Dış Kaynaklı Proje Süreçleri Yönetim Sistemi
Genç G. (Danışman (Yürütücü Gerçek Kişi Olan Projede)), Elden G. , Doğan H.
Bu proje önerisi, proje yürütücüsü Hilal Doğan’ın doktora tez çalışmaları sırasında karşılaşılan eksikliklerin giderilmesi amacıyla hazırlanmıştır. Doktora tez çalışmasının amacı farklı meyve ve kuruyemiş atıkları gibi biyokütlelerden karbon sentezleyerek, bu karbonların ORR reaksiyonunda elektrokatalizör desteği olarak kullanımının performansını araştırmaktır. Bu amaç doğrultusunda biyokütle olarak Türkiye’de atık potansiyeli yüksek ve ulaşılması kolay olan atıklar olan yer fıstığı kabukları, avokado çekirdekleri, mandalina kabukları, antep fıstığı kabukları ve ceviz kabukları seçilmiştir. Tez çalışması kapsamında seçilen büyokütlelerden karbon sentezi, sentezlenen karbonların fiziksel karakterizasyonlarının ve elektrokimyasal performans analizlerinin ortaya konması gerekmektedir. Deneysel çalışmalar Erciyes Üniversitesi Mühendislik Fakültesi, Hidrojen Teknolojileri (ERÜHİT) Laboratuvarında gerçekleştirilmektedir. Doktora tez çalışması kapsamında başlangıç aşamasındaki temel ekipmanlar ve sarf malzemeler Erciyes Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri (BAP) birimi tarafından FDK-2021-11005 proje koduyla desteklenen, “Meyve ve Kuruyemişlerden Doğal Karbon Kaynaklı Elektrot Geliştirilmesi” başlıklı projenin bütçesinden sağlanmıştır. Tez çalışmasının bugüne kadar olan sürecinde ele alınan biyokütlelerden gözenekli karbon sentezi ve bu karbonların fiziksel karakterizasyonu başarıyla gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar neticesinde hem ihtiva ettikleri karbon oranları hem de gözenekli yapıları göz önüne alındığında elektrokimyasal performanslarının ortaya konulması için yer fıstığı kabukları (YFK) ve avokado çekirdekleriyle (AvÇ) ile analizlere devam edilmesine karar verilmiştir. ERÜHİT Laboratuvarında bulunan potansiyostat ile YFK ve AvÇ’lerinin CV ve LSV analiz sonuçları alınmıştır. Ancak, elde edilen sonuçların doğruluğunun ve etkinliğinin değerlendirilmesi amacıyla literatürde yaygın olarak kullanılan ticari referans malzemelerle (Pt/C) ile karşılaştırma yapılması gerekliliği ortaya çıkmıştır. Platin, elektrolizörler ve yakıt hücreleri gibi birçok elektrokimyasal cihazda referans katalizör olarak kullanılmaktadır. Özellikle Pt/C, dikkate değer ORR aktivitesi sergilemekle birlikte, yüksek maliyeti ve sınırlı kaynakları nedeniyle geniş ölçekli uygulamalar için önemli kısıtlamalar oluşturmaktadır. Literatür çalışmalarında kıyaslama açısından %10, %20 ve %30 Pt/C kullanılmaktadır. Doktora tez projesi kapsamında bu ticari malzemeler temin edilememiştir dolayısıyla bu durum deneysel çalışmaların tamamlanmasını ve sonuçların literatürle uyumlu bir şekilde karşılaştırılarak yorumlanmasını engellemektedir. Bundan dolayı doktora çalışmalarının başarılı bir şekilde devam ettirilmesi için farklı oranlarda (%20 ve %30) Pt/C ihtiyacı duyulmaktadır.
Bununla beraber doktora tez çalışması kapsamında sentezlenen karbonların performansları literatürde yer alan sonuçlarla kıyaslandığında ise ORR için pik değerleri düşük kalmıştır. Bu nedenle metal katkısı ilave edilmesi gerekli görülmüştür. Literatürdeki çalışmalar incelendiğinde Pt/C elektrokatalizöre karşı Fe ve N dopingli biyokütle kaynaklı karbon malzemelerin kullanılmasıyla platinden oluşan maliyet azalmaktadır. Demirin karbon matrisine azot ile doplanarak (Fe-N-C yapıları) aktif merkezler oluşturması ve bunun sonucunda yüksek katalitik aktivite sergilemesi ve Pt tabanlı katalizörlere kıyasla uygun maliyetli olmasından dolayı demirin kullanılmasına karar verilmiştir. Bu doğrultuda ERÜHİT Laboratuvarında mevcut bulunan Fe3O4 ve FeCl3 kullanılmış ve elektrokimyasal analizleri yapılmıştır. Ancak, mevcut potansiyostat cihazı ile alınan CV ve LSV analiz sonuçları malzemenin elektrokimyasal özellikleri ile ilgili genel bilgiler vermekte ve detaylı bilgiler verememektedir. Daha kesin ve detaylı sonuçlar elde edebilmek için Döner disk elektrot (RDE) yönteminin kullanılması gereklidir. RDE, oksijen indirgeme reaksiyonundaki kinetik ve difüzyon kontrollü süreçlerin ayrıştırılmasını sağlar. Ayrıca, kütle taşınım etkilerinin optimize edilmesi ve Tafel eğrileri gibi kinetik parametrelerin doğru bir şekilde çıkarılabilmesi için gereklidir. Proje kapsamında, RDE yöntemiyle yeni ölçümler yapılması planlanmaktadır. Bu ölçümler, sentezlenen katalizörün kinetik özelliklerini detaylandırarak, malzemenin ticari alternatiflerle karşılaştırılmasında daha kapsamlı bir analiz sunacaktır.
Bu hususta, RDE sistemine sahip farklı bir laboratuvardaki cihazı kullanabilmek için cihaz ile uyumlu camsı karbon elektrotlarına ihtiyaç duyulmaktadır. ERÜHİT Laboratuvarında mevcut bulunan camsı karbon elektrot RDE ile uyumlu değildir. Belli bir aşamaya gelinmiş ancak tez projesi kapsamından satın alınamamış olan RDE camsı karbon elektrotunun bu proje ile temin edilmesi aciliyet içermektedir. Buna ek olarak, yapılan çalışmalara ilişkin bazı ileri düzey analiz ve karakterizasyon süreçleri devam etmekte olup, bu kapsamda acilen belirli hizmet alımlarına ihtiyaç duyulmaktadır. Hizmet alımları FE-SEM EDX, Raman, XRD ve BET fizikokimyasal analizleridir. Proje sürecinde kullanılan bazı sarf malzemelerin tükenmiş olması da deneylerin sürdürülebilirliğini sekteye uğratmakta, bu malzemelerin yenilenmesi ve üretim süreçlerinin devamlılığının sağlanması gerekmektedir.
Bahsi geçen eksikliklerin giderilmesi, hem yürütücünün doktora tezinin başarıyla tamamlanması hem de çalışmadan yüksek etki değerine sahip akademik yayınların üretilmesi açısından kritik bir öneme sahiptir. Dolayısıyla, tez çalışmasındaki bu eksiklerin giderilmesi amacıyla, malzeme temini, hizmet alımı ve sarf malzeme yenilenmesi gibi ihtiyaçların karşılanmasını hedefleyen bu proje önerisi hazırlanmıştır. Bu destek, yalnızca doktora tezinin başarıyla sonuçlanmasını değil, aynı zamanda tez kapsamında üretilen bilimsel çıktılarla yenilikçi uygulamaların önünü açmayı da amaçlamaktadır. Projenin desteklenmesi durumunda doktora çalışmasının devam etmesine engel teşkil eden problemlerin çözülmesiyle, tez başarılı bir şekilde tamamlanarak yakıt hücresinde biyokütle kaynaklarının yüksek katma değerli kullanımı için hem yeni bir yol sağlarken hem de yapı ve elektrokimyasal özellikler arasındaki ilişkinin daha iyi anlaşılmasını sağlayacaktır.