Lazer teknolojisinin kullanılması, nitrojen fiksasyonu yönteminde devrim yaratarak ortam koşullarında amonyak sentezlemenin yeni bir yolunu sağladı. Son zamanlarda araştırmacılar, nitrojen-nitrojen üçlü bağını bozmak için ilk kez ticari bir CO2 lazeri kullandılar ve böylece Haber-Bosch sürecine yeni bir yeşil alternatif sağladılar.
Uluslararası araştırma ekibinin, lityum oksidi lityum metale dönüştürmek için bir lazer kullandığı ve daha sonra kendiliğinden havadaki nitrojenle reaksiyona girerek lityum nitrür oluşturduğu bildirildi. Bu tuz kolayca amonyağa hidrolize edilir ve bu da yöntemin rekor verimler kırmasına olanak tanır.
Almanya'daki Helmholtz Yenilenebilir Enerji Enstitüsü'nün ilk yazarı Huize Wang, "Çeşitli oksitlerin nitrürlere dönüşümünü kolaylaştırmak için yüksek enerjili lazerler kullanan öncü bir konsepti tanıttık" dedi.
"Oda sıcaklığında ve atmosfer basıncında benzeri görülmemiş verimler elde ettik. Bu sonuç, diğer yöntemlerle karşılaştırıldığında dikkate değer." Gerçek verim, elektrokimyasal ve mekanokimyasal yöntemler de dahil olmak üzere diğer son teknoloji çözümlerden iki kat daha yüksektir.
Bu, Haber-Bosch sürecinden potansiyel olarak daha sürdürülebilir olan yeşil amonyak üretimine yönelik tamamen yeni bir yaklaşımdır" dedi, Zürih, İsviçre'deki İsviçre Federal Teknoloji Enstitüsü'nde küçük moleküllerin elektrokimyasal dönüşümünde uzman olan Victor Mougel. " Haber -Bosch prosesi, yüksek sıcaklık ve basınçta çalışması nedeniyle oldukça enerji yoğun ve aynı zamanda CO2 emisyonuna da yol açıyor."
Ayrıca yeni yöntemin ortam koşullarında çalıştığı için "operasyonel esneklik ve çevresel faydalar sunduğunu" söyledi. İşlem aynı zamanda doğrudan ihtiyaç duyulan yerde amonyak üretebilir ve bu da nakliye maliyetlerini azaltır.
Ekip, lityum oksitten lityum metali üretmek üzere lityum-oksijen bağını ayırmak için yeterli enerjiyi sağlamak amacıyla kızılötesi bir lazer kullandı. Lityum metal havaya maruz kaldığında kendiliğinden nitrojenle birleşerek nitrojen-nitrojen üçlü kovalent bağını kırarak lityum nitrür üretir.
Ayrıca şöyle açıklıyor: "Daha sonra, lazerle üretilen lityum nitrürü hidrolize ederek amonyak ve lityum hidroksit elde ediyoruz. Ayrıca bu yöntem, kimyasal geri dönüşüm fırsatları da sağlıyor. Lazer, lityum hidroksitin tekrar lityum nitrüre dönüşümünü tetikleyerek, lityum nitrürü etkili bir şekilde sona erdirebilir. lityum döngüsü."
Şöyle ekledi: "Bu aynı zamanda başka bir yeni kavram haline geliyor: hidroksitin nitrüre dönüşümü."
Ancak Imperial College London'da (İngiltere) elektrokimya ve nitrojen fiksasyonu uzmanı olan Ifan Stephens şüpheci olmaya devam ediyor. Şöyle diyor: "Bu kadar yüksek verimin uzun vadede sürdürülebilir olacağı konusunda şüpheliyim. Ayrıca bunun sürekli bir süreçten ziyade toplu bir süreç olması fizibilitesini büyük ölçüde sınırlayacaktır. Elektrokimyasal tekniklerin buna izin vermesi gerçeği sürekli çalışma, daha yeni lazer kaynaklı yöntemlere göre önemli bir avantajdır."
Ayrıca lazerlerin enerji gereksinimleri, amonyak sentezinin arttırılmasında sorun teşkil edebilir. Şöyle ekledi: "Eğer uzak bölgelerde gübre olarak yalnızca küçük ölçekte amonyak üretiyorsanız, o zaman enerji verimliliği daha az önem kazanır."
Araştırmacılar, yöntemlerinin elektrokimyaya göre desolvasyon ve basitleştirme gibi önemli avantajlar sunduğunu ileri sürüyor. Ek olarak, ortaya çıkan tüm amonyak sentez yöntemleri, üretimin ölçeği büyüdükçe en büyük zorluklarla karşı karşıya kalır. Araştırmacılar, lityum oksit tozunu bir kafes yüzeyine dağıtarak ve ardından reaktif hücre dizisini birer birer lazerle ışınlayarak süreci büyütmeyi öngörüyorlar. Ayrıca araştırmacılar, magnezyum, alüminyum, çinko ve kalsiyum gibi diğer oksitlerin de daha düşük verimlerle de olsa benzer davranışlar sergilediğini gözlemledi.
Şöyle açıklıyor: "Bunun nedeni diğer oksitlerin ayrışmasının ve hidrolize edilmesinin daha zor olması olabilir." Bununla birlikte, alkalin ve alkalin toprak metallerinin nitrojene karşı reaktivitesi umut verici görünmektedir. "Son araştırmalarımız, magnezyum ve kalsiyum gibi daha bol bulunan metallerin de nitrojeni parçalayabildiğini gösteriyor."
