إنجاز صيني يحول مياه الصرف الصحي الملوثة إلى أمونيا لإنتاج الأسمدة
طور فريق صيني طريقة لتحويل النترات الموجودة في مياه الصرف الصحي إلى أمونيا. يتم استخدام هذه العملية الجديدة التي يتم إهدارها-كعنصر أساسي في سماد اليوريا، وهي أرخص، وأكثر كفاءة في استخدام الطاقة-، كما أنها ستغير قواعد اللعبة-.
في الوقت الحاضر، غالبًا ما تحتوي مياه الصرف الصحي الزراعي والصناعي على كميات كبيرة من النترات. ويأتي هذا من أشياء مثل الأسمدة المستخدمة، والنفايات الحيوانية، ونفايات المصانع الكيماوية، ومعالجة مياه الصرف الصحي.
يمكن أن يكون الكثير منها كارثيًا على النظم البيئية المحلية، مما يؤدي إلى مشاكل مثل ازدهار الطحالب. وهذا بدوره يؤدي إلى مناطق ميتة في المجاري المائية حيث تنخفض مستويات الأكسجين، مما يؤدي إلى قتل الكائنات المائية مثل الأسماك.
ويمكن أن يؤدي أيضًا إلى تلوث المياه الجوفية وما يرتبط به من مخاطر صحية على البشر والحيوانات. ولمواجهة ذلك، تميل معظم البلدان إلى معالجة مياه الصرف الصحي لإزالة النترات، ولكن هذا مكلف ويستهلك الكثير من الطاقة-.
لكن هذا قد لا يكون خدعة لأن النترات تحتوي على كميات كبيرة من النيتروجين، وهو مكون رئيسي للأسمدة في المقام الأول. لذلك، قرر أحد الفرق الصينية إيجاد طريقة للاستفادة من هذا المورد المحتمل الهائل.
إهدار-إلى-اختراق الأسمدة
الأمونيا، في حالة عدم علمك، هي واحدة من أهم المواد الكيميائية الصناعية في العالم. يتم استخدامه لصنع أشياء مثل الأسمدة والمتفجرات والمواد الكيميائية والمبردات وأنظمة الطاقة الهيدروجينية المحتملة في المستقبل.
ومع ذلك، فإن تحويلها إلى هذه المواد الكيميائية عادة ما يكون مكلفًا للغاية ويستهلك الكثير من الطاقة-. ويتم ذلك عادة باستخدام ما يسمى عملية هابر-بوش، والتي تمزج النيتروجين النقي والهيدروجين لصنع الأمونيا.
وتتطلب هذه العملية درجات حرارة وضغوطًا عالية جدًا، والتي يتم تحقيقها عادةً باستخدام الغاز الطبيعي. وفقًا لبعض التقارير، يستهلك هذا على مستوى العالم ما يقرب من 1-2% من استهلاك الطاقة العالمي.
لذا، إذا كان بإمكانك صنع الأمونيا من نفايات النترات بدلاً من ذلك، فمن المحتمل أن تقلل التلوث، وتقلل من استخدام الطاقة، وتقلل من الاعتماد على المواد الأولية المستوردة. وبالتالي يمكن أن تنتج نوعًا من الإنتاج الدائري للأسمدة، وهذا أمر كبير.
جوهر الاكتشاف هو محفز فائق جديد يساعد في هذه العملية. هذه، في حالة عدم معرفتك، هي مواد خاصة تساعد على حدوث التفاعل الكيميائي بشكل أسرع وأكثر كفاءة.
في هذه الحالة، استخدم الفريق الصيني شيئًا يسمى المحفز الذري المزدوج (DAC). وهذا يختلف عن المحفزات التقليدية التي تميل إلى استخدام مواد ذرة واحدة أو جسيمات نانوية.
هناك حاجة لمزيد من العمل
لتحويل النترات إلى الأمونيا، يعد استخدام ذرتين متكاملتين أمرًا أساسيًا لعمليات -متعددة الخطوات مثل هذه. وذلك لأن "فريق العلامات" الذري يسمح بشكل أفضل بنقل الإلكترونات والجزيئات الوسيطة وكسر الروابط وتكوين الروابط.
ومن المثير للاهتمام أن الفريق استخدم أيضًا الذكاء الاصطناعي (AI) للمساعدة في العثور على أفضل أزواج الذرات لهذه المهمة. لذلك، بدلاً من إجراء الآلاف من التجارب الفيزيائية التجريبية-والخطأ-، ساعدهم الذكاء الاصطناعي في تضييق نطاق أفضل الإمكانات للاختبار، مما أدى إلى توفير ساعات عديدة من الوقت الضائع.
وهذا أتى بثماره حقًا. ووفقا للفريق، فإن المحفز أكثر كفاءة بثلاث مرات تقريبًا من المحفزات المماثلة الأخرى. إذا كان هذا صحيحًا، فهذا يعني أنه يمكن أن ينتج إنتاجًا أعلى بكثير من الأمونيا، ومعدلات تحويل، ونفايات أقل.
كل هذا يترجم إلى المزيد من المال الذي تنفقه بينما تتعامل أيضًا مع ملوث صناعي وزراعي خطير للغاية. إنه اختراق بلا شك، ولكن من المهم أن نلاحظ أن هذا لا يزال قيد التنفيذ.
في الوقت الحاضر، تمكن الفريق فقط من عرض المحفز في ظروف معملية بكميات صغيرة. لم يتم إثبات ما إذا كان يمكن أن ينجح في "العالم الحقيقي"، ويمكن توسيع نطاقه، وما إذا كانت العملية قادرة على التعامل مع الملوثات المختلفة غير النترات في مياه الصرف الصحي.
