Opisywane urządzenie przekształca wodę i powietrze w amoniak, który może zostać później użyty w produkcji nawozów. Dotychczas pierwszy etap całego procesu był realizowany przy udziale paliw kopalnych, co wiązało się z powstawaniem szkodliwych dla środowiska emisji. Z tego względu nowy reaktor – wytwarzający amoniak bezpośrednio z powietrza i wody – może zapewniać podobne efekty bez wytwarzania problematycznych gazów.
Czytaj też: Efektywność energetyczna na niespotykanym wcześniej poziomie. Tak sprawdza się nowy przełącznik termiczny
Już samo to brzmi imponująco, a sprawy przybierają nawet ciekawszy obrót, gdy zdamy sobie sprawę, że inspirację dla inżynierów stojących za tym projektem stanowiła natura. Obserwując wyładowania elektryczne zachodzące w przyrodzie, naukowcy ze Stanów Zjednoczonych postanowili przystosować tzw. metodę Habera i Boscha do działania w oparciu o reaktor plazmowo-elektrochemiczny.
Wspomniane zjawisko polega na łączeniu wodoru i azotu w celu wytwarzania amoniaku. Być może wydaje się to mało powszechnym zastosowaniem, lecz rzeczywistość okazuje się zaskakująca: metoda Habera i Boscha odpowiada za około 2% całkowitego światowego zużycia energii. Amoniak stanowi bowiem podstawę funkcjonowania współczesnego rolnictwa, choć sposób jego pozyskiwania liczy około sto lat i nie został od długiego czasu zmodyfikowany.
Reaktor zaprojektowany przez naukowców ze Stanów Zjednoczonych naśladuje procesy zachodzące w czasie wyładować atmosferycznych
Nowy reaktor ma stanowić istotny krok w tym kierunku. Urządzenie wytwarza w obecnej formie około 1 grama amoniaku dziennie przez ponad 1000 godzin działając w temperaturze pokojowej. Nawet jeśli nie są to liczby, które powalą na kolana, to miejmy na uwadze fakt, że chodzi o proces zachodzący z wykorzystaniem powietrza i wody, zasilany energią pochodzącą z odnawialnych źródeł.
Ale na czym dokładnie polegała inspiracja dotycząca piorunów? Kiedy dochodzi do takich wyładowań, zamieniają one azot występujący w atmosferze w tlenki azotu. W takich okolicznościach dwutlenek azotu może spadać na powierzchnię naszej planety wraz z deszczem. Tam zostaje poddany obróbce prowadzonej przez bakterie występujące w glebie. Te przekształcają go w amoniak, dzięki czemu rośliny zyskują kluczowe dla ich rozwoju składniki odżywcze. Aby naśladować te wydarzenia inżynierowie zaprojektowali reaktor wykorzystujący plazmę do odtworzenia okoliczności, w jakich uderzają pioruny. W międzyczasie katalizator miedziowo-palladowy działa na podobnej zasadzie jak bakterie w glebie.
Czytaj też: Zagadkowe promieniowanie w chmurach. Wykrył je amerykański samolot szpiegowski
Szczegóły całego przedsięwzięcia zamieszczono w Journal of the American Chemical Society. Mówiąc krótko, nowe urządzenie przekształca wilgotne powietrze we fragmenty tlenku azotu, które następnie są umieszczane w reaktorze elektrochemicznym, gdzie katalizator miedziowo-palladowy wytwarza z nich amoniak. Największym wyzwaniem na najbliższą przyszłość będzie zwiększenie skali produkcji tego składnika nawozów i komercjalizacja całej technologii.