دستگاهی که از هوا کود تولید می‌کند/ خداحافظی با سوخت‌های فسیلی

به گزارش خبرنگار دانشگاه خبرگزاری دانشجو به نقل از دانشگاه استنفورد: هوای اطراف ما حاوی یک راه حل قدرتمند برای پایدارتر کردن کشاورزی است. محققان دانشگاه استنفورد و دانشگاه نفت و مواد معدنی کینگ فهد در عربستان سعودی نمونه اولیه دستگاهی را ساخته اند که می‌تواند آمونیاک – یک عنصر اصلی کود – با استفاده از انرژی باد برای کشیدن هوا از طریق شبکه تولید کند. رویکردی که آنها توسعه دادند، در صورت تکمیل شدن، ممکن است نیاز به روشی صد ساله را که با ترکیب نیتروژن و هیدروژن در فشار‌ها و دما‌های بالا، آمونیاک تولید می‌کند، برطرف کند. روش قدیمی‌تر ۲ درصد انرژی جهانی را مصرف می‌کند و ۱ درصد از انتشار سالانه دی‌اکسید کربن را ناشی از اتکا به گاز طبیعی است.

این مطالعه که در ۱۳ دسامبر در Science Advances منتشر شد، شامل اولین نمایش در محل – به جای آزمایشگاهی – این فناوری بود. محققان تصور می‌کنند روزی این دستگاه را در سیستم‌های آبیاری ادغام کرده و کشاورزان را قادر می‌سازد تا کود را مستقیماً از هوا تولید کنند.

ریچارد زارع، نویسنده ارشد این مطالعه، پروفسور مارگریت بلیک ویلبر در علوم طبیعی و استاد شیمی در دانشکده علوم انسانی و علوم استنفورد، می‌گوید: این پیشرفت به ما امکان می‌دهد از نیتروژن موجود در هوا استفاده کنیم و به طور پایدار آمونیاک تولید کنیم. این یک گام مهم به سمت یک رویکرد غیرمتمرکز و دوستدار محیط زیست در کشاورزی است.

جایگزین تمیزتر

محققان در آماده سازی برای طراحی دستگاه خود، چگونگی تاثیر عوامل محیطی مختلف مانند رطوبت، سرعت باد، سطح نمک و اسیدیته بر تولید آمونیاک را بررسی کردند. آنها همچنین بررسی کردند که چگونه اندازه قطرات آب، غلظت محلول، و تماس آب با موادی که در آب حل نمی‌شوند، بر این فرآیند تأثیر می‌گذارد. در نهایت، آنها بهترین ترکیب اکسید آهن و یک پلیمر اسیدی را با فلوئور و گوگرد آزمایش کردند تا شرایط ایده‌آل برای تولید آمونیاک را تعیین کنند و بفهمند که چگونه این مواد کاتالیزور با قطرات آب برهم‌کنش می‌کنند.

فرآیند تیم استنفورد آمونیاک را تمیز و ارزان می‌سازد و از هوای اطراف برای بدست آوردن نیتروژن و هیدروژن از بخار آب استفاده می‌کند. محققان با عبور هوا از یک شبکه پوشش داده شده با کاتالیزور برای تسهیل واکنش لازم، آمونیاک کافی با غلظت کافی تولید کردند تا به عنوان کود هیدروپونیک در محیط‌های گلخانه‌ای عمل کند. برخلاف روش‌های سنتی، تکنیک جدید در دمای اتاق و فشار اتمسفر استاندارد عمل می‌کند و نیازی به اتصال منبع ولتاژ خارجی به مش ندارد. کشاورزان می‌توانند دستگاه قابل حمل را در محل اجرا کنند و نیازی به خرید و ارسال کود از یک تولیدکننده را از بین ببرند.

ژیاوی سانگ، نویسنده ارشد این مطالعه، دانشمند تحقیقات شیمی در استنفورد، گفت: این رویکرد به طور قابل توجهی ردپای کربن و تولید آمونیاک را کاهش می‌دهد.

در آزمایش‌های آزمایشگاهی، این تیم با بازیافت آب از طریق یک سیستم پاشش، پتانسیل بیشتری را نشان داد و به غلظت آمونیاک کافی برای بارور کردن گیاهان رشد یافته در گلخانه پس از تنها دو ساعت دست یافت. با ترکیب یک فیلتر ساخته شده از یک ماده سنگی ریز متخلخل، این رویکرد می‌تواند آمونیاک کافی برای پشتیبانی از کاربرد‌های کشاورزی گسترده‌تر تولید کند.

آینده‌ای بدون سوخت‌های فسیلی

به گفته چنباشا بشیر یکی از نویسندگان این مطالعه از دانشگاه نفت و مواد معدنی ملک فهد، این دستگاه دو تا سه سال تا آماده شدن به بازار فاصله دارد. در این میان، محققان قصد دارند از سیستم‌های مشبک بزرگ برای تولید آمونیاک بیشتر استفاده کنند. 

بشیر گفت: جای زیادی برای توسعه این امر وجود دارد.

اهمیت آمونیاک فراتر از کود‌ها است. به عنوان یک حامل انرژی پاک، به دلیل چگالی انرژی بالاتر، می‌تواند انرژی تجدیدپذیر را با کارایی بیشتری نسبت به گاز هیدروژن ذخیره و انتقال دهد. این نوآوری آمونیاک را به عنوان یک پایه در صنایع کربن زدایی مانند کشتیرانی و تولید برق قرار می‌دهد.

زارع گفت: آمونیاک سبز نشان دهنده مرز جدیدی در پایداری است. اگر بتوان با استفاده از این روش آن را از نظر اقتصادی افزایش داد، می‌تواند وابستگی ما به سوخت‌های فسیلی را در بخش‌های مختلف به شدت کاهش دهد.