Επιμέλεια: Στέλιος Βασιλούδης
Μια καινοτόμος ομάδα ερευνητών στην Κίνα παρουσίασε έναν επαναστατικό καταλύτη που έχει τη δυνατότητα να μετατρέπει τη ρύπανση από νιτρικά άλατα, τα οποία προέρχονται από γεωργικές και βιομηχανικές δραστηριότητες, σε αμμωνία. Το πιο εντυπωσιακό είναι ότι η απόδοσή του είναι σχεδόν τριπλάσια σε σύγκριση με αυτή των παραδοσιακών καταλυτών, καθιστώντας αυτή την εξέλιξη ουσιαστική για τη στρατηγική παραγωγής λιπασμάτων.
Η σχετική μελέτη δημοσιεύθηκε στην 18η Μαρτίου στο Journal of the American Chemical Society, όπου μάλιστα βρέθηκε και στο εξώφυλλο του περιοδικού. Η ανακάλυψη αυτή ανοίγει νέα μονοπάτια για τεχνολογίες χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας, ικανές να ενδυναμώσουν την εφοδιαστική αλυσίδα λιπασμάτων της Κίνας.
Η έρευνα εστιάζει στους διπλούς καταλύτες ατόμου (DAC), οι οποίοι διαφέρουν από τους παραδοσιακούς μονοατομικούς καταλύτες καθώς διαθέτουν δύο γειτονικά μεταλλικά άτομα που συνεργάζονται για να επιτύχουν περίπλοκες, πολυάριθμες χημικές αντιδράσεις. Η διαδικασία κατασκευής τους ήταν ως τώρα χρονοβόρα και απαιτητική, ελλείψει κατάλληλης θεωρητικής καθοδήγησης και υλικών που θα μπορούσαν να ενσωματωθούν εύκολα.
Η Han Lili και οι συνεργάτες της από το Ινστιτούτο Έρευνας για τη Δομή της Ύλης της Fujian συνεργάστηκαν με τεχνολογίες βαθιάς μάθησης (deep learning) για την εκπαίδευση ενός μοντέλου τεχνητής νοημοσύνης, το οποίο ήταν ικανό να εντοπίσει ιδανικά ζευγάρια μετάλλων. Δημιούργησαν 14 νέους διπλούς καταλύτες χρησιμοποιώντας σπάνιες γαίες όπως σκάνδιο, λανθάνιο και έρβιο, με μεταλλικά φορτία που φτάνουν σε ανεπανάληπτα ποσοστά 12,8% έως 30,7%, ξεπερνώντας τους προηγούμενους δείκτες.
Η επιτυχία της ομάδας αποδεικνύεται καθώς στην ηλεκτρόλυση νερού με περιεχόμενο νιτρικών άλατος η απόδοση σε αμμωνία ήταν 2,7 φορές μεγαλύτερη από αυτή που προσφέρουν οι παραδοσιακοί καταλύτες.
Τα περιβαλλοντικά και οικονομικά οφέλη από αυτή την ανακάλυψη είναι σημαντικά. Τα νιτρικά άλατα που εκλύονται από γεωργικές και βιομηχανικές διαδικασίες προκαλούν την εμφάνιση φυκιών και νεκρών ζωνών στις υδάτινες οδούς. Η χρήση ηλεκτροχημικής αναγωγής μας δίνει τη δυνατότητα αποτοξίνωσης των νιτρικών υπό κανονικές θερμοκρασίες, μετατρέποντας τα σε αμμωνία, που είναι το προαπαιτούμενο συστατικό για την παραγωγή του κυρίαρχου αζωτούχου λιπάσματος στον κόσμο, της ουρίας. Σήμερα, η παραγωγή της ουρίας γίνεται κυρίως μέσω της διαδικασίας Bosch-Meiser, που συνδυάζει αμμωνία και διοξείδιο του άνθρακα, απαιτώντας ωστόσο φυσικό αέριο.
Η εξάρτηση από το φυσικό αέριο έχει δημιουργήσει σοβαρές επιπτώσεις στις παγκόσμιες αγορές λιπασμάτων. Αξιοσημείωτο είναι ότι τον Απρίλιο, η Ινδία, ο δεύτερος μεγαλύτερος αγοραστής ουρίας παγκοσμίως, αναγκάστηκε να αγοράσει 2,5 εκατομμύρια τόνους ουρίας σε σχεδόν διπλάσια τιμή από αυτήν που είχε πληρώσει νωρίτερα μέσα στο έτος, όπως αναφέρει το κινεζικό κρατικό ραδιοτηλεοπτικό δίκτυο CCTV.
Αναμένοντας, η Κίνα έχει καταφέρει να διατηρήσει την εγχώρια παραγωγή λιπασμάτων στηριζόμενη σε μια μέθοδο που περιλαμβάνει τον άνθρακα. Υπό υψηλή πίεση, ο άνθρακας και ο ατμός αντιδρούν με το άζωτο για να παράγουν αμμωνία και διοξείδιο του άνθρακα, τα οποία συνδυάζονται σε ουρία. Ανεξαρτήτως αν η πρώτη ύλη είναι άνθρακας ή φυσικό αέριο, η όλη διαδικασία παραμένει εξαιρετικά ενεργοβόρα.
Ένας προσιτός και αποτελεσματικός τρόπος παραγωγής αμμωνίας από νιτρικά απόβλητα δεν θα αντικαταστήσει άμεσα τις μεγάλες εγκαταστάσεις, αλλά μπορεί να προσφέρει μια πολύτιμη τεχνολογία εφεδρείας, ενισχύοντας την ασφάλεια και αξιοπιστία των λιπασμάτων στην Κίνα.
Η ικανότητα αυτού του καταλύτη να μετατρέπει τα οργανικά απόβλητα σε φυτική τροφή δεν παρέχει απλά μια έξυπνη χημική λύση, αλλά ενδέχεται να αποτελέσει και μία ασπίδα προστασίας έναντι μελλοντικών κρίσεων εφοδιασμού.
Πηγή: South China Morning Post
