آلودگی هوا

آمونیاک از طریق واکنش کاتالیزوری نیتروژن و هیدروژن روی یک کاتالیزور آهن در دما و فشار بالا از طریق فرآیند Haber-Bosch تولید می شود. این فرآیند - که به نام شیمیدانان آلمانی فریتز هابر و کارل بوش که در اوایل دهه 1900 آن را توسعه دادند، نامگذاری شد - امروزه هنوز به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد.

در حالی که فرآیند هابر-بوش عمدتاً برای تولید آمونیاک استفاده می‌شود، که سپس برای تولید کودهای شیمیایی برای صنعت کشاورزی استفاده می‌شود، بنا بر گزارش‌ها، تولید آمونیاک برای محیط‌زیست ناسازگار است.

تولید آمونیاک

به این ترتیب، مهندسان و شیمیدانان در سراسر جهان به دنبال تبدیل فرآیند تولید آمونیاک به یک فرآیند سبز هستند. تلاش‌های مختلف برای انجام این امر شامل الکترولیز آب با انرژی باد یا خورشید، واکنش‌های نیرودهی از طریق منابع انرژی تجدیدپذیر برای تولید هیدروژن بدون سوخت‌های فسیلی و موارد دیگر است. در ادامه با Engineering360 همراه باشید تا برخی از روش هایی را که کارشناسان در زمینه تولید مواد شیمیایی تلاش می کنند تا تولید آمونیاک را سبزتر کنند، مشاهده کنید.

هابر بوش

روش فعلی برای تولید آمونیاک، فرآیند Haber-Bosch منتشرکننده دی‌اکسید کربن (CO 2 ) است که هیدروژن و نیتروژن را به آمونیاک تبدیل می‌کند تا کودها و سایر محصولات مانند داروها، پلاستیک‌ها، منسوجات و مواد منفجره تولید شود.

جلوگیری از فرآیند سبز بودن فرآیند هابر-بوش، استفاده از هیدروژن است، که یک ماده خام است که از سوخت های فسیلی از منابعی مانند گاز طبیعی، نفت یا زغال سنگ از طریق فرآیندهایی که CO 2 آزاد می کنند به دست می آید .

انرژی های تجدید پذیر

محققان شرکت ژاپنی JGC در حال کار برای توسعه یک کارخانه آمونیاک سبز هستند که با انرژی خورشیدی کار می کند، هیدروژن را از طریق الکترولیز آب تولید می کند و با استفاده از یک کاتالیزور روتنیم که در خانه ساخته شده است، واکنشی شبیه هابر-بوش ایجاد می کند.

به گفته توسعه دهندگان، این فرآیند هیدروژن را با فشار بسیار کمتری نسبت به فرآیندهای استاندارد تولید می کند و در نتیجه، نیروگاه برای تحت فشار قرار دادن سیستم به انرژی خروجی زیادی نیاز ندارد.

استفاده از دستگاه های الکترومکانیکی

در کارخانه جاتی که از سوخت های گازوئیلی و نفت برای دستگاه ها استفاده می کنند می توانند از انواع دستگاه های بسته بندی الکترومکانیکی که با برق کار می کنند استفاده کنند مانند دستگاه ساشه پودری - شیرینگ پک - دستگاه شستشوی سبزی و...

قدرت باد

زیمنس با همکاری دانشگاه‌های سراسر بریتانیا، مانند دانشگاه آکسفورد، از فرآیند Haber-Bosch با انرژی باد برای تولید آمونیاک استفاده می‌کند. در نیروگاه نمایشی کوچک خود به نام نمایشگر ذخیره انرژی آمونیاک سبز در آکسفوردشایر بریتانیا، محققان نشان دادند که این نیروگاه برق را از یک توربین بادی می گیرد، آن را از طریق واحد الکترولیز هیدروژن عبور می دهد و سپس هیدروژن تولید شده برای سنتز آمونیاک استفاده می شود.

سلول های سوختی

محققی از دانشگاه موناش استرالیا در صدد جایگزینی فرآیند Haber-Bosch با سلول سوختی جدید توسعه یافته آن است که برق تجدیدپذیر را به آمونیاک بدون کربن تبدیل می کند. به گفته توسعه دهندگان، دستگاه فولاد ضد زنگ موناش دارای دو لوله پلاستیکی است که نیتروژن، گاز و آب دستگاه را تغذیه می کند در حالی که یک سیم برق برق را تامین می کند. در همین حال، سومین لوله در جلوی دستگاه، آمونیاک گازی منتشر می‌کند، همه بدون گرما، فشار و انتشار کربن که عموماً برای ساخت این ماده شیمیایی ضروری است. به عبارت دیگر، دستگاه اساساً نیتروژن را به داخل تنفس می کند و آمونیاک را بیرون می دهد.

پلاسما

محققان موسسه ماشین‌آلات و مواد کره (KIMM) تکنیکی را برای ایجاد فرآیند انتشار کربن صفر از طریق انرژی‌های تجدیدپذیر، تولید آمونیاک در دمای اتاق و با اعمال فشار معمولی ابداع کرده‌اند. به گفته محققان، این فرآیند می‌تواند محققان را یک قدم به دستیابی به بی‌طرفی کربن در آینده نزدیک‌تر کند.

روش هاربر-بوش در مقابل سیستم یکپارچه کاتالیزور پلاسما برای تولید آمونیاک سبز. منبع: KIMM

به جای استفاده از فرآیند هابر-بوش که معمولاً در ساخت آمونیاک استفاده می شود، محققان آب را با پلاسمای نیتروژن ترکیب کردند و هیدروژن و اکسیدهای نیتروژن تولید کردند. به گفته محققان، اکسیدها را می توان با هیدروژن از طریق کاتالیزورها به آمونیاک تبدیل کرد. به عنوان مثال، 99٪ از اکسیدهای نیتروژن تولید شده در واکنش پلاسما تبدیل به مونوکسید نیتروژن می شود، که پس از آن می تواند بیشتر به آمونیاک کاهش یابد، زیرا مونوکسید نیتروژن با هیدروژن واکنش می دهد و آمونیاک با 95٪ گزینش پذیری بالا تولید می کند.

میکروب ها و نقاط کوانتومی

یک تیم تحقیقاتی به رهبری دانشگاه کلرادو بولدر ، آزمایشگاه ملی انرژی‌های تجدیدپذیر و دانشگاه ناتینگهام (بریتانیا) ادعا می‌کنند که در پیشرفت ابزار میکروبی جذب دی‌اکسید کربن پیشرفت داشته‌اند که می‌تواند روزی به سوخت‌های سازگار با محیط‌زیست منجر شود. روش های تولید شیمیایی

برای انجام این کار، تیم آنزیم های خاصی را در سلول های میکروبی با استفاده از نقاط کوانتومی فعال شده با نور فعال کردند. به گفته این تیم، این امر منجر به ایجاد موجودات نانوزیستی هیبریدی شد که CO2 را به مواردی مانند پلاستیک زیست تخریب پذیر، بنزین، بیودیزل و آمونیاک تبدیل می کند.

پس از قرار گرفتن در معرض نور خورشید، نقاط کوانتومی نانوسکوپی در گونه‌های میکروبی رایج در خاک پخش می‌شوند و باعث تولید تجدیدپذیر سوخت‌های زیستی مختلف و مواد شیمیایی با استفاده از CO2 ، آب و نیتروژن هوا به عنوان بستر می‌شوند. برای انجام این فرآیندهای بیوشیمیایی انرژی بر نیاز به انرژی خارجی یا منابع غذایی نیست.

محققان پیشنهاد می کنند که این تکنیک می تواند برای تولید محصولات خاص سفارشی شود. ترکیب نقاط کوانتومی و طول موج های سبز، باکتری ها را به مصرف نیتروژن و تولید آمونیاک تشویق می کند.

الکترود مش

محققان موسسه فناوری ماساچوست (MIT) یک جایگزین پایدار برای تولید کود ابداع کرده اند. به گفته محققان، یک رویکرد غیرمتمرکز برای تولید آمونیاک هم به کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و هم هزینه‌های بالای مرتبط با تأسیسات فعلی تولید کمک می‌کند و در عین حال به کاربران دوردست و روستایی دسترسی به محصولات کود را ارائه می‌دهد.

به عنوان جایگزینی برای فرآیند گرما فشرده هابر-بوش، طرح MIT از جریان الکتریکی برای تولید یک کاتالیزور لیتیومی در جایی که واکنش رخ می دهد استفاده می کند. برای از بین بردن وابستگی به حلال‌های آلی گران قیمت، محققان یک الکترود مشبک فولادی ضدزنگ ایجاد کردند که گاز نیتروژن را قادر می‌سازد تا از طریق آن پخش شود و با هیدروژن برهم‌کنش داشته باشد، که سپس در اتانول در سطح الکترود حل می‌شود. سپس نیتروژن وارد شده توسط مش از طریق یک سری واکنش به واسطه لیتیوم به آمونیاک تبدیل می شود.

منبع: وبلاگ محتوا 20