محققان کاتالیزوری سازگار با محیط زیست تولید می کنند که نیازهای انرژی سنتز آمونیاک را برای استفاده در سوخت ها و کودها کاهش می دهد.
- سنتز آمونیاک سبزتر: محققان RIKEN CSRS یک کاتالیزور جدید در دمای پایین ابداع کرده اند که نیازهای انرژی و هزینه های تولید آمونیاک را کاهش می دهد.
- فرآیند کارآمد انرژی: برخلاف روش‌های مرسوم که نیاز به فشار و دمای بالا دارند، فرآیند جدید در دماهای پایین‌تر بدون از دست دادن کارایی عمل می‌کند.
- مزایای زیست‌محیطی: این رویکرد نوآورانه می‌تواند استفاده از آمونیاک را به‌عنوان سوخت سبز، کاهش انتشار کربن، با تمرکز بر افزایش کارایی، تسهیل کند.
محققان به سرپرستی ساتوشی کامیگوچی در مرکز RIKEN برای علوم منابع پایدار (CSRS) در ژاپن راهی سبزتر برای تولید آمونیاک، یک ترکیب ضروری مورد استفاده در کودها، کشف کردند. این مطالعه که در مجله علمی Chemical Science منتشر شده است ، یک کاتالیزور جدید را توصیف می کند که در دماهای نسبتا پایین به طور پایدار کار می کند، بنابراین مقدار انرژی و پول مورد نیاز برای سنتز آمونیاک را کاهش می دهد. از آنجایی که آمونیاک یک راه عالی برای ذخیره ایمن هیدروژن و همچنین یک سوخت جایگزین عالی به خودی خود است، این کشف تغییر از سوخت های فسیلی به اقتصاد انرژی سبز و خنثی از کربن را آسان تر می کند.
کودها راهی برای تامین نیتروژن اضافی برای گیاهان هستند که به رشد آنها کمک می کند و عملکرد محصول را افزایش می دهد. نیتروژن موجود در کودها از آمونیاک به دست می آید که با شکستن مولکول های هیدروژن (H 2 ) و نیتروژن (N 2 ) و پیوستن عناصر جداگانه به گاز آمونیاک (NH 3 ) از طریق فرآیند Haber-Bosch ساخته می شود. این واکنش به فشار و دماهای بسیار بالا و همچنین یک کاتالیزور آهن نیاز دارد.
فشار و دماهای بسیار بالا – حدود 200 اتمسفر و 500 درجه سانتیگراد (932 درجه فارنهایت) – مورد نیاز برای واکنش به مقدار زیادی انرژی نیاز دارد. از آنجا که آمونیاک به طور گسترده در کودها و سایر صنایع استفاده می شود، تولید در سراسر جهان مقدار زیادی انرژی مصرف می کند. برای کمک به کاهش ردپای انرژی آمونیاک، محققان RIKEN CSRS واکنش سازگارتر با محیط زیست و انرژی را توسعه داده‌اند که می‌تواند در دماهای بسیار پایین‌تر بدون غیرفعال شدن، به طور پایدار ادامه یابد.
بزرگترین مانع شکستن گاز نیتروژن بود زیرا یک پیوند سه گانه قوی بین دو اتم نیتروژن در یک مولکول گاز نیتروژن وجود دارد. کامیگوچی می‌گوید: «ترفند استفاده از ذرات فلز مولیبدن فوق‌العاده کوچک بود که از یک خوشه متال هالید مولکولی شش‌هسته‌ای تهیه شده بود، که سپس با گاز هیدروژن فعال شد. پس از فعال شدن، چندین اتم مولیبدن با هم کار می کنند تا به سرعت پیوندهای نیتروژن-نیتروژن قوی را بشکنند و سنتز آمونیاک را تحریک کنند. هنگامی که آزمایش شد، این روش جدید قادر به ایجاد آمونیاک از گازهای نیتروژن و هیدروژن به مدت بیش از 500 ساعت در دمای 200 درجه سانتیگراد (392 درجه فارنهایت) بود که در هنگام استفاده از فرآیند معمولی هابر-بوش، دمای مورد نیاز را تا حد زیادی کاهش داد.
در صورت استفاده از سوخت آمونیاک در سراسر جهان، علاوه بر تأثیر بر صنعت کود، روش جدید تولید آمونیاک می تواند به طور غیرمستقیم به کاهش انتشار کربن کمک کند. سوخت آمونیاک را می توان مستقیماً در موتورهای احتراق داخلی بدون انتشار CO 2 سوزاند ، اما به دلیل فرآیند پرانرژی Haber-Bosch تبدیل به یک جایگزین عملی نشده است. یکی از مزایای روش جدید این است که امکان تولید آمونیاک با انرژی کمتر را فراهم می کند که در صورت استفاده از سوخت آمونیاک در مقیاس بزرگ، انتشار کربن را تا حد زیادی کاهش می دهد.
همزمان که آمونیاک نیتروژن را برای کودها ذخیره می کند، هیدروژن را نیز ذخیره می کند. این باعث می شود که حامل ایده آلی برای هیدروژن باشد که برخی آن را منبع ایده آل انرژی می دانند. هنگامی که هیدروژن ذخیره شده مورد نیاز است، می توان آن را از آمونیاک آزاد کرد و بدون انتشار دی اکسید کربن به عنوان سوخت استفاده کرد.
کامیگوچی می‌گوید: جایگزینی فرآیند Haber-Bosch با روش جدید ما باید منجر به صرفه‌جویی در مصرف انرژی در سراسر جهان شود. اگر از سوخت آمونیاک و سوخت هیدروژن در مقادیر بسیار بیشتر استفاده شود، کاهش شدید انرژی مورد نیاز برای سنتز آمونیاک منجر به کاهش انتشار CO 2 و جلوگیری از گرم شدن بیشتر زمین خواهد شد.
یک مشکل هنوز باقی است. هیدروژن مورد نیاز برای تولید آمونیاک خود هنوز با استفاده از سوخت‌های فسیلی تولید می‌شود و در مقادیر زیاد لازم، منجر به انتشار فوق‌العاده CO2 و مصرف انرژی می‌شود. بنابراین، کامیگوچی خاطرنشان می‌کند: «وقتی سیستم کاتالیزور ما با تولید H2 سبز از انرژی‌های تجدیدپذیر ترکیب شود ، انتشار CO2 گرمایش جهانی می‌تواند حتی بیشتر کاهش یابد.»
در حال حاضر، تیم تحقیقاتی بر روی افزودن مروج به کاتالیزور مبتنی بر مولیبدن متمرکز شده است که سنتز آمونیاک را کارآمدتر می کند.
– این بیانیه مطبوعاتی توسط RIKEN ارائه شده است و برای سبک و وضوح ویرایش شده است