Düdüklü tencerede taş kömür üretildi

Yoğun basınç ve uygun sıcaklıkların etkisiyle çürümüş bitki kalıntılarından ağaç ve taş kömürü rezervlerinin oluşması yüz milyonlarca yılda gerçekleşmiştir. Alman bilim adamları şimdi bu süreyi yarım güne indirmeye başardılar.

Potsdam Max-Planck Enstitüsü’nden Markus Antonietti tarafından geliştirilen ve hidrotermal karbonlaştırma olarak adlandırılan yöntem, karmaşık ara adımlar olmaksızın, bitkisel biyokütlenin karbon ve suya dönüşmesine izin veriyor.

Tabii yöntem henüz laboratuvarda işliyor, ama buna rağmen etanol veya metan gibi biyokütlelerden yakıt elde etme yöntemlerinin aksine, çevreye duyarlı olduğu kadar, verimli de.

Nitekim hidrotermal karbonlaştırma sırasında karbondioksit oluşmuyor, bitkilerdeki karbonun bir kısmından saf kömür elde edilmekte. Oysa biyokütleden etanol elde ediminde ve biyogaz tesislerindeki metan üretiminde karbonun bir kısmı, gerekli olan çürüme ve fermantasyon süreçleri sırasında karbondioksit biçiminde yok oluyor.

Diğer çeşit kömürler

Yeni yöntem sayesinde taş kömür dışında ağaç kömürü veya humus da üretilebilmekte. Araştırmacılar yeni tekniğin endüstriyel alanda kullanılacak şekilde geliştirilebileceğine ve gelecekte aynı yöntemle petrol üretilebileceğine de inanıyorlar.

Hatta şu sıralar geliştirme aşamasında olan karbon yakıt hücreleriyle, karbondan doğrudan doğruya elektrik enerjisi üretmek bile mümkün olacak.

Doğal kömür üretim sürecini taklit etmek isteyen bilim adamları ilk önce, bitki kalıntılarının dönüşümü sırasında moleküler düzlemde nelerin yaşandığını anlamaya çalışmışlar.

Bitkisel biyokütle, sonuçta bol miktarda enerji içeren karbonhidrat ve şeker yapıtaşlarından meydana gelir. "O halde şeker moleküllerini karbon ve su olarak parçalamak mümkündü" diyor Antonietti. Ve bu kimyasal süreç, enerji taşıyıcı olarak sadece karbonu değil, şeker moleküllerindeki enerjiyi de açığa çıkarabilirdi.

Doğal kömür oluşumu

Kömürün doğal oluşum sürecinde tam olarak nelerin yaşandığı bugüne kadar çok kabaca biliniyordu.

Halihazırdaki büyük kömür madenleri yaklaşık olarak 280-345 milyon yıl önce, bereketli bir bitki dünyasını doğuran karbon çağında gelişmiştir.

Ölen bitkiler bataklıklara gömülüyor ve oksijensizlik yüzünden aerob (yalnızca oksijenin varlığında yaşayabilen) mikroorganizmalar tarafından indirgenemiyorlardı.

Deniz taşkınları, bataklıkları kalın kayaç tabakalarının altına gömünce, yoğun basınç ve yüksek sıcaklıkların etkisiyle turbalıktaki su çekilmiş ve geriye sadece karbon bileşeni, biraz su ve yanmaz birikimler kalmıştır.

12 saat pişirdi

Antionietti bu süreçleri taklit edebilmek için, bir litrelik bir basınç kabına, yaprak, ot, saman hatta biraz da odun koyarak üzerine biraz su ve sitrik asit ilave etmiş.

Ve tüm bunları aşağı yukarı bir düdüklü tencere gibi işleyen basınçlı bir kapta 180 derecede yaklaşık olarak 12 saat pişirmiş.

Normalde milyonlarca yıl devam eden sürecin hızlanması için sitrik asidin katalizör olarak kullanılması gerekiyordu. Alternatif olarak, farklı yapıda kömür içeren demir tuzları da tercih edilebilir. Katalizörlerin yardımıyla şeker molekülleri çok daha az enerjiyle çok daha çabuk parçalanıyorlar.

Ancak Antonietti ve arkadaşları ilk başta bu süreç sırasında ne kadar enerjinin açığa çıkacağını pek kestirememişler. Karışım 200 dereceye kadar ısıtıldığında basınçlı tencereden kulakları sağır eden bir ses çıkmış; süreci ancak 180 derecede kontrol altına alabildik diyor araştırmacılar.

On iki saatlik pişirmenin sonucunda siyah bir sıvı yani suda çözülmüş karbon tozu elde edilmişti. Bu toz filtre edildikten sonra pudraya dönüşmekte.

Beş saatte verimli toprak

Fakat iş bu kadarıyla da kalmıyor. Gastronomide nasıl bir bifteği kanlı bırakarak ya da iyice kızartarak farklı sonuçlar elde edilebiliyorsa, pişirme süresi kısaltıldığında taş kömür yerine ağaç kömürü elde etmek olası. Hatta pişirme süresi beş saate indirildiğinde humus yani en verimli toprak çıkıyor basınçlı kaptan.

Araştırmacılar bundan sonra suyun, bitkinin içinde bulunan fosfor, azot ya da fosfat gibi elementler dışında çevreye zarar veren elementleri içerip içermediğini inceleyecekler.

Ama Antonietti bu kadar küçük miktarla yetinmek niyetinde değil. 50.000 ton bitki atığından (büyük bir kentte bir yılda aşağı yukarı bu kadar atık çıkıyor), 20.000 ton kömürün elde edilebileceğini söylüyor bilim adamı.

Kaldı ki yöntem, tekniğin büyük ölçekte kullanılmasına izin vermekte, altyapı iki ila beş yıl içinde kurulabilir. Ayrıca hammaddenin illa yeşil bitkiler olması gerekmiyor, mesela şeker üretiminden arta kalan pancar atıkları da kullanılabiliyor.

Antonietti öte yandan laboratuvar kömüründen enerji üretmek için karbon yakıt hücrelerini düşünüyor. Bu şekilde kömür, doğrudan doğruya elektrik enerjisine dönüştürülebilecek. Modern taş kömür santralleri %45’lik randımanla çalışırken, Harvard Üniversitesi’nden George Whitesides’ın ilk deneyleri, karbon yakıt hücrelerinin %60’lık bir verimle çalışabileceğini gösterdi.

Antonietti kendi yöntemiyle bu güne kadar kömürün doğal oluşum sürecinde bugüne kadar bilinmeyen bir ayrıntıyı da keşfetti. Anlaşıldığı üzere laboratuar koşullarında aşağı yukarı dört ila altı saat sonra ortaya çıkan bir ara evre bulunmakta.

Bilim adamı bu ara evrede petrol elde edilebileceğine inanıyor. Petrol, kömür oluşumundaki bir ara ürün değil, bir tür kimyasal yol ayrımı. Uygun bir zaman ayarlanıp, belli bir katalizör ilave edildiğinde bitki kalıntılarından petrol de üretilebilecek.

Endüstri alanındaki ilk meraklılar Antionietti’ye başvurmuşlar bile. Bunların arasında makine üretim firmaları ve kendi atıklarını satmak isteyen çiftçiler de var.

Pişirme süresi kısaltıldığında taş kömürü yerine ağaç kömürü elde etmek olası. Hatta pişirme süresi beş saate indirildiğinde humus yani en verimli toprak çıkıyor basınçlı kaptan.