امکان تولید آمونیاک از پساب‌های صنعتی فراهم شد

در یک فرایند کربن خنثی؛

مهندسان در دانشگاه رایس، فناوری نوینی برای تولید سبز آمونیاک و تصفیه آب از پساب‌ها ابداع کردند.

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا به نقل ازIE، مهندسان در دانشگاه رایس، فناوری نوینی برای تولید سبز آمونیاک و تصفیه آب از پساب‌ها ابداع کرده‌اند که یک راکتور نوآورانه است، امکان کربن زدایی فرایند تولید آمونیاک را فراهم کرده و در عین حال نگرانی‌های مربوط به آلودگی آب را برطرف می‌کند.

تولید آمونیاک که برای صنعت غذایی بسیار اهمیت دارد، تقریبا دو درصد از مصرف جهانی انرژی و ۱.۴ درصد از انتشار دی اکسید کربن را به خود اختصاص می‌دهد. به طور سنتی، آمونیاک با استفاده از فرآیند «هابر- بوش» سنتز می‌شود که شامل واکنش‌هایی با دمای بالا و فشار بالا بین هیدروژن و نیتروژن است. 

این روش متکی بر زیرساخت‌های متمرکز و انرژی بر است. در مقابل، راکتور جدید دانشگاه رایس، با تبدیل نیترات‌ها – آلاینده‌های رایج در رواناب‌های صنعتی و کشاورزی – به آمونیاک، رویکرد پایدارتری ارائه می‌دهد.

این سیستم جدید از سنتز الکتروشیمیایی استفاده می‌کند. الکتروشیمی می‌تواند در دمای اتاق اتفاق بیفتد، برای سیستم‌های زیرساختی مختلف سازگارتر با فرمت‌های مقیاس پذیر است، و ظرفیت آن را دارد که با انرژی تجدیدپذیر غیرمتمرکز تغذیه شود.

این پیشرفت، در استفاده راکتور از یک الکترولیت جامد متخلخل نهفته است که با از بین بردن نیاز به غلظت‌های بالای الکترولیت‌های پشتیبان، کارایی را به طور قابل توجهی بهبود می‌بخشد. این چالش، پیش از این، مانع از تبدیل پایدار نیترات به آمونیاک شده بود. این طراحی نه تنها کارایی واکنش را افزایش می‌دهد، بلکه قابلیت آن را دارد که تولید آمونیاک را با استفاده از انرژی‌های تجدید پذیر، کربن خنثی کند.

این مهندسان، آب آلوده به نیترات را وارد راکتور خود کرده و سپس آمونیاک تولید شده و خلوص آب تصفیه شده را اندازه گیری کردند.

مجریان این طرح می‌گویند: «دریافتیم سیستم راکتوری جدید ما می‌تواند آب آلوده به نیترات را بدون نیاز به مواد شیمیایی اضافی به آمونیاک خالص و آب پاک تبدیل کند. به زبان ساده می‌توان گفت این سیستم فاضلاب را به آمونیاک خالص و آب تصفیه شده تبدیل می‌کند.»

این راکتور جدید نیاز به فرآیند‌های سنتی نیترات زدایی مورد استفاده در تصفیه خانه‌های فاضلاب را که نیتروژن را برای فرایند هاربر- بوش تولید می‌کند، از بین می‌برد. راکتور با دور زدن هر دو مسیر نیترات زدایی و هابر- بوش، روش موثری برای آلودگی زدایی آب در حین تولید آمونیاک ارائه می‌کند.

نیترات یکی از آلاینده‌های اولویت دار است که اغلب استاندارد‌های آب آشامیدنی را نقض می‌کند، و در شهر‌های در حال توسعه یک نگرانی مهم تلقی می‌شود، زیرا زمین‌های کشاورزی با منابع آب زیرزمینی آلوده به نیترات در حال تبدیل شدن به مناطق شهری هستند. روش‌های مرسوم حذف نیترات مانند تبادل یونی یا اسمز معکوس اغلب با تولید آب نمک، مشکل آلودگی را از فازی به فاز دیگر منتقل می‌کند.

پیامد‌های طراحی این راکتور فراتر از تولید آمونیاک است. ارزیابی فنی – اقتصادی این مطالعه و طراحی راکتور می‌تواند تحقیقات آینده را در مورد سایر فرآیند‌های شیمیایی سازگار با محیط زیست هدایت کند. 

محققان می‌گویند یافته‌های آنها روشی جدید و سبز برای مقابله با آلودگی آب و تولید آمونیاک عرضه می‌کند که می‌تواند بر نحوه مدیریت صنایع و جوامع با این چالش‌ها تأثیر بگذارد.

آنها معتقدند اگر می‌خواهیم شبکه را کربن زدایی کنیم و تا سال ۲۰۵۰ به اهداف صفر خالص برسیم، باید راه‌های جایگزین برای تولید پایدار آمونیاک را توسعه دهیم.

نتایج این تحقیقات در نشریه Nature Catalysis منتشر شده است.