Güneş Enerjili Elektrokimyasal Reaksiyon, Dünyanın 2 Numaralı Kimyasalını Üretmek İçin Atık Su Kullanıyor
UIC mühendisleri, yüksek güneş enerjisi-yakıt verimliliği ile sürdürülebilir elektrokimyasal reaksiyonda nitratları amonyağa dönüştürür.
Illinois Chicago Üniversitesi’ndeki mühendisler, yalnızca atık su kullanarak amonyak (dünyada en çok üretilen ikinci kimyasal) yapmakla kalmayıp, aynı zamanda güneş enerjisiyle çalışan bir elektrokimyasal reaksiyon yarattılar. diğer karşılaştırılabilir teknolojiler.
Bulguları, enerji dağıtımı ve çevre korumanın kesişiminde araştırma için en iyi dergi olan Energy & Environmental Science’da yayınlandı.
Baş araştırmacı, “Bu teknoloji ve yöntemimiz, isteğe bağlı gübre sentezine izin vermek için büyük bir potansiyele sahip ve gelişmiş ve gelişmekte olan ülkelerdeki tarım ve enerji sektörleri ve fosil yakıtlardan kaynaklanan sera gazlarını azaltma çabaları üzerinde büyük bir etkiye sahip olabilir” dedi. UIC Mühendislik Koleji’nde kimya mühendisliği yardımcı doçenti olan Meenesh Singh.
Bir nitrojen atomu ve üç hidrojen atomunun birleşimi olan amonyak, gübrelerin ve plastik ve farmasötikler gibi birçok üretilmiş ürünün önemli bir bileşiğidir. Nitrojenden amonyak yapmak için mevcut yöntemler, hidrojene bağlanabilmeleri için nitrojen atomları arasındaki güçlü bağları kırmak için fosil yakıtların yakılmasıyla üretilen muazzam miktarda ısı gerektirir. Bu asırlık süreç, iklim değişikliğinin itici gücü olan küresel sera gazı emisyonlarının önemli bir kısmını üretiyor.
Daha önce, Singh ve meslektaşları , su bazlı bir çözelti içinde elektrik yüklü, katalizör kaplı bir ağ elek içinden saf nitrojen gazını filtreleyerek amonyak yapmak için çevre dostu bir yöntem geliştirdiler . Bu reaksiyon, nitrojen atomlarını parçalayan ekranı elektriklendirmek için yalnızca çok küçük bir miktarda fosil yakıt enerjisi kullandı, ancak amonyaktan (%20) daha fazla hidrojen gazı (%80) üretti.
Şimdi, araştırmacılar bu konsepti geliştirdiler ve reaksiyonu elektriklendirmek için nitrojen ve güneş ışığı sağlamak için en yaygın yeraltı suyu kirleticilerinden biri olan nitratı kullanan yeni bir yöntem geliştirdiler. Sistem, neredeyse sıfır hidrojen gazı yan reaksiyonu ile neredeyse %100 amonyak üretir. Reaksiyon hiçbir fosil yakıta ihtiyaç duymaz ve hiçbir karbondioksit veya diğer sera gazları üretmez ve güneş enerjisinin kullanımı, diğer herhangi bir durumdan 10 kat daha iyi olan %11’lik benzeri görülmemiş bir güneş-yakıt verimliliği veya STF verir. – amonyak üretmek için son teknoloji sistem (yaklaşık %1 STF).
Yeni yöntem, araştırmacıların “Ortam Koşullarında %11 Güneşten Yakıt Verimliliği ile Nitrat Kullanarak Amonyak Güneş Enerjili Elektrokimyasal Sentezi” başlıklı makalelerinde yeni süreçle birlikte tanımladıkları bir kobalt katalizörüne dayanıyor. Enerji ve Çevre Bilimi .
Katalizörü tanımlamak için araştırmacılar önce hangi metalin en iyi sonucu vereceğini tahmin etmek için hesaplama teorisini uyguladılar. Ekip, bu modeller aracılığıyla kobaltı belirledikten sonra metalle deneyler yaparak reaksiyondaki etkinliğini optimize etmek için farklı yollar denedi. Araştırmacılar, oksidasyondan elde edilen pürüzlü bir kobalt yüzeyinin, seçici bir reaksiyon oluşturmak için en iyi sonucu verdiğini, yani neredeyse tüm nitrat moleküllerini amonyağa dönüştürdüğünü buldu.
Singh, “Güneş enerjisiyle çalışan bir sistemde çalışan aktif, seçici ve kararlı bir katalizör bulmak, amonyağın endüstriyel ölçekte sürdürülebilir sentezinin mümkün olduğunun güçlü bir kanıtıdır.” Dedi.
Reaksiyonun kendisi sadece çevre için iyi olan karbon-nötr olmakla kalmaz, aynı zamanda sistem endüstriyel kullanım için geliştirilmişse, çevre üzerinde neredeyse net-negatif, onarıcı bir etkiye sahip olabilir.
“Atıksu nitrat kullanmak, kirleticiyi yüzey ve yeraltı sularından da çıkarmamız gerektiği anlamına geliyor. Zamanla bu, sürecin aynı anda endüstriyel atıkların ve akan suyun düzeltilmesine yardımcı olabileceği ve özellikle ekonomik dezavantajlar yaşayabilecek veya aşırı nitrata yüksek maruziyetten en büyük riski taşıyan kırsal alanlarda nitrojen döngüsünü yeniden dengelemeye yardımcı olabileceği anlamına geliyor, “dedi Singh.
İçme suyu yoluyla nitrata yüksek düzeyde maruz kalma, kanser, tiroid hastalığı, erken doğum ve düşük doğum ağırlığı gibi sağlık koşullarıyla ilişkilendirilmiştir.
“Hepimiz bu başarıdan çok heyecanlıyız ve burada durmayacağız. Sistemi daha da geliştirmek için belediye şirketleri, atık su arıtma merkezleri ve sektördeki diğer kuruluşlarla halihazırda işbirliği yapan Singh, “Yakında çok daha büyük bir ölçeği test edebileceğimiz daha büyük bir prototipe sahip olacağımızı umuyoruz” dedi.
