در میان بسیاری از مواد شیمیایی که ما هر روز استفاده می کنیم، آمونیاک یکی از بدترین مواد برای جو زمین است. ماده شیمیایی مبتنی بر نیتروژن که در کودها، رنگ‌ها، مواد منفجره و بسیاری از محصولات دیگر استفاده می‌شود، به دلیل دمای بالا و انرژی مورد نیاز برای تولید، پس از سیمان از نظر انتشار کربن در رتبه دوم قرار دارد.
اما مهندسان دانشگاه ایلینویز شیکاگو به سرپرستی مینش سینگ با بهبود یک واکنش الکتروشیمیایی معروف و تنظیم یک “سمفونی” از اتم‌های لیتیوم، نیتروژن و هیدروژن، فرآیند جدیدی برای تولید آمونیاک ایجاد کردند که چندین هدف سبز را برآورده می‌کند.
این فرآیند که سنتز آمونیاک با واسطه لیتیوم نامیده می شود، گاز نیتروژن و مایع اهداکننده هیدروژن مانند اتانول را با یک الکترود لیتیوم باردار ترکیب می کند. به جای شکستن مولکول های گاز نیتروژن با دما و فشار بالا، اتم های نیتروژن به لیتیوم می چسبند، سپس با هیدروژن ترکیب می شوند تا مولکول آمونیاک را بسازند.
این واکنش در دماهای پایین کار می کند و همچنین احیاکننده است و با هر چرخه تولید آمونیاک مواد اولیه را بازیابی می کند.
سینگ، دانشیار مهندسی شیمی در UIC گفت: “دو حلقه وجود دارد که اتفاق می افتد. یکی بازسازی منبع هیدروژن و دوم بازسازی لیتیوم است.” “در این واکنش یک سمفونی وجود دارد، به دلیل روند چرخه‌ای، کاری که ما انجام دادیم این بود که این سمفونی را بهتر درک کنیم و سعی کنیم آن را به شکلی بسیار کارآمد تعدیل کنیم تا بتوانیم طنین ایجاد کنیم و آن را سریع‌تر حرکت دهیم. ”
سینگ گفت: “رویکرد مبتنی بر لیتیوم در واقع در هر کتاب درسی شیمی آلی یافت می شود. این روش بسیار شناخته شده است.” “اما اجرای این چرخه به اندازه کافی کارآمد و انتخابی برای دستیابی به اهداف اقتصادی امکان پذیر سهم ما بود.”
این اهداف شامل بهره وری انرژی بالا و هزینه کم است. به گفته سینگ، اگر این فرآیند افزایش یابد، آمونیاک تقریباً 450 دلار در هر تن تولید می شود که 60 درصد ارزان تر از روش های قبلی مبتنی بر لیتیوم و سایر روش های سبز پیشنهادی است.
اما انتخاب‌پذیری نیز مهم است، زیرا بسیاری از تلاش‌ها برای پاک‌تر کردن تولید آمونیاک منجر به ایجاد مقادیر زیادی گاز هیدروژن ناخواسته شده است.
نتایج گروه سینگ جزو اولین نتایجی است که به سطوحی از گزینش پذیری و مصرف انرژی دست یافته است که می تواند استانداردهای وزارت انرژی برای تولید آمونیاک در مقیاس صنعتی را برآورده کند. سینگ همچنین گفت که این فرآیند که می‌تواند در یک راکتور مدولار انجام شود، می‌تواند با تامین انرژی الکتریکی از پنل‌های خورشیدی یا دیگر منابع تجدیدپذیر و تغذیه واکنش با هوا و آب، حتی سبزتر شود.
این فرآیند همچنین می تواند به یک هدف انرژی دیگر کمک کند – استفاده از هیدروژن به عنوان سوخت. رسیدن به این هدف به دلیل مشکلات حمل و نقل مایع بسیار قابل احتراق با مشکل مواجه شده است.
سینگ گفت: “شما می خواهید هیدروژن تولید، حمل و نقل و به ایستگاه های پمپاژ هیدروژن تحویل داده شود، جایی که هیدروژن می تواند به خودروها تزریق شود. اما این بسیار خطرناک است.” آمونیاک می تواند به عنوان یک حامل هیدروژن عمل کند. حمل و نقل آن بسیار ارزان و ایمن است و در مقصد می توانید آمونیاک را دوباره به هیدروژن تبدیل کنید.
در حال حاضر، دانشمندان با شرکت جنرال آمونیاک همکاری می‌کنند تا فرآیند سنتز آمونیاک با واسطه لیتیوم خود را در کارخانه‌ای در شیکاگو به صورت آزمایشی و مقیاس‌پذیر افزایش دهند. دفتر مدیریت فناوری UIC یک پتنت برای این فرآیند به ثبت رسانده است.
این تحقیق با کمک های مالی از شرکت جنرال آمونیاک تامین شد. نویسندگان همکار مقاله نیشیتان سی کانی و ایشیتا گویال از UIC، جوزف آ. گوتیه از دانشگاه فناوری تگزاس و ویندوم شیلدز و میچل شیلدز از شرکت جنرال آمونیاک هستند.
.Materials provided by University of Illinois Chicago. Note: Content may be edited for style and length
