Kimya endüstrisi, günlük hayatımızda kullandığımız ürünlerin üretiminde temel bir rol oynuyor. İlaçtan kozmetiğe, gıdadan akaryakıta kadar birçok sektöre tedarik sağlayan kimyasal üretimin verimliliğini artırmak ise zorlu bir görev olabilir. Bu noktada katalizörler de kimyasal üretimin verimli hale getirilmesinde kilit önem taşıyor.

Peki katalizör nedir? Nasıl çalışır? Verimliliği artırmada nasıl faydalar sağlar? Tüm bu soruların yanıtlarını sizin için derledik. Gelin birlikte göz atalım.

Katalizör nedir?

Katalizörler, kimyasal tepkimeleri başlatan ve hızlanmasını sağlayan maddelerdir. Genellikle yüksek sıcaklık ve basınç gerektiren tepkimelerin daha düşük koşullarda gerçekleşmesi için tercih edilirler. Katalizörleri daha rahat anlamak için biraz etrafımıza bakalım. Mesela sofralarımızda sıkça yer bulan ekmek, unun mayayla birleşimi sonucu üretilir. Mayanın içinde yer alan doğal enzimler, katalizör görevi görerek kimyasal tepkimeleri tetikler. Böylelikle un, ekmeğe dönüşür. Ayrıca vücudumuzdaki enzimler de yüksek sıcaklıklarda oluşabilecek tepkimelerin gerçekleşmesini sağlıyor. Sütün yoğurda, petrolün plastiğe dönüşmesi de yine kimyasal tepkimelerle meydana geliyor.

Katalizörler nasıl çalışır?

Tepkimenin başlaması için moleküllerin belirli bir enerji seviyesine ulaşması gerekir. Ancak, bu seviyeye ulaşmak bazen zor olabilir. İşte burada katalizörler devreye girerek tepkimeye katılan moleküllerin en uygun şekilde yerleşmelerini sağlıyor. Bu sayede tepkimenin başlaması için gerekli enerji daha hızlı ve kolay şekilde elde edilebiliyor. Kimyasal bağların kırılması veya yeni bağların oluşması için gereken enerjiyi de azaltan katalizörler, tepkimenin daha hızlı ve verimli bir şekilde gerçekleşmesini mümkün kılıyor.

Kimyasal bağların kırılması veya yeni bağların oluşması için gereken enerjiyi azaltan katalizörler, tepkimenin daha hızlı ve verimli bir şekilde gerçekleşmesini mümkün kılıyor.”

Bir örnekle açıklayalım. İki kimyasal madde olan A ve B'nin tepkimesi, C ve D adında yeni maddeleri üretiyor olsun. Tepkimenin başlaması için ise yüksek bir enerjiye ihtiyaç duyulsun. Başlangıçta A ve B molekülleri birbirlerine yaklaşsalar da enerji seviyeleri çok düşük olduğu için tepkime başlamaz. Bu noktada katalizör devreye girerek moleküller arasında etkileşim oluşturarak tepkimenin başlaması için gereken enerjiyi azaltır. Böylelikle moleküller daha kolay ve verimli bir şekilde tepkimeye girebilir.

Genellikle, katalizörlerin yapısını koruyabildiği ve tekrar kullanılabildiği bilinir. Ancak, gerçekte katalizör, reaksiyon ortamının zorlayıcı koşulları nedeniyle zehirlenebilir ve/veya etkisiz hale gelebilir. Bu nedenle, katalizörün stabilitesi ve ömrü, endüstriyel uygulamalarda reaksiyonların ekonomik ve sürdürülebilir ilerlemesine katkıda bulunmak açısından son derece önemlidir. Bu kapsamda, yenilikçi katalizör araştırma ve çalışmaları hız kesmeden devam ediyor.

Katalizör çeşitleri neler?

Çeşitli kimyasal tepkimeler için farklı şekillerde sınıflandırılabilen katalizörleri heterojen ve homojen olarak iki ana kategoride ele almak mümkün.

Heterojen katalizörler

Genellikle katı bir madde ile gaz veya sıvılar arasındaki tepkimeleri hızlandırmak için kullanılırlar. Heterojen katalizörler, tepkime gerçekleşirken bu maddelerle temasa geçerek sürece etki ederler. Ayrıca hava kirliliğini azaltmak, yakıt dönüşümünü hızlandırmak ve kimyasal ürünlerin üretimini iyileştirmek gibi amaçlar için de tercih edilirler. Otomobillerin egzozlarında yer alan katalizörleri, bu türe örnek gösterebiliriz. Otomobil katalizörleri, egzoz gazında bulunan maddelerin metal bir yüzeyde tepkimeye girerek daha az zararlı hale gelmesini sağlar.

Homojen katalizörler

Heterojen katalizörlerden farklı olarak tepkimenin gerçekleştiği maddeler ile aynı halde bulunabilen katalizörlerdir. Organik sentezler ve kimyasal tepkimeler üzerinde yapılan laboratuvar çalışmalarında yaygın olarak kullanılırlar. Tepkime sırasında değişikliğe uğramayıp yeniden kullanılabildiklerinden sürecin daha hızlı ve verimli olmasına katkıda bulunurlar.

Katalizörlerin verimliliğe sağladığı faydalar neler?

Katalizörler, üretim süreçlerine sağladığı çeşitli faydalarla sürdürülebilirliği ve verimliliği destekleyebiliyorlar.

Hızlandırılmış tepkimeler

Kimyasal tepkimeleri hızlandırarak ürünlerin daha hızlı bir şekilde üretilmesine olanak tanıyorlar. Bu sayede enerji ve zaman tasarrufu sağlarken, endüstriyel süreçlerin kapasitesini de artırıyorlar.

Daha düşük enerji kullanımı

Tepkimelerin daha düşük enerjiyle gerçekleşmesi, enerji tüketiminin ve üretim sürecindeki kayıpların azalmasına yardımcı olabiliyor. Böylelikle verimlilik artarken, endüstriyel aşamalar daha çevre dostu ve ekonomik hale geliyor.

Atık azaltma

Üretim sonucunda ortaya çıkan yan ürünlerin ve atıkların azaltılmasına yardımcı oluyorlar. Bu özellikle üretimden kaynaklı çevresel etkilerin düşürülmesine öncülük ediyorlar.

Özetle, katalizörleri kimyasal tepkimeleri başlatan ve hızlandıran bir çeşit araç olarak görebiliriz. Tepkimenin daha düşük enerjiyle ve daha kolay bir şekilde gerçekleşmesine yardımcı olurlar. Verimliliği artırmak konusunda hem endüstriyel üretimde hem de laboratuvar çalışmalarında çok önemli bir görev üstlenirler.

SOCAR Türkiye olarak biz, üretim süreçlerimizde verimliliği artırmaya yönelik çalışmalar yürütüyoruz. Sürdürülebilir bir dünya için karbon ayak izini azaltmayı hedefleyen geri dönüşüm projelerine öncelik veriyoruz. Üniversitelerle iş birliklerimiz kapsamında, endüstriyel atıkların katma değerli yakıtlara ve kimyasallara dönüştürülmesi için projeler yürütüyoruz. Bunlardan biri de İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü (İYTE) ile yürüttüğümüz "Karbondioksitten Dimetil Eter (DME) Sentezi için Katalizör Geliştirilmesi" projesidir.

SOCAR Türkiye Ar-Ge ve İnovasyon Merkezi öncülüğünde devam eden projede, Petkim tesislerinden atmosfere salınan karbondioksiti, değerli bir kimyasal ve alternatif bir yakıt olan dimetil etere (DME) dönüştürmek için yeni katalizör reçeteleri geliştiriliyor ve bunların performansları test ediliyor. Projenin çıktıları ile başta emisyon yoğun sektörler olmak üzere birçok sektöre sürdürülebilir teknolojiler noktasında ilham vermeyi hedefliyoruz.

Ar-Ge ve İnovasyon Merkezimiz aynı zamanda plastik atıklar için de çözümler geliştiriyor. Ekibimiz, ODTÜ iş birliğiyle yürütülen 'Atık Poliolefinlerden Rafineri ve Petrokimya Girdilerine Uygun Ham Madde Geliştirilmesi' projesi için çalışmalarını sürdürüyor. Projede, plastik atıkların kimyasal yöntemler kullanılarak petrokimya endüstrisine uygun ham maddelere dönüştürülmesine yönelik yüksek verimli katalizörler geliştirmeyi hedefliyoruz. Bugünün enerjisiyle daha güzel yarınlar için çalışmaya devam ediyoruz.