kullanılabilir. Bu hedefe yönelik ısıtma teknikleri ile karbondioksitin metan dönüşümüne dahil edilmesi, plastiğin kimyasal olarak daha kolay parçalanması ve geri dönüştürülmesi gibi işlemler daha az enerji ile gerçekleştirilebilmektedir.
ENDÜSTRİYEL GEÇİŞ SÜRECİ
Elbette tüm laboratuvar başarıları doğrudan dev sanayi tesislerine aktarılamaz. Kishimoto, kullanılan malzemelerin oldukça karmaşık olduğuna ve ucuz olmadığına dikkat çekiyor. Zeolit yapısının istenildiği gibi ayarlanması ve indiyum iyonlarının doğru konumlandırılması ciddi malzeme mühendisliği gerektirir.
Sıcaklığın doğrudan atom ölçeğinde ölçülmesi hala zor olduğundan, mevcut sonuçlar çoğunlukla dolaylı verilerle desteklenmektedir. Ayrıca mikrodalga sisteminde ve elektrikle çalışan altyapının kendisinde de ısı ve elektrik kayıpları vardır; Bu, verimliliğin daha da artırılabileceği anlamına gelir.
Araştırma ekibi, konsepti yalnızca CO₂ dönüşümüyle sınırlama niyetinde değil. Hedefler arasında birçok önemli kimyasal reaksiyona uyum sağlamak, katalizörleri dayanıklılık ve ölçeklenebilirlik açısından geliştirmek ve endüstriye uygun reaktör tasarımı yer alıyor. Kishimoto, öncelikle laboratuvardan çıkıp pilot ölçekli testlere başlamanın gerekli olduğunu ve bunun büyük olasılıkla önümüzdeki on yıl içinde mümkün olacağını söylüyor.
Daha geniş endüstriyel kullanım, hem bu teknolojinin olgunluğuna hem de yenilenebilir enerji altyapısının güçlendirilmesine bağlı olacaktır. Ekip, teknoloji şirketleri ve kimya endüstrisiyle iş birliği yaparak bu adımı hızlandırmak istiyor. Bu işbirlikleri sağlanır ve teknoloji beklendiği gibi ölçeklenebilirse, gelecekte dev kimya tesislerinde tüm reaktörleri açmak yerine yalnızca “çalışan atomları” ısıtan akıllı sistemler görmek mümkün olabilir. Bu hem endüstriyel maliyetleri hem de gezegenin üzerindeki yükü azaltacak bir dönüşüm anlamına geliyor.