Sonsuz Ark/ Evrensel Çerçeveye Yolculuk
"Jeolojik hidrojenle ilgili çığır açan araştırmalar, hidrojenin çıkarılması ve üretimini optimize etmeyi amaçlayan önemli fonlarla onu fosil yakıtlara karşı rekabetçi ve temiz bir alternatife dönüştürebilir."
Global Race to Unlock Subterranean Hydrogen: The Future of Limitless Clean Energy
Yeraltındaki saf hidrojenin keşfi, bu bol elementin ve temiz bir enerji kaynağı olarak potansiyelinin anlaşılmasını yeniden şekillendiriyor.
Hidrojen Boru Hattı, Sıfır Emisyonlu Temiz Enerji
ABD Enerji Bakanlığı, doğal üretim sürecini optimize etmeye ve ekonomik olarak uygulanabilir hale getirmeye odaklanan projelerle bu kaynaktan yararlanmak için araştırmaları finanse ediyor.
Jeolojik Hidrojenin Vaatleri
Evrende en bol bulunan element olan hidrojen, tipik olarak diğer elementlerle, örneğin sudaki oksijenle veya metandaki karbonla bağlı olarak bulunur. Ancak, doğal olarak oluşan saf hidrojen yeraltı ceplerinin keşfi bu varsayıma meydan okuyor. Bu gizli rezervler, potansiyel olarak sınırsız bir karbonsuz enerji kaynağı olarak dikkat çekiyor.
ABD Enerji Bakanlığı da bu konuya dikkat çekenler arasında. Bu yıl, laboratuvarlardan, üniversitelerden ve özel şirketlerden 18 ekibe 20 milyon dolarlık araştırma hibesi verdi. Amaç: yeraltı hidrojen kaynaklarından uygun maliyetli, temiz yakıt üretebilecek teknolojiler geliştirmek.
Jeolojik hidrojen olarak bilinen bu kaynak, suyun demir açısından zengin kayalarla tepkimeye girerek demirin oksitlenmesine neden olmasıyla doğal olarak oluşuyor. Hibe alanlar arasında MIT Yardımcı Doçenti Iwnetim Abate liderliğindeki bir araştırma grubu da yer alıyor. Abate'nin ekibi, 1,3 milyon dolarlık hibe ile yeraltında hidrojen üretmek için en uygun koşulları belirlemeyi amaçlıyor. Çalışmaları, reaksiyonu ateşleyecek katalizörler, sıcaklık, basınç ve pH seviyeleri gibi temel faktörleri inceleyecek. Nihai hedef, büyük ölçekli üretim için verimliliği artırmak ve jeolojik hidrojeni küresel ihtiyaçlar için uygulanabilir, rekabetçi bir enerji kaynağı haline getirmektir.
Yardımcı Doçent Iwnetim Abate, yeraltında hidrojen üretmek için ideal koşulları belirleme çabasına liderlik ediyor. Kaynak: Gretchen Ertl
ABD Jeolojik Araştırmalar Kurumu, yer kabuğunda potansiyel olarak milyarlarca ton jeolojik hidrojen gömülü olduğunu tahmin ediyor. Dünya çapında birikimler keşfedildi ve bir dizi girişim çıkarılabilir yataklar arıyor. Abate, üretimi teşvik etmeyi ve gazı hasat etmeyi içeren “proaktif” yaklaşımlar uygulayarak doğal hidrojen üretim sürecini hızlı bir şekilde başlatmak istiyor.
Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü'nde (DMSE) Chipman Gelişim Profesörü olan Abate, “Reaksiyonu daha hızlı hale getirmek ve ekonomik olarak uygulanabilir bir şekilde hidrojen üretmek için reaksiyon parametrelerini optimize etmeyi amaçlıyoruz” diyor. Abate'nin araştırmaları, yeni nesil piller ve enerji depolama için yeni kimyasal yöntemler de dahil olmak üzere yenilenebilir enerji geçişi için malzeme ve teknolojiler tasarlamaya odaklanmaktadır.
Küresel İlgi ve Ticari Beklentiler
Jeolojik hidrojene olan ilgi, dünya çapında hükümetlerin petrol ve gaza karşı karbonsuz enerji alternatifleri aradığı bir dönemde artıyor. Aralık ayında Fransa Cumhurbaşkanı Emmanuel Macron, hükümetinin doğal hidrojeni araştırmak için fon sağlayacağını söyledi. Şubat ayında ise hükümet ve özel sektörden tanıklar ABD'li milletvekillerini topraktan hidrojen çıkarma fırsatları konusunda bilgilendirdi.
Bugün ticari hidrojen, çoğunlukla gübre, kimyasal ve çelik üretimi için kilogramı 2 dolardan üretiliyor, ancak çoğu yöntem, dünyayı ısıtan karbonu açığa çıkaran fosil yakıtların yakılmasını içeriyor. Yenilenebilir enerjiyle üretilen “yeşil hidrojen” umut verici, ancak kilogramı 7 dolardan pahalı.
Jeolojik hidrojen hibe programını yürüten Enerji Bakanlığı kuruluşu İleri Araştırma Projeleri Ajansı - Enerji'de (ARPA-E) program direktörü olan Douglas Wicks, “Hidrojenin kilosunu bir dolardan alırsanız, enerji fiyatı bazında doğal gazla rekabet edebilir” diyor.
ARPA-E hibelerinin alıcıları arasında Colorado School of Mines, Texas Tech Üniversitesi ve Los Alamos Ulusal Laboratuarı'nın yanı sıra Amazon ve Bill Gates'ten fon alan bir hidrojen üretim girişimi olan Koloma gibi özel şirketler de bulunuyor. Projeler, hidrojen üretimi ve çıkarılması için endüstriyel petrol ve gaz yöntemlerinin uygulanmasından kayalarda hidrojen oluşumunu anlamak için modeller geliştirmeye kadar çok çeşitli. Amaç: Wicks'in “tamamen beyaz bir alan” olarak adlandırdığı alandaki soruları ele almak.
Wicks, “Jeolojik hidrojende, kimyasal bir reaksiyon olduğu için üretimini nasıl hızlandırabileceğimizi bilmiyoruz ve güvenli bir şekilde çıkarabilmemiz için yeraltını nasıl tasarlayacağımızı da gerçekten anlamıyoruz” diyor. “Topluluğun bize oldukça hızlı bir zaman diliminde iyi yanıtlar verebilmesi gerektiği düşüncesiyle, bu konuda çalışmak için farklı grupların her birinin en iyi becerilerini bir araya getirmeye çalışıyoruz.”
Doğal hidrojen alanının en önde gelen uzmanlarından biri olan jeokimyacı Viacheslav Zgonnik, ilk ticari projelere giden yol gibi bilinmeyenler listesinin de uzun olduğunu kabul ediyor. Ancak su ve kaya arasındaki doğal reaksiyondan yararlanarak hidrojen üretimini teşvik etme çabalarının “muazzam bir potansiyel” sunduğunu söylüyor.
Denver merkezli bir girişim olan ve ABD'de keşif sondajı için maden kiralayan Natural Hydrogen Energy'nin CEO'su ve kurucusu Zgonnik, “Fikir, bu reaksiyonu hızlandırmanın ve kontrol etmenin yollarını bulmak, böylece belirli yerlerde talep üzerine hidrojen üretebiliriz” diyor. “Bu hedefe ulaşabilirsek, fosil yakıtların yerini potansiyel olarak uyarılmış hidrojenle alabiliriz demektir.”
Kişisel Motivasyonlar ve Yenilikler
Abate için projeyle olan bağlantı kişisel. Etiyopya'daki memleketinde çocukken, elektrik kesintileri olağan bir durumdu - ışıklar haftada üç, belki de dört gün kesilirdi. Titreyen mumlar ya da kirletici yayan gazyağı lambaları genellikle geceleri ödev yapmak için tek ışık kaynağıydı.
Abate, “Evde yemek pişirmek gibi işler için odun ve kömür kullanmak zorundaydık,” diyor. “Lisenin sonuna kadar ve üniversite için ABD'ye gelmeden önce benim hikayem buydu.”
1987 yılında, Batı Afrika'daki Mali'de su için sondaj yapan kuyu kazıcılar doğal bir hidrojen yatağını ortaya çıkararak patlamaya neden oldular. Yıllar sonra, Malili girişimci Aliou Diallo ve Kanadalı petrol ve gaz şirketi kuyuyu açtı ve hidrojen yakmak ve yakındaki köye elektrik sağlamak için bir motor kullandı.
Petrol ve gazdan vazgeçen Diallo, dünyanın ilk hidrojen arama girişimi olan Hydroma'yı kurdu. Şirket, orijinal sahanın yakınlarında yüksek konsantrasyonlarda gaz elde edilen kuyular açıyor.
Abate, “Eskiden enerji fakiri olarak bilinen kıta şimdi dünyanın geleceği için umut yaratıyor,” diyor. “Bunu öğrenmek benim için tam bir dönüm noktası oldu. Elbette sorun küresel; çözüm de küresel. Ancak daha sonra kişisel yolculuğumla olan bağlantı ve çözümün kendi kıtamdan gelmesi, beni soruna ve çözüme kişisel olarak bağlıyor.”
Ölçeklendiren Deneyler
Abate ve laboratuvarındaki araştırmacılar, kayalarda hidrojen üretimini tetikleyen kimyasal reaksiyonu başlatacak bir sıvı tarifi formüle ediyorlar. Postdoc Yifan Gao, ana bileşenin su olduğunu ve ekibin reaksiyonu hızlandıracak ve dolayısıyla üretilen hidrojen miktarını artıracak katalizörler için “basit” malzemeleri test ettiğini söylüyor.
Gao, “Bazı katalizörler çok maliyetli ve üretilmesi zor, karmaşık üretim veya hazırlık gerektiriyor” diyor. “Ucuz ve bol miktarda bulunan bir katalizör, üretim hızını artırmamızı sağlayacak - bu şekilde, ekonomik olarak uygulanabilir bir hızda ve aynı zamanda ekonomik olarak uygulanabilir bir verimle üretiyoruz.”
Kimyasal reaksiyonun gerçekleştiği demir zengini kayalar Amerika Birleşik Devletleri ve dünya genelinde bulunabilir. Abate ve Gao, çeşitli jeolojik bileşimler ve ortamlarda reaksiyonu optimize etmek için, farklı katalizör karışımlarını test etmek ve sıcaklık ve basınç gibi farklı dış koşullarla çeşitli bölgelerden kayalara uygulandığında ne olacağını simüle etmek için yapay zeka yazılımı ve robotikten oluşan yüksek verimli bir sistem geliştiriyorlar.
Abate, “Ve bundan yola çıkarak, her olası kombinasyon için ne kadar hidrojen ürettiğimizi ölçüyoruz” diyor. “Daha sonra yapay zeka deneylerden öğrenecek ve bize 'Öğrendiklerime ve literatüre dayanarak, bu kaya için bu katalizör malzeme bileşimini test etmenizi öneririm' diyecek.”
Ekip, projesi hakkında bir makale yazıyor ve bulgularını önümüzdeki aylarda yayınlamayı hedefliyor.
Katalizör reçetesini geliştirdikten sonra proje için bir sonraki kilometre taşı, iki amaca hizmet edecek bir reaktör tasarlamak. İlk olarak, Raman spektroskopisi gibi teknolojilerle donatılmış olan bu reaktör, araştırmacıların hidrojen üretim hızını ve verimini artıran kimyasal koşulları belirlemelerine ve optimize etmelerine olanak tanıyacak. Laboratuvar ölçekli cihaz aynı zamanda sahada hidrojen üretimini hızlandırabilecek gerçek dünya reaktörünün tasarımına da ışık tutacak.
Abate, “Bu, yeraltına yerleştirilecek bitki ölçeğinde bir reaktör olacak” diyor.
Disiplinler arası proje, katalizörün hesaplamalı analizi için MIT Makine Mühendisliği ve DMSE Bölümü'nden Yang Shao-Horn'un ve jeoloji ve jeokimya alanındaki uzmanlığını ödünç verecek olan Cornell Üniversitesi bilim insanı Esteban Gazel'in uzmanlığından da yararlanıyor. Gazel, Amerika Birleşik Devletleri ve dünya genelindeki demir açısından zengin ultramafik kaya oluşumlarını ve bunların suyla nasıl reaksiyona girdiğini anlamaya odaklanacak.
ARPA-E'den Wicks'e göre, Abate ve diğer hibe alıcılarının sorduğu sorular, keşfedilmemiş enerji bölgesinde sadece ilk ve kritik adımlar.
“Eğer bu kayaları hidrojen üretmeye nasıl teşvik edeceğimizi anlayabilirsek, güvenli bir şekilde hidrojen elde edebilirsek, potansiyel enerji kaynağını gerçekten açığa çıkarmış oluruz” diyor. Daha sonra gelişmekte olan endüstri, sondaj, boru tesisatı ve gaz çıkarma teknik bilgisi için petrol ve gaza bakacaktır. “Söylemeyi sevdiğim gibi, bu, çok kısa vadede 'Orada gerçekten bir şey var mı' dememizi sağlamasını umduğumuz teknolojiyi mümkün kılıyor.”
İlgili: Bu Milyar Yıllık Yarık Bize Neredeyse Sonsuz Doğal Hidrojen Kaynağı Sağlayabilir
Jason Sparapani, MIT Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü, 2 Aralık 2024, SciTechDaily
Mustafa Tamer, 15.01.2025, Sonsuz Ark, Çeviri, Bilim ve Teknoloji, Aklın Merdivenleri
Referans: MIT Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü
Sonsuz Ark'tan
- Sonsuz Ark'ta yayınlanan yazılardan yazarları sorumludur.
- Sonsuz Ark linki verilerek kısmen alıntı yapılabilir.
- Sonsuz Ark yayınları Sonsuz Ark manifestosuna aykırı yayın yapan sitelerde yayınlanamaz.
- Sonsuz Ark Yayınlarının Kullanımına İlişkin Önemli Duyuru için lütfen tıklayınız.