Augant pasaulio gyventojų skaičiui, didėja ir amoniako – pagrindinio trąšų ingrediento – paklausa. Tarptautinė atsinaujinančios energijos agentūra apskaičiavo, kad iki 2050 m. amoniako gamyba turi padidėti keturis kartus, kad būtų patenkintas didėjantis pasaulio gyventojų poreikis.
Dabartinis standartinis amoniako gamybos procesas yra daug energijos reikalaujantis ir labai prisideda prie pasaulinės šiltnamio efektą sukeliančių dujų emisijos. Haber-Bosch metodas, sukurtas XX a. pradžioje, reikalauja vandenilio ir azoto dujų maišymo 400–500 laipsnių Celsijaus temperatūroje. Jis atsakingas už beveik 2 % pasaulinės anglies dioksido emisijos ir sudaro 2 % iškastinio kuro energijos suvartojimo.
McMaster universiteto tyrėjai sukūrė ekologišką ir greitesnį procesą, efektyviau generuojantį amoniaką iš nitratų – dažno vandens teršalo – ir „švaresnį“, nes gali naudoti atsinaujinančią elektros energiją, o ne iškastinį kurą.
Komanda naudojo Saskačevano universiteto Kanados šviesos šaltinį (Canadian Light Source, CLS), kad ištirtų keturių geležies pagrindu pagamintų katalizatorių versijų, kurių kiekviena turėjo skirtingą priedą ar ingredientą, veikimą. Laimėjęs receptas leido nitratui lengviau pasiekti katalizatorių (medžiagą, kuri pagreitina cheminę reakciją) ir efektyviau paversti jį amoniaku. Tyrimas paskelbtas Amerikos chemijos draugijos žurnale.
McMaster universiteto tyrėjas dr. Navidas Nooras, atlikęs darbą doktorantūros studijoms, vadovaujamas dr. Drew Higginso, teigia, kad komanda iš pradžių daugiausia dėmesio skyrė konversijos proceso elektroninių aspektų tikslinimui, aiškindamas: „Kai giliau į tai įsigilinome, sužinojome, kad katalizatorių paviršiaus savybės vaidina svarbų vaidmenį. Turėjome rasti medžiagą, kuri perduotų daugiau elektronų mūsų katalizatoriui, o kartu ir daugiau vandens.“
Noor teigia, kad CLS naudota technika – rentgeno spindulių absorbcijos spektroskopija – padėjo jiems suprasti katalizatorių elgseną. Jis giria CLS darbuotojus už jų paramą atliekant tyrimus: „Jie padėjo mums suprojektuoti ir paruošti eksperimentą bei interpretuoti duomenis, o tai padėjo mums labai reikšmingai prisidėti prie šios srities.“
Noor teigia, kad kitas žingsnis – išbandyti jų išvadas realiomis, pramonei aktualiomis sąlygomis: „Tai suteiktų mums pagrindą pradėti tvarią amoniako gamybą naudojant elektrochemines technologijas.“
Navid Noor et al, Decoupling the Impact of Electronic Structure and Electrode Wettability of Functionalized Iron Phthalocyanine Catalysts for Electrochemical Nitrate Reduction to Ammonia, Journal of the American Chemical Society (2026). DOI: 10.1021/jacs.5c22794
Journal information:Journal of the American Chemical Society
Sąvartynų filtratas: grėsmė aplinkai ar neišnaudota galimybė?
Moksliniai tyrimai – tvariam, inovatyviam žemės ūkiui