Amonyak Üretiminde Çevre Dostu Bir Yöntem, Dünyanın Beslenmesine Yardımcı Olabilir
Fotoğraf: Merkez Florida Üniversitesi: Karen Norum
Merkez Florida Üniversitesi’nden (UCF) bir araştırma ekibi, Virginia Tech’deki işbirlikçileri ile birlikte artan dünya nüfusunun daha sürdürülebilir bir şekilde beslenmesine yardımcı olabilecek yeni bir “çevre dostu” amonyak üretim yöntemi geliştirdi.
Fizik doçenti Xiaofeng Feng, “Bu yeni yöntem, güneşten veya rüzgardan üretilen elektrik gibi yenilenebilir enerji kullanarak amonyak üretimine olanak sağlayabilir” dedi. “Temel olarak, bu yeni yöntem toplumumuzun sürdürülebilir gelişimine yardımcı olabilir.”
Bir azot ve hidrojen bileşiği olan amonyak, gezegendeki tüm yaşam için çok önemlidir ve gıda üretimi için kullanılan, genellikle gübrede bulunan hayati bir bileşendir. Birinci Dünya Savaşı’ndan beri, gübre içindeki amonyak, çoğunlukla enerji ve fosil yakıt yoğunluklu Haber-Bosch yöntemi kullanılarak üretilmiştir. Şimdiye kadar sürecin geliştirilmesinde önemli engeller vardı.
Araştırma ekibinin yeni yöntemi, bugün online olarak yayınlanan Nature Communications dergisinde belgelenmiştir.
Amonyak sentezinde en büyük engel, azot moleküllerini harekete geçiren yüksek enerji bariyeridir. Kimyasal işlemin yüksek bir reaksiyon hızına ulaşabilmesi için, azot ve hidrojen moleküllerinin, demir esaslı katalizörlerin varlığında m2 başına 998-2359 kg’lık bir basınç altında 350 ila 550 °C’lik bir sıcaklığa ısıtılması gerekmektedir. Yani, kimyasal reaksiyon sadece çok yüksek sıcaklık ve basınç koşullarında gerçekleşir.
Daha hafif şartlar altında amonyak sentezleyebilmek için birçok girişim bulunmaktadır. Bunlardan biri elektrik enerjisini kullanmaktır. Oda sıcaklığında gerçekleştirilen elektrokimyasal bir yöntemde; reaksiyonu, hidrojen kaynağı olarak suyla çalıştırmak için aktif elektronlar kullanılır, ancak elektrottan geçen elektronlar verimli bir şekilde kullanılamaz ve reaksiyon hızı çok düşüktür.
Feng, “Araştırmamız, elektronların palladyum hidrit katalizörü ile daha verimli bir şekilde kullanılabileceği yeni bir mekanizmayı keşfetti. Bu yeni yöntem, en düşük elektrik enerjisi ile amonyak sentezi için yeni bir yol sağlamanın yanı sıra, aynı zamanda diğer araştırmacıların da karbondioksitin yakıtlara dönüştürülmesi gibi diğer zorlu tepkimelerde yenilenebilir enerji dönüşümü için bu prensibi kullanmalarına ilham kaynağı olabilir” dedi.
Virginia Tech’de yardımcı doçent olan yazar Hongliang Xin, bu yeni araştırma alanında keşfedilecek çok şeyin olduğunu söyledi.
Xin, “Nitrojeni oda sıcaklığında amonyağa dönüştürmek çok heyecan verici bir araştırma. Kuantum kimyasal simülasyonları, daha düşük bir enerji bariyeri olan paladyum katalizörü için benzersiz bir reaksiyon yolu ortaya koydu” dedi. “Ancak, ayrıntılı mekanizma halen büyük ölçüde bilinmemektedir.”
Daha fazla bilgi için: Jun Wang ve ark., Ambient ammonia synthesis via palladium-catalyzed electrohydrogenation of dinitrogen at low overpotential, Nature Communications (2018). DOI: 10.1038/s41467-018-04213-9
Kaynak: phys.org
