تولید آمونیاک با استفاده از رعد و برق مصنوعی

پژوهشگران دانشگاه سیدنی موفق به توسعه روشی نوین برای تولید آمونیاک با استفاده از رعد و برق مصنوعی شده‌اند. این نوآوری می‌تواند تحولی اساسی در صنعت تولید آمونیاک ایجاد کرده و مسیر را برای تولید سبزتر و مقرون‌به‌صرفه‌تر این ماده شیمیایی حیاتی هموار کند.

در حال حاضر، آمونیاک به‌طور گسترده در صنایع مختلف به‌ویژه تولید کود، مبردها و سایر ترکیبات شیمیایی مصرف می‌شود. با این حال، فرآیند سنتی تولید آن موسوم به فرآیند هابر-بوش که در قرن نوزدهم توسعه یافته، نیازمند دما و فشار بالا، سوخت‌های فسیلی و مواد اولیه گران‌قیمت است و سهمی قابل توجه در انتشار گازهای گلخانه‌ای دارد.

روش جدید دانشگاه سیدنی اما با بهره‌گیری از رعد و برق مصنوعی، نیتروژن و اکسیژن هوا را با استفاده از پلاسما تحریک می‌کند. در این فرآیند، مولکول‌های هوا تحت تأثیر میدان الکتریکی قوی به گونه‌های واکنش‌پذیر (NOx) تبدیل شده و سپس به یک الکترولیزکننده مبتنی بر غشاء هدایت می‌شوند. در این مرحله، نانوذرات ویژه‌ای از اکسید آهن (Fe₂O₃) با نقص‌های ساختاری خاص به‌عنوان کاتالیزور عمل می‌کنند و واکنش کاهش الکتروشیمیایی را تسهیل می‌نمایند.

ویژگی منحصربه‌فرد این کاتالیزور، وجود «جای خالی اکسیژن» روی سطح آن است؛ نقاطی که امکان جذب بهتر مولکول‌های نیتروژن و واکنش سریع‌تر آن‌ها با هیدروژن را فراهم می‌کند. نتیجه نهایی این فرآیند، تولید مستقیم آمونیاک به‌صورت گاز (NH₃) است که برخلاف بسیاری از روش‌های نوین، نیازی به جداسازی از فاز مایع ندارد و جمع‌آوری آن آسان‌تر خواهد بود.

پروفسور پی. جی. کالن، سرپرست این تیم تحقیقاتی، با اشاره به مزایای این فناوری گفت: «ما نیازمند روشی هستیم که آمونیاک را به‌صورت غیرمتمرکز، سبز، و در مقیاس‌های کوچک تولید کند. روش ما بدون نیاز به فشار و دمای بالا و حتی بدون استفاده از گاز نیتروژن یا هیدروژن خالص، این امکان را فراهم می‌کند.»

نتایج این پژوهش در مجله علمی Angewandte Chemie International Edition منتشر شده و محققان اکنون در حال بهینه‌سازی مرحله الکترولیز برای افزایش بهره‌وری انرژی هستند. این نوآوری، در کنار پروژه‌های دیگر مانند استفاده از هوش مصنوعی در دانشگاه نیو ساوت ولز و تولید قابل حمل آمونیاک در استنفورد، گامی امیدبخش برای کاهش اثرات زیست‌محیطی این ماده پرمصرف به شمار می‌رود.