راکتور الهام‌گرفته از رعد و برق هوا و آب را به آمونیاک برای کود تبدیل می‌کند
آیا تا به حال فکر کرده‌اید که چگونه غذایی که در بشقاب شماست به شما می‌رسد؟ فرایند هزاران ساله‌ای به نام فرایند هابر-بوش نقش بسزایی در این موضوع دارد.
این یک واکنش شیمیایی است که آمونیاک تولید می‌کند - یکی از مواد اصلی در کودها. اما این فرایند هزینه محیط‌زیستی سنگینی دارد، و به سوخت‌های فسیلی وابسته است و گازهای گلخانه‌ای منتشر می‌کند.
محققان دانشگاه بوفالو یک راکتور جدید ایجاد کرده‌اند که می‌تواند آمونیاک را مستقیماً از هوا و آب تولید کند — بدون انتشار گازهای گلخانه‌ای به جو.
جالب اینجاست که تیم از تولید طبیعی آمونیاک در طبیعت، از جمله ضربات رعد و برق، الهام گرفته‌اند.
راکتور پلاسما-الکتروشیمیایی
فرایند هابر-بوش واکنش شیمیایی صنعتی است که هیدروژن و نیتروژن را برای تولید آمونیاک ترکیب می‌کند. این فرایند به انرژی زیادی نیاز دارد و حدود 2 درصد از کل عرضه انرژی جهانی را مصرف می‌کند.
تیم این راکتور جدید را طراحی کرده است، که یک راکتور پلاسما-الکتروشیمیایی است. این راکتور قادر است باورنکردنی حدوداً یک گرم آمونیاک در روز برای بیش از 1000 ساعت در دمای اتاق تولید کند. این سیستم هوای نازک را به آمونیاک ارزشمند تبدیل می‌کند.
کریس لی، استادیار شیمی در دانشگاه، گفت: «آمونیاک اغلب به‌عنوان ماده شیمیایی که دنیا را تغذیه می‌کند شناخته می‌شود، اما باید با این واقعیت مواجه شویم که فرایند هابر-بوش از زمان اختراعش 100 سال پیش به‌روز نشده است.»
لی افزود: «فرایند ما فقط به هوا و آب نیاز دارد و می‌تواند با برق تجدیدپذیر کار کند.»
تیم به طبیعت توجه کرده است، به‌ویژه فرایند تثبیت نیتروژن ناشی از رعد و برق.
ضربات رعد و برق نیتروژن جوی را به اکسیدهای نیتروژن تبدیل می‌کند. این دی‌اکسید نیتروژن باران می‌بارد و سپس توسط باکتری‌های خاک به آمونیاک تبدیل می‌شود. این تأمین مواد مغذی اساسی برای گیاهان فراهم می‌کند.
راکتور با استفاده از پلاسما انرژی رعد و برق را تقلید می‌کند در حالی‌که یک کاتالیست مس-پالادیوم مشابه باکتری‌های خاک عمل می‌کند. کاتالیست به استحکام واسطه‌های دی‌اکسید نیتروژن تولید شده توسط راکتور پلاسما کمک می‌کند.
لی توضیح داد: «راکتور پلاسما ما هوا را به قطعات اکسید نیتروژن مرطوب‌شده تبدیل می‌کند که سپس در یک راکتور الکتروشیمیایی قرار می‌گیرد که از کاتالیست مس-پالادیوم برای تبدیل آنها به آمونیاک استفاده می‌کند.»
راکتور دوست‌دار محیط‌زیست
محققان در حال کار بر روی توسعه راکتور و تجاری‌سازی آن از طریق یک استارتاپ یا همکاری صنعتی هستند. علاوه بر این، آنها همچنین برای راکتور و روش‌های آن یک حق امتیاز ثبت کرده‌اند. این می‌تواند وابستگی به سوخت‌های فسیلی برای تولید کود را کاهش دهد و تغییرات اقلیمی را متوقف کند.
در حال حاضر، چند کشور عمده — مانند چین، ایالات متحده، روسیه، و هند — تولید آمونیاک را تسلط دارند. اما چندین کشور در حال توسعه فاقد ظرفیت هستند.
این به این دلیل است که فرایند هابر-بوش نیاز به تأسیسات بزرگ‌مقیاس مرکزی دارد.
این راکتور جدید پتانسیل تبدیل کشاورزی در سطح جهان را دارد، به‌ویژه در مناطقی با دسترسی محدود به تولید کود سنتی.
لی گفت: «می‌توانید تصور کنید که راکتورهای ما در چیزی مانند یک کانتینر حمل‌ونقل متوسط با پانل‌های خورشیدی روی سقف وجود داشته باشند. سپس می‌توانند هرکجا در دنیا قرار گیرند و برای آن منطقه آمونیاک تولید کنند.»
لی توسعه‌دهنده در بیانیه مطبوعاتی گفت: «این یک مزیت بسیار جذاب سیستم ما است و به ما امکان می‌دهد تا برای مناطق کمتر توسعه‌یافته که دسترسی محدودی به فرایند هابر-بوش دارند آمونیاک تولید کنیم.»
این یافته‌ها در مجله انجمن شیمی آمریکا منتشر شده‌است.
