Yapay Fotosentez

Dünya’nın enerji sorunu gittikçe derinleşirken, bilim dünyasının fosil yakıtlara alternatif arayışı da tüm hızıyla devam ediyor. Şu anda, insanlığın enerji talebini karşılama potansiyeline sahip, bu işi tamamıyla çözebilecek iki yaklaşım görünüyor: birincisi, yakın gelecek için henüz pek umut vaat etmeyen nükleer füzyon, ikincisi ise, her geçen gün yeni gelişmelere sahne olan güneş enerjisi (Gezegen üzerine yalnızca bir saat içinde düşen güneş ışığının, teoride, tüm Dünya’nın bir yıllık enerji ihtiyacını karşılayabilecek miktarda olduğu söyleniyor).

2020 yılında, rüzgâr ve güneş enerjisi tesislerinin elektrik üretimi, küresel elektrik talebinin %10’unu karşılayarak rekor kırdı (Bunda, kömürle çalışan termik santrallerin oldukça düşük kapasiteyle, neredeyse %50’nin altında çalışması da önemli bir etken). Ayrıca, binaların camlarından güneş ışığını hasat etmek için geliştirilen saydam güneş paneli teknolojisi de, %8 verimliliğe ulaşarak rekor kırdı.

Fakat, güneş ışığının enerjiye dönüştürülmesi dediğimiz zaman, aslında akla ilk gelen teknoloji, fotosentez. Klorofil içeren yeşil bitkilerin milyonlarca yıl içinde mükemmelleştirdiği doğal fotosentez, temelde, güneş ışığı sayesinde CO₂ ve H₂O molekülleri arasındaki bağları kopararak enerji açığa çıkarma sürecidir. Ortaya çıkan oksijen atmosfere geri salınırken, hidrojen de CO₂ moleküllerini şeker ve diğer organik moleküllere dönüştürmek için kullanılır.

Bilim insanları bu işlemi taklit eden teknolojiler üretmek için uzun zamandır çalışıyor. Cambridge Üniversitesi bünyesinde çalışan bir ekip ise, dışarıdan herhangi bir girdi olmadan bu süreci gerçekleştiren bir cihaz üretmeyi başardı. ‘‘Photosheet’’ (foto-levha) adını verdikleri teknoloji, güneş ışığı, CO₂ ve H₂O’yu oksijen ve formik aside dönüştürebiliyor. Formik asit ise, doğrudan veya hidrojene dönüştürülerek, yakıt amaçlı kullanılabiliyor.

Benzer denemelerde karşılaşılan en büyük sorun, ayrıştırma işlemi sırasında fazla miktarda istenmeyen yan ürünün ortaya çıkması. Profesör Erwin Weisner’ın ekibi, sistemin ne kadar iyi çalıştığına kendileri bile şaşırmış, ‘‘neredeyse hiç yan ürün çıkmadı ortaya’’ diyor uzmanlardan Dr. Qian Wang. ‘‘Bu tip çalışmalarda işler bazen istediğiniz gibi sonuçlanmaz, fakat bu, tahminlerden bile iyi çıkan nadir örneklerden biri oldu.’’

Yeni cihaz, daha önceki benzer teknolojilerin aksine, yalnızca foto-levha adı verilen bir malzeme üzerine işlenen fotokatalizör maddeler sayesinde çalışıyor. Bu levhalar, yarı-iletken tozlardan yapılıyor ve ucuza, büyük miktarda üretmek mümkün. Suyun içine yerleştirilen bu levhaların üzerine güneş ışığı vurduğu zaman elektron etkileşimi ve oksitlenme başlıyor.

Araştırmacılar, test ünitesi yalnızca 20 cm² ebatta olsa da, bunu birkaç metrekareye ölçeklemenin pek zor olmadığını söylüyor. Elde edilen formik asit ise kolayca biriktirilebiliyor ve diğer yakıt türlerine kimyasal işlemlerle dönüştürülebiliyor.

Katalizör amaçlı kullanılan kobalt-temelli malzemeyi üretmenin de kolay olduğu belirtiliyor. Fakat, araştırmacılar, teknolojinin yaygınlaşabilmesi için verimliliğin artması ve farklı katalizör maddelerin denenmesi gerektiğini de ekliyor. Bunun üzerine çalışmaya başlamışlar bile.

Prof. Reisner, ‘‘Bu teknolojiyle, sürdürülebilir ve pratik solar yakıt üretiminin yolunu açmayı hayal ediyoruz’’ diyor.