W najnowszym artykule naukowym opublikowanym w periodyku Nature Catalysis zespół badaczy opublikował opis nowatorskiego reaktora, który przy wykorzystaniu prądu elektrycznego jest w stanie produkować amoniak z zanieczyszczonej wody. Jak podkreślają jego konstruktorzy, urządzenie jest w stanie produkować ten cenny związek chemiczny ze znacznie większą wydajnością niż wszystkie inne metody aktualnie wykorzystywane w przemyśle.
Na pierwszy rzut oka powyższa informacja może wydawać się średnio ciekawa, jednak w rzeczywistości nowy reaktor może stanowić prawdziwą rewolucję w przemyśle. Choć na co dzień o tym nie słyszymy, amoniak jest jednym z najważniejszych związków chemicznych w przemyśle. Co roku na powierzchni Ziemi produkuje się go ponad 180 milionów ton. W większości do produkcji wykorzystywany jest proces Habera-Boscha, w którym w warunkach ekstremalnie wysokiego ciśnienia i temperatury łączy się ze sobą wodór i azot. Proces ten jest bardzo stabilny i przewidywalny, jednak jak wskazują naukowcy, odpowiada on za rekordowe 2 proc. zużycia całej energii na powierzchni Ziemi. To z kolei oznacza, że ogromnie wpływa on na zachodzące w atmosferze naszej planety zmiany klimatyczne. Nic zatem dziwnego, że naukowcy starali się opracować alternatywne metody produkcji amoniaku.
Czytaj także: To źródło energii przebija paliwa kopalne. Dlaczego tak długo je pomijaliśmy?
Nowa, bardziej wydajna metoda produkcji amoniaku byłaby zatem niezwykle korzystna dla środowiska. Z amoniakiem jest jednak jeszcze jeden poważny problem. Azotany spływające z pól — wszak amoniak stanowi podstawowy składnik nawozu — bardzo zanieczyszczają naturalne zbiorniki wodne, rzeki oraz strumienie. Konieczne jest zatem stworzenie systemu usuwania tych szkodliwych związków z wody. Naturalnie najlepiej byłoby, aby obydwa problemy rozwiązać naraz.
W ramach nowego projektu badawczego naukowcy postanowili przyjrzeć się metodom takiego oczyszczania ścieków, aby jednocześnie pozwalały wytwarzać amoniak.
Opracowany przez badaczy reaktor składa się z trzech komór. W pierwszej azotan z zanieczyszczonej wody jest przekształcany a amoniak gazowy i jony hydroksylowe. Te z kolei łączą się z jonami sodu w wodzie w wodorotlenek sodu. Tak oczyszczona woda przepuszczana jest do drugiej komory wraz z wodorotlenkiem sodu. Gaz amoniakowi ulega odgazowaniu. Z trzeciej komory reaktora jony wodoru uwalniane są do środkowej komory, gdzie łączą się z wodorotlenkiem sodu, łącząc się w wodę. Jony sodu są następnie przetłaczane do pierwszej komory, aby cały cykl dało się powtórzyć.
Czytaj także: Gdzie przechowywać prąd? Pomogą wielkie baterie, technologie wodorowe i “zielony” amoniak
Brzmi skomplikowanie, jednak wszystko okazuje się działać bardzo wydajnie. W ramach przeprowadzonego testu trwającego 10 dni ponad 90 proc. energii elektrycznej przeznaczone było na produkcję amoniaku. Dla porównania, w dotychczas wykorzystywanych systemach było to zaledwie 20 proc. Wychodzi zatem na to, że proces ten jest trzykrotnie bardziej wydajny od wcześniejszych, ale przy okazji oczyszcza zanieczyszczoną wodę.
Teraz naukowcy muszą skupić się na kolejnym wyzwaniu. W zanieczyszczonej wodzie bardzo często można znaleźć także jony magnezu i wapnia. Trzeba zatem sprawdzić, czy produkcję amoniaku uda się także utrzymać na równie wysokim poziomie, także w obecności tych jonów.