Şu Karbon Dioksiti Nasıl Yakalasak?

2019 küresel ısınma konusunda bambaşka bir farkındalık yaşadığımız enteresan bir yıl oldu. Yalnızca cesur ve kaygılı bir gencin yarattığı heyecan değil; dünyanın birçok yerinde yaşanan çok ciddi orman yangınları, sel baskınları ve kuraklık gibi doğa olayları da dikkatleri bir kez daha ve belki her zamankinden biraz daha yoğun olarak bu soruna çekti. Ülkelerin üzerlerine düşen sorumlulukları yerine getirmeleri ve bireysel olarak hepimizin yapabilecekleri şöyle dursun, bilim dünyası da bu konuya çözüm üretebilmek için çabalıyor.

Geçtiğimiz ay bilimsel etki değeri çok yüksek ve çok prestijli bir dergi olan Nature Energy’de Koç Üniversitesi Kimya ve Biyoloji Mühendisliği Bölümü’nden Prof. Dr. Seda Keskin’in kaleme aldığı bir makale yayımlandı. Bu, Nature Energy’de Türkiye’den bir araştırmacının ilk defa bir makalesinin yayımlanmış olması bakımından önemli bir haber elbette. Ama onun da ötesinde, Prof. Dr. Seda Keskin’in makalesinde değerlendirdiği konu, kullanılan malzemeler, yöntemler ve teknoloji açısından çığır açıcı gelişmelerin kapıda olduğunu müjdeliyor. Nature’da daha önce yayımlanan bir makalenin ve ona konu olan araştırmanın değerlendirilmesinin dergi tarafından Seda Keskin’den istendiği makale aynı zamanda o konuda son dönemde gelinen noktayı, ümit vaat eden gelişmeleri ve öngörüleri içeriyor.

Peki böyle bir değerlendirme yazısı neden Seda Keskin’den istendi ve Seda Keskin tam olarak ne üzerine çalışıyor? Küresel ısınma hepimizin malumu, epeyce bir süredir bir karabasan gibi gündemimizde ve bu konuda endişe duyan bir tek Greta Thunberg değil; bilim insanları da kendi araştırma alanları dahilinde hem soruna dikkat çekmeye hem de çözüm bulmaya çalışıyorlar.

İnsan etkinlikleri sırasında ya da sonucunda atmosfere salınan sera gazları küresel ısınmanın en önemli aktörleri. Bu gazlardan özellikle karbon dioksit baş rolü pek kimseye kaptıracak gibi görünmüyor. Fakat teknolojiden de vazgeçebilecek durumda olmadığımız için, karbon dioksit salımını azaltmanın yolunu bulmalıyız diye düşünen bazı araştırmacılar, karbon dioksit yakalama konusunu ciddiyetle ele alıyor. Bunun için de MOF (Metal Organic Frameworks / Metal Organik Kafesli Yapı) denen ve karbon dioksit yakalayan malzemeler geliştirmeye çalışıyorlar. Seda Keskin de bu konudaki başarılı çalışmalarıyla tanınan araştırmacılardan biri olduğu için Nature Energy böyle bir değerlendirme yazısı için kendisine başvurmuş.

Yetenekli MOF’lar

MOF’lar tıpkı Lego’lar gibi birbirlerine eklemlenen bir metal ve bir organik bağlayıcının bir araya getirdiği üç boyutlu kristal gözenekli yapılar. 1 gramında 8-9 bin m² yüzey alanının bulunduğu çok gözenekli yapılar olan MOF’ları tabiri caizse bulaşık süngerine benzetebiliriz. Bu çok gözenekli yapı da karbon dioksit yakalamaya çok uygun. MOF’lar aslında görece genç sayılabilecek yapılar; yaklaşık 10-11 yıl önce keşfedildiler. Şu anda sayıları 92 bin civarında ve artmaya devam ediyor. Lego benzeri yapıları her gün yeni MOF’ların üretilmesine olanak tanıyor, çünkü bu iş tamamen araştırmacının hayal gücüne ve sentez yapabilme becerisine bağlı. Buradaki asıl zorluk, karbon dioksiti en iyi yakalayan yapıyı belirleyebilmek. Bazı yapılar karbon dioksiti yalnız ele geçirmeyi başaramayıp o sırada ortamda bulunan su buharı ya da azot gibi başka gazları da beraberinde yakalıyor. Dolayısıyla karbon dioksiti en yüksek oranda yakalayabilen MOF’u bulabilmek epey bir uğraş gerektiriyor. Üstelik bazen tek bir MOF’un laboratuvarda test edilmesi yıllar sürebiliyor ve 90 küsur bin malzeme olduğunu düşünürsek bunun pek de pratik bir yol olduğu söylenemez. İşte Seda Keskin ve ekibi de tam burada görevi devralıyor; hesaplamalı tarama adı verilen yöntemle MOF’ları bilgisayar ortamında inceliyorlar. Burada ilginç olansa, malzemeleri atomik düzeyde ve deneysel olarak erişilemeyecek sıcaklık ya da basınç gibi parametreleri de simüle ederek inceliyor olmaları. Atomlar üzerinden yaptıkları hesaplamalar sayesinde de o malzemenin hangi koşullarda ne kadar karbon dioksit yakalayacağını tahmin edebiliyorlar.

Seda Kesin 2017’de Avrupa Araştırma Konseyi’nden (ERC) aldığı prestijli proje destek fonu kapsamında bu konudaki araştırmalarını sürdürüyor. 2017’de ERC fonuna başvurduğunda 54 bin civarında olan MOF sayısı her geçen gün artıyor, çünkü dünyanın çeşitli yerlerinde bulunan birçok laboratuvarda da en iyi karbon yakalayan tasarımı elde etmek için canla başla çalışan araştırmacılar var. Seda Keskin ve ekibinin yaptığı da, bu üretilen ve ticarileşen malzemeleri incelemek ve bunlara karbon dioksitin bağlanmaya hevesli olacağı birtakım fonksiyonel gruplar ekleyerek bu yapıların performansını artırmaya çalışmak.

Koç Üniversitesi’nde Seda Keskin ile birlikte çalışan ekip 55 bin malzemeyi karbon dioksit, azot, hidrojen ve su buharından ayırmak için taramışlar ve sonuçları yayımlamışlar; açık erişimli veri tabanına herkes girebilir. Şimdiyse yeni gelen 40 bin malzemenin taramasını yaparken geliştirdikleri yeni yöntemleri daha önce taradıkları malzemelere de uygulayarak elde ettikleri sonuçların sağlamasını yapıyorlar. Daha sonra bunlar arasından seçtikleri en yüksek potansiyele sahip 10 kadar malzemeyi laboratuvara taşıyacaklar ve bilgisayar ortamında elde ettikleri sonuçları fiziksel ortamda da test edecekler. Amaçları en iyi teknolojiyi bu 90 bin malzeme içinden seçebilmek.

Bu çalışma elbette atomik ölçekte gerçekleştiği için endüstriyel uygulama seviyesine getirilebilmesi için çok daha büyük ölçeklerde çalışılması gerekiyor. Ama elbette öncelikle bu temel çalışmanın tamamlanması, en iyi MOF’un belirlenmesi, laboratuvarda deneysel olarak test edilmesi ve yeni bir teknolojinin geliştirilmesine olanak tanınması gerekiyor. Sonrasında bu teknoloji ile üretilecek malzemelerin önü gerçekten açık. Fabrika bacalarından tutun, temiz ortam yaratılmak istenen tüm mekânlara kadar birçok yerde kullanılabilecekler. Hatta California Üniversitesi Berkeley Kampüsü’nden bu konuda çalışan bir grup araştırmacı geliştirdikleri bazı MOF’ları çöl ortamında bir gece bıraktıktan sonra incelediklerinde malzemenin su buharı tuttuğunu gözlemlemişler ve sıvı hale getirdiklerinde içilebilir su elde etmişler. Bir başka deyişle bu teknoloji de alternatif enerji sistemleri arasındaki yerini alabilir, üstelik aynı malzemeyi defalarca kullanabilirsiniz. Bir başka çalışma da Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nden (MIT) araştırmacılarla büyük otomobil şirketlerinden birinin ortaklığında yürütülüyor. Bu projedeki amaçsa, MOF’ları elektrikli otomobillerde elektriğin daha verimli dağıtılabilmesi için kapasitör olarak kullanmak.

Adeta dünyanın dört bir yanındaki laboratuvarların birbirleriyle kıyasıya yarışarak yeni malzemeler ürettikleri bu rekabetçi ortamda hep daha iyisinin üretileceğini bilmek ve bunun bir parçası olmak bir araştırmacı için elbette paha biçilmez bir tatmin. Prof. Dr. Seda Keskin ve ekibi de bu hızlı seyreden yarışta bayrağı taşıyan ekiplerden biri.