Исследователи представили ветровое устройство, преобразующее воздух в аммиак

Исследователи из Стэнфордского университета (США) и Университета нефти и минералов имени короля Фахда (Саудовская Аравия) разработали революционное устройство, которое производит аммиак непосредственно из воздуха, используя энергию ветра. По их мнению, эта технология способна заменить энергоёмкий процесс Габера-Боша, приводящий к выбросам углекислого газа. Её внедрение может кардинально изменить сельское хозяйство и уменьшить экологический след.

Технология ветрового синтеза аммиака особенно перспективна для регионов, где отсутствует развитая химическая промышленность, а доставка удобрений связана с высокими транспортными расходами. Локальное производство аммиака на месте потребления может значительно сократить стоимость удобрений и повысить продовольственную безопасность.

Сельскохозяйственный сектор сильно зависит от синтетических удобрений и является основным источником парниковых газов. Согласно Программе ООН по окружающей среде, он генерирует примерно треть выбросов.

Новаторское устройство, разработанное под руководством Ричарда Заре, профессора естественных наук имени Маргерит Блейк Уилбур в Стэнфорде, уже доказало свою эффективность за пределами лаборатории. «Этот прорыв позволяет использовать азот из воздуха для устойчивого производства аммиака. Это важный шаг к децентрализованному и экологичному сельскому хозяйству», — отметил Заре.

Принцип работы устройства заключается в фильтрации воздуха через сетку с особыми катализаторами, настроенными на оптимальную эффективность в зависимости от влажности, скорости ветра и состава атмосферы. Используемые катализаторы, включающие оксид железа и кислотные полимеры с фтором и серой, обеспечивают выработку аммиака при комнатной температуре и нормальном давлении без использования внешних источников энергии.

Разработка полностью укладывается в глобальный тренд по снижению углеродного следа агропромышленного комплекса, поддерживаемый программами ООН, Европейского Союза и других международных организаций.

Сяовэй Сонг, ведущий автор исследования и научный сотрудник химического факультета Стэнфорда, подчеркнул экологическую пользу метода. «Этот подход значительно снижает углеродный след производства аммиака», — отметил он.

В ходе испытаний с использованием микропористого каменного фильтра и механизма рециркуляции воды устройство продемонстрировало способность всего за два часа синтезировать аммиак в концентрации, которой достаточно для удобрения тепличных растений.

По данным Международного института аммиака (Ammonia Energy Association), глобальное потребление аммиака превышает 180 млн тонн в год, из которых порядка 80% используется в производстве удобрений.

Чанбаша Башир из Университета имени короля Фахда сообщил, что для вывода устройства на рынок потребуется два-три года доработки. В планы по масштабированию технологии входит использование более крупных сетчатых систем для повышения производительности аммиака.

Способность устройства генерировать аммиак — соединение с более высокой плотностью энергии, чем у водорода, — открывает также перспективы его применения в хранении и транспортировке возобновляемой энергии. Это может быть особенно полезно в таких секторах, как судоходство и энергетика.

Исследование, опубликованное в журнале Science Advances 13 декабря, финансировалось Управлением научных исследований ВВС США и Университетом имени короля Фахда. Учёные планируют интеграцию технологии в системы орошения, что позволит производить удобрения непосредственно на месте и существенно упростит сельскохозяйственные процессы.