تولید کود از هوا: راهی نوین برای کاهش آلودگی کربن

تولید آمونیاک به شیوه‌ای نوآورانه

یک دستگاه پروتوتایپ جدید رویکردی نوآورانه برای تولید آمونیاک – یکی از اجزای کلیدی کود – را نشان می‌دهد که می‌تواند صنعتی را متحول کند که مسئول حدود یک‌سوم از انتشار گازهای گلخانه‌ای جهانی است. هوای اطراف ما حاوی یک راه‌حل قدرتمند برای پایدارتر کردن کشاورزی است.

محققان دانشگاه استنفورد و دانشگاه ملک فهد نفت و مواد معدنی در عربستان سعودی، دستگاهی پروتوتایپ توسعه داده‌اند که می‌تواند آمونیاک – یکی از اجزای اصلی کود – را با استفاده از انرژی باد و کشیدن هوا از طریق یک مش تولید کند. روشی که آن‌ها توسعه داده‌اند، اگر به کمال برسد، ممکن است نیاز به یک روش قدیمی صدساله را که آمونیاک را با ترکیب نیتروژن و هیدروژن در فشار و دماهای بالا تولید می‌کند، از بین ببرد.

این روش قدیمی ۲٪ از انرژی جهانی را مصرف کرده و ۱٪ از انتشار سالانه دی‌اکسید کربن را به دلیل وابستگی به گاز طبیعی ایجاد می‌کند. این مطالعه که در تاریخ ۱۳ دسامبر در مجله Science Advances منتشر شد، شامل اولین نمایش فناوری در محل – به جای آزمایشگاه – بود. محققان تصور می‌کنند که روزی این دستگاه را در سیستم‌های آبیاری ادغام کنند تا کشاورزان بتوانند کود را مستقیماً از هوا تولید کنند.

گامی به سوی کشاورزی پایدار

ریچارد زاره، نویسنده ارشد این مطالعه و استاد مارگریت بلیک ویلبور در علوم طبیعی در دانشگاه استنفورد، گفت: “این پیشرفت به ما این امکان را می‌دهد که نیتروژن موجود در هوا را بهره‌برداری کنیم و آمونیاک را به‌طور پایدار تولید کنیم.” او افزود: “این یک گام مهم به سوی رویکردی غیرمتمرکز و دوستدار محیط زیست در کشاورزی است.”

یک جایگزین پاک‌تر

در آماده‌سازی برای طراحی دستگاه خود، محققان بررسی کردند که چگونه عوامل محیطی مختلف – مانند رطوبت، سرعت باد، سطح نمک و اسیدیته – بر تولید آمونیاک تأثیر می‌گذارند. آن‌ها همچنین به بررسی اندازه قطرات آب، غلظت محلول و تماس آب با مواد غیر محلول در آب پرداختند تا تأثیر آن‌ها بر فرآیند را درک کنند.

در نهایت، آن‌ها بهترین ترکیب اکسید آهن و یک پلیمر اسیدی با فلورین و گوگرد را آزمایش کردند تا شرایط ایده‌آل برای تولید آمونیاک را تعیین کرده و بفهمند که چگونه این مواد کاتالیزور با قطرات آب تعامل دارند.

تولید آمونیاک به روش جدید و پاک

فرایند تیم استنفورد، آمونیاک را به‌طور تمیز و کم‌هزینه تولید می‌کند و از هوای اطراف برای استخراج نیتروژن و هیدروژن از بخار آب استفاده می‌نماید. با عبور دادن هوا از یک مش پوشیده شده با کاتالیزورها به منظور تسهیل واکنش لازم، محققان موفق به تولید آمونیاکی با غلظت کافی شدند که می‌تواند به‌عنوان کود هیدروپونیک در گلخانه‌ها استفاده شود. برخلاف روش‌های سنتی، این تکنیک در دمای اتاق و فشار جوی استاندارد عمل می‌کند و نیازی به منبع ولتاژ خارجی برای اتصال به مش ندارد. کشاورزان می‌توانند این دستگاه قابل حمل را در محل خود استفاده کنند و از خرید و حمل کود از تولیدکنندگان بی‌نیاز شوند.

«این روش به‌طور قابل‌توجهی ردپای کربن تولید آمونیاک را کاهش می‌دهد،» گفت زیوای سونگ، نویسنده اصلی این مطالعه و دانشمند تحقیقاتی شیمی در استنفورد. در آزمایش‌های انجام شده، تیم نشان داد که با بازیافت آب از طریق یک سیستم اسپری، می‌توانند غلظت‌های آمونیاک کافی برای کوددهی به گیاهان در گلخانه را تنها پس از دو ساعت به‌دست آورند. با افزودن یک فیلتر ساخته شده از ماده سنگی میکروپور، این روش می‌تواند آمونیاک کافی برای کاربردهای کشاورزی وسیع‌تر تولید کند.

آینده‌ای بدون سوخت‌های فسیلی

به گفته چانباشا بشیر، نویسنده همکار این مطالعه از دانشگاه پترولیوم و معادن پادشاه فهد، این دستگاه دو تا سه سال دیگر به بازار خواهد آمد. در این میان، محققان قصد دارند از سیستم‌های مش بزرگ‌تر برای تولید آمونیاک بیشتر استفاده کنند. «فضای زیادی برای توسعه این فناوری وجود دارد،» بشیر گفت.

اهمیت آمونیاک فراتر از کودهاست. به‌عنوان یک حامل انرژی پاک، می‌تواند انرژی تجدیدپذیر را به‌طور کارآمدتری نسبت به گاز هیدروژن ذخیره و حمل کند، زیرا چگالی انرژی بالاتری دارد. این نوآوری، آمونیاک را به‌عنوان یک عنصر کلیدی در کاهش کربن صنایع مختلف مانند حمل و نقل و تولید برق معرفی می‌کند. «آمونیاک سبز نمایانگر یک مرز جدید در پایداری است،» زار گفت. «این روش، اگر بتواند به‌طور اقتصادی مقیاس‌پذیر شود، می‌تواند وابستگی ما به سوخت‌های فسیلی را در چندین بخش به شدت کاهش دهد.»

این مطالعه توسط دفتر تحقیقات علمی نیروی هوایی ایالات متحده و دانشگاه پترولیوم و معادن پادشاه فهد تأمین مالی شده است.