Відкрийте новий екологічний спосіб синтезу аміаку, використовуючи природні геологічні процеси Землі. Це може революціонізувати виробництво добрив та зменшити вуглецевий слід хімічної промисловості. Замість енергоємних реакторів для виробництва аміаку вчені досліджують більш природний підхід, використовуючи підземне тепло та тиск Землі. Недавнє дослідження, опубліковане 21 січня в журналі Joule, показало, що аміак можна отримувати шляхом поєднання азотовмісної води з багатими на залізо породами — без зовнішньої енергії та без викидів CO2. Цей інноваційний метод може стати більш стійкою альтернативою традиційному виробництву аміаку, забезпечуючи виробництво протягом приблизно 2,42 мільйона років.
Натхнення з геологічного відкриття
Цей підхід натхненний незвичайним геологічним відкриттям, зробленим у 1980-х роках у Малі, Західна Африка. Місцеві мешканці знайшли колодязь, що виділяв водень, який, як з’ясували вчені, утворився в результаті природної хімічної реакції між водою та породою в надрах Землі.
Використання “фабрики” Землі
«Це був момент осяяння», — розповідає провідний автор дослідження Івнетім Абате з Массачусетського технологічного інституту (MIT). «Ми можемо використовувати Землю як фабрику, використовуючи її тепло та тиск для чистішого виробництва корисних хімікатів, таких як аміак».
Аміак є ключовим компонентом добрив і в майбутньому може слугувати чистим паливом, але сьогодні його промислове виробництво надзвичайно енергоємне. Воно споживає близько 2% світової енергії та викидає близько 2,4 тонни CO2 на кожну тонну аміаку, що робить його найбільшим джерелом викидів CO2 у хімічній промисловості.
Тестування та оптимізація природних процесів
Щоб перевірити ідею «фабрики Землі», команда Абате створила систему реакції між породою і водою, яка імітує умови надр Землі. Вони піддали синтетичні залізовмісні мінерали впливу азотовмісної води, що викликало хімічну реакцію, яка окислила породу і створила аміак, названий командою «геологічним аміаком». Процес не вимагав енергії, не викидав CO2 і навіть працював за звичайних умов.
Потім команда замінила синтетичний мінерал на олівін, природну породу, багату на залізо, щоб краще змоделювати реальні умови. Додатково вони оптимізували процес, додаючи каталізатор із міді та підвищуючи температуру до 300°C. За 21 годину вони отримали близько 1,8 кг аміаку з кожної тонни олівіну, демонструючи життєздатність і сталість цього методу.
Економічна доцільність та екологічний вплив
«Ці породи є по всьому світу, тому метод можна адаптувати глобально», — зазначає Абате. Однак впровадження потребує буріння до залізовмісних порід, ін’єкції азотовмісної води та подолання складнощів, пов’язаних із взаємодією порід, газів і рідин. Економічні перспективи цього підходу обнадійливі. Вартість виробництва геологічного аміаку становить близько $0,55 за кілограм, що співмірно з традиційними методами ($0,40–$0,80). Також дослідження може відкрити нові способи боротьби із забрудненням стічних вод.
«Азот у стічних водах вважається забруднювачем, і його видалення коштує грошей і енергії», — говорить Юфан Гао, перший автор дослідження з MIT. «Але ми можемо використовувати ці стічні води для виробництва аміаку. Це стратегія взаємовигоди». Інтеграція очищення стічних вод із виробництвом аміаку може принести додатковий прибуток у розмірі $3,82 за кілограм аміаку.
Новий погляд на походження життя
«Аміак має вирішальне значення для життя», — зазначає Джу Лі, старший автор дослідження з MIT. Окрім мікробів, єдиний природний спосіб утворення аміаку на Землі — це удари блискавки по азоту в атмосфері. «Тому геологічне виробництво аміаку цікаве, якщо замислитись над тим, звідки взялося життя».