Gizmodo Bilim Fuarı: Nükleer Füzyon İçin Daha Yeşil Bir Yaklaşım!

ETH Zürih, Texas A&M Üniversitesi, Hamad Bin Khalifa Üniversitesi, Canadian Light Source Inc. ve Paul Scherrer Enstitüsü’ndeki araştırmacılar, önemli ölçüde güvenli ve sürdürülebilir bir şekilde lityum-6’yı – nükleer füzyon için anahtar bir yakıt – çıkarmalarıyla 2025 Gizmodo Bilim Fuarı kazananları arasında yer aldı.

Soru

Elektrokimyasal süreçlerle suyun fracking’den kaynaklanan kirliliği temizlenebilir mi? Aynı yöntem, petrol sahası atık suyu içerisinden lityum-6 çıkarmak için de kullanılabilir mi?

Sonuç

ETH Zürih liderliğindeki bir proje, bunun mümkün olduğunu gösteriyor. Araştırmacıların “tersine pil gibi” çalıştığını söylediği sistem, su yüklü bir hücreyi güçlendirerek, negatif yüklü bir zeta vanadyum oksit elektrodunun lityum-6 iyonlarıyla bağlanmasını ve onları yakalamasını sağlıyor. Daha ağır olan lityum-7 iyonları ise bu tünelden kolayca geçiyor. Bu süreç, bu teknolojinin detaylarının anlatıldığı ve 20 Mart’ta Chem dergisinde yayımlanan makaleye göre, 25 dört saatlik döngüde nükleer füzyon için yeterli lityum-6 biriktirilebilir.

Neden Bunu Yaptılar?

Lityum-6, trityum üretiminde nadir ama önemli bir bileşen olup, trityum da füzyon reaksiyonları için kullanılan daha da nadir bir hidrojen izotopudur. Hâlen, Amerika Birleşik Devletleri lityum-6’yı Soğuk Savaş sırasında üretilmiş eski bir stoktan sağlamakta, bunu da artık yasaklanmış bir yöntemi kullanarak zehirli cıvadan çıkarmaktadır. Hal böyleyken, yakında bu stokların tükeneceği günleri sayıyoruz.

Sarbajit Banerjee, İsviçre’deki ETH Zürih’te kimya mühendisi olup, karmaşık ayırma sorunları için yaratıcı elektrokimyasal çözümler geliştirme konusunda bir dehaya sahip. Bu özel projede, lityumu kirli sudan ayırmak için kurdukları bir elektrokimyasal hücrenin o kadar verimli olduğunu keşfettiler ki, bu mekanizmanın başka yerlerde – kirli sudan değerli lityum izotoplarını çekip almak gibi – uygulanabileceğini düşünmeye başladılar.

“Başlangıçta amacımız, pil tedarik zincirindeki büyük zorluklar nedeniyle, [kirli] sudan lityumu çıkarmaktı,” diyor Andy Ezazi, çalışma eş yazarı ve şimdi bu teknolojiyi ticari kullanım için ölçeklendirmeyi uman Quiddity Products adlı girişimin baş kimya sorumlusu. Hücrenin kullanımını lityum-6 çıkarmaya genişletme fikrisi, takımın lityumun endüstrilerdeki çeşitli kullanım alanlarını düşünmesi sırasında oldukça doğal bir şekilde ortaya çıktı.

Takım bunu sonunda çözdü ama oraya ulaşmak için çok fazla deneme yanılma yapmaları gerekti. Su kirliliğini temizleme projesi olarak başlayan çalışma, değerli lityum-6’yı temin etme tekniğine dönüştü. “Sayısız sızıntılı boru ve pompalarla uğraştık… Kimi zaman nükleer bilimcisiniz, kimi zaman tesisatçı,” diye espri yaptı Banerjee.

Onlar Neden Birer Kazanan?

En şaşırtıcı olan ise, hücrenin ayırma veriminin, ABD’de yasaklanan geleneksel süreçle “şimdiden rekabetçi” olması, diyor Ezazi. “Bir laboratuvar konsepti, zaten var olan endüstriyel süreçle rekabet edebilir olduğunda bu çok, çok nadirdir.”

“Sahip olduğumuz şey, daha önce yapılanlardan tamamen farklı,” dedi Banerjee. “Geliştirdiğimiz teknoloji, bir katı hal kafesi boyunca lityumun hareket etme hızında küçük farklardan yola çıkarak gerçekleştirildi, tıpkı bir pillerde olduğu gibi.”

Araştırma tarafında, bu proje, gerçek ve pratik sonuçlar elde eden disiplinler arası, nesiller arası bir çabanın muhteşem bir gösterimi. Banerjee’nin alandaki uzun süreli deneyimi teknolojinin geliştirilmesinde anahtar rol oynadı. Ancak, daha genç ekip üyeleri hayata geçirilmesinde gerçekten önemli bir rol oynadı, ayrıca NIST ve Canadian Light Source’tan ortaklar da hücrenin materyal verimliliğini en üst düzeye çıkarmada yardımcı oldular, dedi.

“Bir fikir laboratuvarı gibi olmaya çalışıyoruz, tek bir şey yapmaya değil, ama birçok, birçok şey yapmaya çalışıyoruz,” dedi Banerjee. “Ve bu, bir alandaki araştırmaların başka bir alanı nasıl desteklediğine mükemmel bir örnekti. Petrol sahasındaki şeyler, pil şeyleri ve fusion hakkında sahip olduğumuz bazı bilgilerin birleştiği yer.”

“Bu hedefi gerçekleştirirken çalışmıyorduk,” diyen Ezazi ekledi. “Ama yaptığımız her şey, bu yolu bulmamız ve gerçekten istifade etmemiz için bu rotayı dikkatlice ayarlıyordu.”

Sırada Ne Var?

Laboratuvarında yapılan bu kavram kanıtının gerçek umut vaat ettiğini gösteren ekip, tasarımını piyasaya sürme konusunda odaklanmış durumda. İsviçre’de, Banerjee’nin ekibi teknolojiyi inceliyor, Ezazi ise Teksas’ta iş ile ilgili planlamaların başında.

“Şu anda kimyasal izotop ayırma teknolojisini gerçekten ileriye taşımak, nükleer füzyon ve fisyon uygulamaları ve tedarik zinciri dinamikleri için yüksek saflıkta lityum-6 ve -7 sağlamak en önemli hedefimizdir,” diye açıkladı Ezazi.

“Zamanlama mükemmel görünüyor—nükleer enerji için bahar zamanı,” dedi Banerjee. “Bu, bazen yalnızca doğru zamanda, doğru yerde olduğunuzu ve çalışabileceğiniz doğru kişilere sahip olduğunuzu söyleyebileceğiniz bir fırsat optimizmi getiren bir duygu.”

Takım

Araştırma ekibi, ETH Zürih’ten Sarbajit Banerjee; Texas A&M Üniversitesi’nden Andrew A. Ezazi, Harris Kohl, J. Luis Carrillo, Saul Perez-Beltran, Carlos A. Larriuz, Jaime A. Ayala, Arnab Maji ve Stanislav Verkhoturov; Katar’daki Hamad Bin Khalifa Üniversitesi’nden Mohammed Al-Hashimi ve Hassan Bazzi; NIST’ten Conan Weiland, Cherno Jaye ve Daniel A. Fischer; ve Canadian Light Source Inc.’den Lucia Zuin ve Jian Wang’ı içermektedir.

2025 Gizmodo Bilim Fuarı kazananlarının tümünü görmek için buraya tıklayın.