Daha Temiz, Daha Ucuz Amonyak : Daha Ucuz Gübre
Bu, eylemdeki SWAP işlemidir. Hammaddenin yüzde 90’ını tek seferde amonyağa verimli bir şekilde dönüştürürken, Haber-Bosch süreci sadece yüzde 10’unu dönüştürüyor.
Araştırmacılar amonyak üretimini önemli ölçüde temizledi ve maliyetleri düşürdü
Amonyak – gübre gibi şeyler için gerekli olan renksiz bir gaz – mevcut lider yöntemden çok daha temiz, daha kolay ve daha ucuz olan yeni bir işlemle yapılabilir. UTokyo araştırmacıları, amonyak üretmek için hazır laboratuvar ekipmanlarını, geri dönüştürülebilir kimyasalları ve minimum enerjiyi kullanırlar. Samaryum-Su Amonyak Üretimi (SWAP) süreci, amonyak üretimini azaltmayı ve her yerdeki çiftçilere amonyak gübresine erişimi iyileştirmeyi vaat ediyor.
1900 yılında küresel nüfus 2 milyarın altındayken, 2019’da 7 milyarın üzerindedir. Bu nüfus patlaması kısmen, özellikle amonyak bazlı gübrelerin yaygın olarak kullanılmasıyla gıda üretimindeki hızlı ilerlemelerle beslendi. Bu amonyağın kaynağı Haber-Bosch süreci idi ve bazıları bunun tüm zamanların en önemli başarılarından biri olduğunu söylese de çok ağır bir bedelle geliyor.
Haber-Bosch işlemi, kaynak materyalinin döngü başına sadece yüzde 10’unu dönüştürür, bu yüzden hepsini kullanmak için birden çok kez çalıştırılması gerekir. Bu kaynak malzemelerden biri fosil yakıtlar kullanılarak üretilen hidrojendir (H2). Bu, yaklaşık 400-600 santigrat derece sıcaklıkta ve ayrıca 100-200 atmosferlik basınçta ve ayrıca büyük enerji maliyetiyle kimyasal olarak nitrojen (N2) ile birleştirilir. Profesör Yoshiaki Nishibayashi ve Tokyo Üniversitesi Sistem İnovasyon Bölümünden ekibi, SWAP süreçleriyle durumu iyileştirmeyi umuyor.
Nishibayashi, “Dünya çapında, Haber-Bosch işlemi üretilen doğal gazın yüzde 3 ila 5’ini, dünyadaki tüm enerji arzının yaklaşık yüzde 1 ila 2’sini tüketiyor” açıklamasını yaptı. “Aksine baklagiller, atmosferik sıcaklıklarda ve basınçlarda amonyak üreten simbiyotik azot-sabitleyici bakterilere sahiptir. Bu mekanizmayı izole ettik ve işlevsel bileşenini tersine uyguladık- nitrojeniz.”
Uzun yıllar boyunca, Nishibayashi ve ekibi nitrojeniz davranış şeklini denemek ve çoğaltmak için laboratuar yapımı katalizörler kullandı. Diğerleri denedi ama katalizörlerin süresi dolmadan önce sadece onlarcadan birkaç yüze kadar amonyak molekülü üretiyor. Nishibayashi’nin özel molibden bazlı katalizörü, süresi sona ermeden yaklaşık dört saat önce 4.350 amonyak molekülü üretiyor.
Nishibayashi, “SWAP sürecimiz Haber-Bosch sürecinin 300-500 katında amonyak yaratıyor ve yüzde 90 verimlilikte” diye devam etti. “Süreçte devasa enerji tasarrufu ve hammadde temini ve bu faydalar gerçekten gösteriliyor.”
Uygun kaynak materyali olan herkes masa üstü kimya laboratuarında SWAP yapabilir, oysa Haber-Bosch işlemi büyük ölçekli endüstriyel ekipman gerektirir. Bu, bu kadar büyük ve pahalı ekipmanlara yatırım yapacak sermayeden yoksun olanlara erişim sağlayabilir. Hammaddelerin kendileri maliyet ve enerji açısından büyük tasarruf sağlar.
Nishibayashi, “SWAP sürecini masaüstü ölçekte mümkün kılmak için güçlü bir motivasyondu. Bu sürecin gübre üretimini demokratikleştirdiğini görmeyi umuyorum” dedi. “Yani bu sadece ön maliyetler değil, aynı zamanda hammaddelerin devam eden maliyetleri ve enerji tasarrufları ile de ilgili. Ekibim, tarımsal uygulamalara en çok ihtiyaç duyduğu yerlerde yardımcı olmak için bu fikri sunuyor.”
SWAP, Haber-Bosch işleminde olduğu gibi havadan azot (N2) alır, ancak özel molibden bazlı katalizör bunu sudan gelen protonlarla (H +) ve samaryumdan (SmI2) gelen elektronlarla (e-) birleştirir. Aynı zamanda Kagan reaktifi olarak da bilinen Samarium, şu anda çıkarılıyor ve SWAP işleminde kullanılıyor. Ancak, kaybolan elektronlarını yenilemek için samaryum elektrikle geri dönüştürülebilir ve araştırmacılar gelecekte bunun için ucuz yenilenebilir kaynaklar kullanmayı amaçlamaktadır.
Nishibayashi, “Su kadar yaygın bir şeyi proton kaynağı olarak kullanabileceğimizi bulduğumda çok şaşırdım; molibden katalizörü normalde buna izin vermiyor, ancak bizimki özel” dedi. “Nitrojenizin doğada ürettiğini gördüklerimize yakın bir hıza ulaşan ilk yapay azot sabitleme reaksiyonu. Ve doğal süreç gibi, bu da pasif, çevre için çok daha iyi. Umarım hayatımın çalışmasının insanlığa büyük yararı olabilir. ”
Kaynak: sciencedaily.com
