Istraživači sa Sveučilišta u Tokiju razvili su novu metodu za proizvodnju amonijaka koristeći umjetnu fotosintezu, nudeći potencijalnu alternativu niskoenergetske alternative procesu Haber-Bosch-a. Tehnika oponaša prirodnu fiksaciju dušika cijanobakterijama i koristi atmosferski dušik, vodu i sunčevu svjetlost za sintezu amonijaka.
Amonijak je ključna komponenta u globalnoj poljoprivredi, koja se pretežno koristi u proizvodnji gnojiva koja se temelje na ureji. Trenutne metode industrijske proizvodnje odgovorne su za oko 2% globalnih emisija ugljičnog dioksida, uglavnom zbog njihove ovisnosti o fosilnim gorivima. Novi pristup koji je razvio japanski istraživački tim mogao bi značajno smanjiti trag okoliša proizvodnje amonijaka.
Proces, koji je vodio profesor Yoshiaki Nishibayashi na Odjelu za primijenjenu kemiju Sveučilišta u Tokiju, oslanja se na sustav dvostrukog katalizatora za pokretanje i održavanje reakcije pretvorbe. Fotokatalizator na bazi iridija, kad je izložen sunčevoj svjetlosti, aktivira spoj nazvan tercijarni fosfin, omogućavajući oksidaciju molekula vode. Ovaj korak proizvodi protone bitne za naknadno stvaranje amonijaka.
Istovremeno, katalizator na bazi molibdena aktivira dinitrogen iz zraka. Reakcija između dušika i protona nastalih iz vode rezultira stvaranjem molekula amonijaka. Proces daje samo kisik kao nusproizvod i, u optimalnim uvjetima, kombinira dva atoma dušika i tri molekule vode za proizvodnju dvije molekule amonijaka.
Istraživači navode da je novi reakcijski sustav postigao veću učinkovitost od prethodnih pokušaja fiksacije umjetnih dušika i može se djelovati na skali deset puta veći od prethodnih laboratorijskih demonstracija. Ovaj napredak sugerira da metoda ima potencijal za industrijsku primjenu, mada je potreban daljnji rad kako bi se optimiziralo reakcijske uvjete i poboljšala isplativost na skali.
S obzirom na to da se u poljoprivredi koristi preko 80% od 200 milijuna tona amonijaka koji se proizvode godišnje, ova bi inovacija mogla igrati kritičnu ulogu u promicanju održive proizvodnje gnojiva. Ako se komercijalizira, metoda može pomoći u smanjenju potrošnje energije i smanjenju emisija u jednom od najzanimljivijih sektora globalne proizvodnje hrane.
