Öncü düşünür – öncesi ve sonrası: Kataliz
Öncü düşünür – öncesi
Johann Wolfgang Döbereiner 1823’te platin katalizini buldu ve periyodik tablonun elementlerini tamamlanmasını sağladı.
Öncü düşünür — sonrası:
Zor problemlerle uğraşmayı seven Ferdi Schüth şu an geleceğin enerjisi için kimyanın temelleri üstüne araştırmalarını sürdürüyor.
Johann Wolfgang Döbereiner, 1823’te 43 yaşındayken, platin süngerinin katalizör etkisinden yararlanarak bir oksihidrojen karışımını tutuşturmayı başardı. Onun “temas olgusu” şeklinde nitelediği bu durum bugün kataliz kimyasının erken safhalarındaki en önemli buluşlardan biri kabul edilir. Platin süngeri, hidrojenle oksijenin tepkimesini hızlandırabiliyor ve bunu yaparken de hem kütle, hem kimyasal bileşim açısından neredeyse hiçbir değişikliğe uğramıyor (zaten tüm katalizörlerin başlıca özelliklerinden biri de değişikliğe uğramamalarıdır). Tepkimede serbest kalan enerjinin şiddetinden dolayı anında bir alev oluşuyor. Bu durum karşısında büyülenen Döbereiner yaptığı buluşu başarılı bir teknolojiye dönüştürmesini de bilmiştir: platin çakmak bunun sonucu olarak doğdu. Bu çakmak aranan bir mamul olmakla kalmadı; onu doğuran kimyasal süreç, kimyada bir dönüm noktası oldu ve lokomotif işlevi gördü.
Bundan yalnızca bir yıl sonra Döbereiner, iridyum ve osmiyum karışımları yardımıyla oksihidrojenin infilak da ettirilebileceğini keşfederek, ileri bir tarihte kimya endüstrisinde yararlanılacak karma katalizörler ilkesini formüle etti. Bu sırada Döbereiner kimya, eczacılık ve teknoloji branşlarında artık 14 yıldır doçent unvanına sahipti ve bunu kısmen de en büyük Alman yazar ve bilginlerinden biri olan Johann Wolfgang von Goethe’nin desteğine borçluydu.
Alaylı olan Döbereiner ne okul bitirmiş, ne de üniversiteye gitmişti; aldığı tek eğitim, eczacılık alanında yaptığı çıraklıktı. Fakat babası arabacı olan bu adamın kimyayla ilgili pratik konularda yazdığı yazılar Goethe’nin dikkatini çekti. Sonraları Kültür İşleri Bakanı olan Goethe onun Jena Üniversitesi’nde görev almasını sağladı. Bu görevlendirmenin bir yıl ardından temel bilimler fakültesi, daha önce yayımlanmış yazılarının “deha ve mükemmeliyetçiliğin belirgin izlerini taşımasından” ötürü ona ‘doktor’ unvanını layık gördü.
Kendisine sunulan imkânların değerini bilen Döbereiner, başka şöhretli üniversitelerden aldığı tekliflere rağmen, 1849’daki ölümüne dek Jena’dan ayrılmadı. Mezar taşındaki kitabede, geriye bıraktığı unutulmaz mirasın anısına şöyle denir: “Goethe’nin danışmanı, triadlar sisteminin yaratıcısı, platin katalizinin bulucusu.”
1971 yılbaşından hemen sonraydı. 11 yaşındaki Ferdi Schüth büyüdüğünde kimyager olmak istediğine karar vermişti bile. Arkadaşlarının barut karışımıyla hazırladıkları havai fişekler ona ilham olmuştu. Gerçi fişekler uçmuyordu, ama büyük bir gürültü çıkardıkları kesindi. Ferdi bir yıl sonra, aile evindeki bodrum katının köşesinde kendine yeni bir kimya seti kurdu ve bazı maddeler birbiriyle karıştığında neler olduğuna dair gözlemlerini orada sürdürdü. Bugün Max Planck Enstitüsü Başkan Yardımcılığı, Max Planck Enstitüsü Kömür Araştırmaları Direktörlüğü, Carl Friedrich von Weizsäcker Ödülü ve Leibniz Ödülü dahil, birçok prestijli ödül ve unvanın sahibi olan Profesör Doktor Schüth, “Başarılı araştırmalardaki en büyük motivasyonum hâlâ, bir şeyin işleyip işleyemeyeceğini görme merakım,” diyor.
Schüth’ün bugüne kadarki en büyük buluşunun gerisinde hem bu merak, hem de bağımsız bir düşünce yapısına sahip olması var. O buluş, katalizde kullanılan yüksek çıktılı teknoloji (kutuya bakınız). Schüth 1996’da, yeni ve daha iyi katalizörleri daha hızlı geliştirmenin yolları üstüne bilimsel bir toplantıya katılmıştı. Toplantıda, eczacılıkta yeni etken maddelerin araştırılmasını hızlandırmak için yararlanılan yüksek çıktılı deney modeli değerlendiriliyordu. Araştırmacılar, petrol rafinerilerindeki ve temel kimyasalların üretimindeki şartların çok daha çetin olduğuna dikkat çekerek, aynı yöntemin buradaki işlerliği hakkında şüphelerini dile getirdiler. Fakat o zamanlar Almanya’nın Frankfurt kentindeki Goethe Üniversitesi’nde öğretim üyeliği yapan Schüth’ün merakı uyanmıştı bir kere. Schüth daha toplantı bitmeden notlar almaya başladı. Çalıştığı kuruma dönünce de doktora öğrencilerine, konuyu daha yakından incelemeye ilgi duyanlar olup olmadığını sordu. Bir yıl kadar süren ortak bir çalışmanın sonunda ilk yüksek çıktılı reaktör faaliyete geçmişti bile. 1999’da, işlemin kendisini pazarlamak üzere “hte” isimli bir şirket kuruldu. Schüth’ün sözleriyle, “Bilimsel bir çıkmazdan böylece yeni bir teknoloji doğdu.”
Kimyagerin bugünlerde üstünde çalıştığı sorunlardan biri, katalizörlerin doğrudan atom düzeyinde özel ihtiyaçlara uygun hale getirilip getirilemeyeceği. Schüth aynı zamanda hidrojen gibi, ahşap artıklarından elde edilen yakıtlar gibi yeni enerji kaynaklarıyla, bunların depolanması ve katalitik dönüşümüyle –bir başka deyişle, geleceğin enerjisi için kimyanın temelleriyle– de ilgileniyor. Hâlâ zorlukların peşinde, öncü düşüncenin izinden gidiyor.
Kataliz: Kimyanın moleküler yardımcısı ve itici gücü
Katalizör esas olarak bir tür çöpçatandır. Çincede “katalizör” kelimesini meydana getiren iki karakterden biri, “evlilik tellalı” ile aynı anlamdadır. Deney tüpündeki katalizör, tepkimeye girmesi hedeflenen maddeleri yakalar, eski bağlarını çözer ve eşleşmesi istenen maddeleri çabucak bir araya getirerek onlardan yeni bir kimyasal bileşik çıkarır. Tepkimeleri hızlandıran katalizör, tepkimenin kendisine katılmaz, fakat bir noktadan sonra yorgunluk belirtileri göstermeye başlayabilir.
Katalizör aynı zamanda enerjiden tasarruf sağlar. Bütün bu nedenlerle katalizörler kimyada önemli bir yer tutar. Kimyasal üretim süreçlerinin yüzde 90’ında kullanılmaları da bunu gösterir. Tıbbi ilaçlar, gübreler, boyalar ve plastikler dahil, günlük hayatta kullanılan birçok ürünün imalatı katalizörler sayesinde mümkündür.
hte GmbH: Kimyasal hızlandırıcılar için turbo testler
Yeni ve daha etkin katalizörler bulmak için yapılan çalışmalar yalnızca birkaç yıl öncesine göre bile artık yüz kata kadar daha hızlı yürütülebiliyor. Profesör Doktor Ferdi Schüth’ün Almanya, Heidelberg merkezli şirket hte’deki araştırmacılarla birlikte geliştirdiği sürecin payı bunda çok büyük. “hte” adı aslında anılan sürecin İngilizce baş harflerinden oluşan bir kısaltma (“high throughput experimentation: yüksek çıktılı deney”). Paralel ve otomatik bir yaklaşıma dayalı olan bu yöntem yardımıyla Heidelberg’deki araştırmacılar birden fazla katalizörün kimyasal testlerini eşzamanlı yapabiliyorlar.
Katalizör görüntüleme gereçlerinden süreç optimizasyonuna yönelik büyük ölçekli deneme tesislerine kadar, hte’de halen 50 ayrı reaktör sistemi faaliyette. 2012’den beri BASF SE’nin yüzde yüz hisseli iştiraki olan şirketin şu an 270 civarında çalışanı var.
