Japon araştırmacılar, soylu olmayan metallerle üretilen, dayanıklı katotlar sayesinde hidrojen üretimini hem ekonomik hem de ölçeklenebilir hale getirdi. Bu yöntem, uygun maliyetli hidrojen üretiminin kapılarını aralıyor.
Japon Tohoku Üniversitesi bilim insanları, hidrojen yakıtı üretiminde devrim yaratabilecek yeni bir yöntem geliştirdi. Bu yöntem, soylu olmayan metal bazlı katotların, yüzey yeniden yapılandırılmasıyla, hidrojen üretimini hem uygun maliyetli hem de ölçeklenebilir hale getiriyor. Araştırmacılar, bu stratejinin ticari proton değişim membranlı (PEM – Proton Exchange Membrane) elektrolizörler için büyük bir adım olabileceğini vurguluyor.
Laboratuvardan fabrikaya geçiş
Hidrojen üretimi, enerji dönüşümünün merkezinde yer alıyor. Ancak hidrojen gelişim reaksiyonu (HER – Hydrogen Evolution Reaction) sürecinin büyük ölçekli üretime taşınması önemli teknik ve ekonomik zorluklar içeriyor. Özellikle asidik çalışma ortamları, soylu olmayan metallerin uzun ömürlü ve verimli bir şekilde kullanılmasını zorlaştırıyor.
Tohoku Üniversitesi’nden araştırmacılar, bu engeli aşmak amacıyla yüzey yeniden yapılandırma yöntemine odaklandı. Bu sayede soylu olmayan metal bazlı katotların performansı artırılarak, laboratuvar ölçeğinden ticari ölçeğe geçiş mümkün hale geldi.
HER verimliliğinde önemli ilerleme
Araştırmanın merkezinde, geçiş metali fosfitleri (TMP – Transition Metal Phosphides) yer aldı. TMP‘ler, HER için umut vadeden ve maliyet açısından avantajlı katalizörler olarak öne çıkıyor. Ancak genellikle soylu metaller tercih edildiği için bu alanda bilgi eksikliği bulunuyordu.
Bilim insanları, flor (F) ile modifiye edilmiş kobalt fosfit (CoP|F) katot geliştirdi. Yapılan operando X-ışını absorbsiyon spektroskopisi (XAS – X-ray Absorption Spectroscopy) ve Raman analizleri, flor modifikasyonunun Co─P bağlarının kırılmasını teşvik ettiğini ve amorf metalik kobaltın gerçek HER aktif bölgelerine dönüştüğünü gösterdi. Yoğunluk fonksiyonel teorisi (DFT – Density Functional Theory) hesaplamaları da bu bulguları destekledi.
Flor katkısı, P boşluklarının oluşumunu kolaylaştırarak yüzeyde sıfır değerlikli kobalt aktif bölgelerinin ortaya çıkmasını sağladı. Bu da HER sürecinin hızlanmasına önemli katkı sundu.
Ticari PEM elektrolizörlerde başarı
Geliştirilen F modifiye CoP katot, yalnızca laboratuvar ölçeğinde değil, aynı zamanda 38 cm² ticari PEM elektrolizör ölçeğinde de test edildi. Sonuçlar etkileyiciydi: Katot, yaklaşık 76 W güç üretimini 300 saatten fazla süreyle sürdürebildi.
Araştırmacılar, bu yöntemin hidrojen üretim maliyetini kilogram başına 2,17 Dolar’a düşürdüğünü belirtti. Bu rakam, ABD Enerji Bakanlığı’nın 2026 yılı hedefi olan 2,00 Dolar/kg seviyesine oldukça yakın.
Gelecek için umut verici
Çalışmanın başyazarı Heng Liu, bu gelişmenin, araştırmaların günlük yaşama entegrasyonu açısından önemli bir adım olduğunu vurguladı:
“Her zaman nihai hedefi, yani araştırmanın gerçek hayata geçişini düşünüyoruz. Bu ilerleme, ticari PEM uygulamaları için daha gerçekçi seçenekler tasarlamaya bir adım daha yaklaştırıyor.”
Bu bulgular, ticari ölçekli PEM elektrolizörler için dayanıklı, maliyet etkin ve soylu olmayan metal bazlı katotların tasarlanmasına yönelik yeni bir yol haritası sunuyor.
Yeni nesil katotlarla hidrojen üretimi
Bu çalışma, yüzey yeniden yapılandırma stratejisinin ticari PEM elektrolizörlerde uygun maliyetli ve dayanıklı soylu olmayan metal katotlar kullanımı için güçlü bir aday olabileceğini gösteriyor. Flor katkılı CoP katotların uzun süreli ve yüksek verimli performansı, laboratuvardan endüstriyel ölçeğe geçişte önemli bir eşik olarak öne çıkıyor. Üstelik üretim maliyetlerinin küresel hedeflere oldukça yaklaşması, bu teknolojinin önümüzdeki yıllarda yeşil hidrojen üretiminde ana akım çözümlerden biri haline gelebileceğini işaret ediyor. Araştırmacıların vurguladığı gibi, bu gelişme ticari uygulamalar için daha gerçekçi ve erişilebilir seçenekler tasarlama yolunda kritik bir adımı temsil ediyor.
İlgili Makaleler:
- Şeker kamışı atığı ve güneş ışığıyla hidrojen üretimi
- Mikrodalga teknolojisiyle daha hızlı ve verimli hidrojen üretimi
- Hidrojen depolamada yeni yöntem
© 2025 Yeşil Haber