Sürdürülebilir Amonyak Sentezinde Lityum Kilit Nokta Olabilir

Devir yöntemi ile büyük bir verimlilik sağlanabilir.

Amerika’daki araştırmacılar, lityum çekirdeklerini akıllı çevrim yöntemine bırakarak, atmosfer basıncında yenilenebilir enerji yoluyla amonyak üretiminin yapılabildiğini gösterdiler.

Geliştirilmesinden 100 yıldan fazla süre geçmesine rağmen, Haber-Bosch prosesi, endüstriyel olarak amonyak üretiminde birincil yöntemdir.  Amonyak gübre dışında önemli sorunu, Haber-Bosch prosesinin çevreye olan etkisidir. Haber-Bosch, yüksek basınç ve sıcaklıklarda moleküler azottaki üçlü bağları kırılması ve azotun amonyağa dönüşmesi için gerekli olan hidrojenin doğal gazın yanması ile edilmesine dayanan bir yöntemdir. Sonuç olarak, endüstriyel amonyak sentezi, raporlara göre küresel CO_₂ emisyonunun %3’ünden sorumludur. Daha fazla sürdürülebilir bir yöntem için alternatif yollar aranması çok doğal.

Elektrokimyasal olarak uzun araştırmalar sonucu olası çözelti  belirlendi ama birçok proseste akım verimliliği %1 altındadır.  Standford Üniversitesinden araştırmacılar elekrokimyasal lityum çevrim prosesi ile amonyak üretiminin mümkün olduğunu gösterdiler. Laboratuvar analiz sonuçlarına göre verimlilik %88.5 elde edildi.

Proseste elektrik akımı (herhangi bir enerji kaynağı rüzgar ya da güneş enerjisi gibi) kullanılarak lityum hidroksit elektroliz edilir ve lityum metali üretilir.  Lityumun akan azot atmosferine maruz bırakılması ile lityum nitrat oluşur ve döngünün tamamlanması için hidroliz reaksiyonu ile lityum nitrat su ile birleşir. Hidrojen kaynağı olarak, hidrojen gazı yerine su kullanılması  bu prosesin bir diğer  avantajıdır.  İstenilen amonyak üretilir ve  ilk basamakta kullanılan lityum hidroksit yeniden elde edilir.

Araştırmada yardımcı lider Jens Norskov, lityum reaktivitesinin proje başarısı için önemli olduğunu söylüyor. “ Gerçekte, lityum ve azot çok güçlü bir şekilde bağ oluşturur, bu oda sıcaklığında oldukça düşük sınırlarda azot ayrışmasının mümkün olmasıdır. Bu yüzden eğer lityumu yapabiliyorsanız, lityum nitratı da yapabilirsiniz.” dedi.

Lityum son derece reaktiftir, bu yüzden de o kadar basit değildir. “Bu prosesin önemli noktası, hidrojenin bulunduğu ortamda gerçekleşmemesidir. Eğer bunu yapmak isterseniz, daha stabil olan hidrat ve amin eldesini sonlandırabilirsiniz. Bu termodinamik olarak mümkün olmayan bir olaydır.”

Azotun ayrı ayrı basamaklarda ayrılması ve protonlanması verimlilikte ciddi bir sıçramayı sağlamıştır. Kolombiya Üniversitesinden katalizör uzmanı Jingguang Chen’in belirttiği gibi bu yöntemle hidrojen gelişim reaksiyonu engellenir ve yüksek verimlilik elde edilir.

Ekip, yöntemin sanayide uygulanmasının zor olacağını kabul ediyor, ama yine de yenilenebilir enerji kullanılarak amonyak üretimini güçlendirmek heyecan verici. Narkov’un ekibinden Josh McEnaney, “Yenilenebilir enerji kaynakları dünya çapında hala paha biçilemezdir, bu yüzden bu prosesleri gerçekleştirebiliyorsanız, prosesler daha kısa sürede sürdürülebilir olarak uygulanır ve enerji için fosil yakıtlara ihtiyaç duyulmaz böylelikle gerçekten önemli bir adım atmış oluruz.” dedi.

Kaynak : chemistryworld.com