Naukowcy z Uniwersytetu Stanforda i Uniwersytetu Naftowego i Minerałów im. Króla Fahda opracowali przełomowe urządzenie, które wytwarza amoniak bezpośrednio z powietrza za pomocą energii wiatru. Według nich ta nowa technologia, mająca na celu zastąpienie procesu Habera-Boscha, który zużywa znaczną część światowej energii i przyczynia się do emisji dwutlenku węgla, może zrewolucjonizować praktyki rolnicze i ograniczyć wpływ na środowisko.
Sektor rolniczy, w dużym stopniu zależny od nawozów syntetycznych, jest głównym źródłem gazów cieplarnianych i odpowiada za około jedną trzecią emisji według Programu Narodów Zjednoczonych ds. Ochrony Środowiska.
Innowacyjne urządzenie, opracowane pod kierownictwem Richarda Zare, profesora nauk przyrodniczych Marguerite Blake Wilbur na Uniwersytecie Stanforda, udowodniło swoją skuteczność poza laboratorium. „Ten przełom pozwala nam wykorzystać azot zawarty w powietrzu i produkować amoniak w sposób zrównoważony. To znaczący krok w kierunku zdecentralizowanego i przyjaznego dla środowiska podejścia do rolnictwa” – wyjaśnił Zare.
Mechanizm urządzenia polega na przepuszczaniu powietrza przez siatkę pokrytą specjalistycznymi katalizatorami zoptymalizowanymi pod kątem warunków środowiskowych, takich jak wilgotność, prędkość wiatru i skład atmosfery. Katalizatory, w tym kombinacje tlenku żelaza i polimerów kwasowych bogatych w fluor i siarkę, ułatwiają produkcję amoniaku w temperaturze pokojowej i pod ciśnieniem atmosferycznym, eliminując w ten sposób potrzebę stosowania zewnętrznych nakładów energii.
Xiaowei Song, główna autorka badania i badacz chemii na Uniwersytecie Stanforda, podkreśliła korzyści środowiskowe tej metody. „Takie podejście znacznie zmniejsza ślad węglowy powstający przy produkcji amoniaku” – zauważył Song. Podczas testów urządzenie wykazało zdolność do wytworzenia w ciągu zaledwie dwóch godzin stężenia amoniaku wystarczającego do nawożenia roślin szklarniowych, wykorzystując system wyposażony w mikroporowaty filtr kamienny i mechanizmy recyklingu wody.
Chanbasha Basheer z King Fahd University wskazała, że urządzenie, choć obiecujące, będzie wymagało około dwóch do trzech lat dalszego rozwoju, zanim będzie mogło zostać wprowadzone na rynek. Plany zwiększenia skali technologii obejmują zastosowanie systemów o większych oczkach w celu zwiększenia wydajności produkcji amoniaku.
Oprócz podstawowego zastosowania w produkcji nawozów, zdolność urządzenia do wytwarzania amoniaku – związku o większej gęstości energii niż wodór – stwarza potencjalne zastosowania w magazynowaniu i transporcie energii odnawialnej. Mogłoby to przynieść szczególne korzyści sektorom takim jak żegluga i wytwarzanie energii.
Badanie, opublikowane 13 grudnia w Science Advances, otrzymało dofinansowanie od Biura Badań Naukowych Sił Powietrznych Stanów Zjednoczonych oraz Uniwersytetu Ropy Naftowej i Minerałów im. Króla Fahda. Naukowcy przewidują integrację tej technologii z systemami nawadniającymi, umożliwiając wytwarzanie nawozów na miejscu, co mogłoby znacznie usprawnić praktyki rolnicze.
