Kinesiskt genombrott förvandlar förorenat avloppsvatten till ammoniak för gödselproduktion
Ett kinesiskt team har utvecklat en metod för att omvandla nitrat i avloppsvatten till ammoniak. Används som en kärningrediens i ureagödselmedel, den här nya avfallsprocessen-till-resurs är billigare, energi-effektiv och något av en-omvandlare.
För närvarande innehåller avloppsvatten från jordbruk och industri ofta stora mängder nitrat. Detta kommer från saker som använt gödselmedel, animaliskt avfall, kemiskt växtavfall och avloppsrening.
För mycket av det kan vara katastrofalt för de lokala ekosystemen, vilket leder till problem som algblomning. Dessa leder i sin tur till döda zoner i vattendrag där syrenivåerna sjunker, vilket dödar vattenlevande organismer som fiskar.
Det kan också leda till grundvattenförorening och tillhörande hälsorisker för människor och djur. För att motverka detta tenderar de flesta länder att behandla avloppsvatten för att ta bort nitrat, men det är dyrt och energikrävande-.
Men detta kan sakna ett knep eftersom nitratet innehåller stora mängder kväve, en nyckelkomponent i gödselmedel i första hand. Så ett kinesiskt team bestämde sig för att hitta ett sätt att utnyttja denna enorma potentiella resurs.
Genombrott för avfall-till-gödselmedel
Ammoniak, om du inte är medveten om det, är en av världens viktigaste industrikemikalier. Det används för att tillverka saker som gödningsmedel, sprängämnen, kemikalier, köldmedier och potentiellt framtida väteenergisystem.
Men att omvandla det till dessa kemikalier är normalt mycket dyrt och energikrävande-. Detta görs vanligtvis med något som kallas Haber–Bosch-processen, som blandar rent kväve och väte för att göra ammoniak.
Denna process kräver mycket höga temperaturer och tryck, vilket vanligtvis uppnås genom att använda naturgas. Enligt vissa rapporter förbrukar detta globalt ungefär 1-2 % av den globala energiförbrukningen.
Så om du istället kan göra ammoniak från avfallsnitrat, minskar du potentiellt föroreningar, minskar energianvändningen och minskar beroendet av importerade råvaror. Det skulle därför kunna göra en sorts cirkulär konstgödselproduktion, och det är en stor sak.
Kärnan i upptäckten är en ny superkatalysator som hjälper processen. Dessa, om du inte vet, är speciella material som hjälper en kemisk reaktion att ske snabbare och mer effektivt.
I det här fallet använde det kinesiska teamet något som kallas en dual-atom catalyst (DAC). Detta skiljer sig från traditionella katalysatorer som tenderar att använda antingen enatomsmaterial eller nanopartiklar.
Mer arbete behövs
För omvandlingen av nitrat eller ammoniak är användningen av två komplementära atomer nyckeln för fler-stegsprocesser som denna. Detta beror på att det atomära "tagteamet" bättre tillåter elektronöverföringar, mellanliggande molekyler, bindningsbrytning och bindningsbildning.
Intressant nog använde teamet också artificiell intelligens (AI) för att hitta de bästa atomparen för jobbet. Så istället för att köra tusentals fysiska försök-och-fel, hjälpte AI dem att begränsa de bästa möjligheterna att testa, vilket sparade många timmars bortkastad tid.
Och detta gav verkligen resultat. Enligt teamet är katalysatorn nästan tre gånger effektivare än andra liknande katalysatorer. Om det är sant betyder det att det kan producera mycket högre ammoniakavkastning, omvandlingshastigheter och mindre avfall.
Allt detta leder till mer valuta för pengarna samtidigt som man hanterar en mycket allvarlig förorening från industri och jordbruk. Ett genombrott, utan tvekan, men det är viktigt att notera att detta fortfarande pågår.
För närvarande har teamet bara lyckats visa upp katalysatorn under laboratorieförhållanden i små partier. Det är ännu inte bevisat om det kan fungera i den "verkliga världen", kan skalas, och om processen kan hantera varierande föroreningar utöver nitrat i foderavloppsvatten.
