Johannes Seiler, Bonn Universiteti

Lisa Lock tərəfindən redaktə edilmiş , Robert Eqan tərəfindən nəzərdən keçirilmişdir

 Redaktorların qeydləriReaktorun ümumi görünüşü. Kredit: Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-62088-z

Bəşəriyyətin ammonyak üçün doyumsuz bir iştahı var: Bu maddə gübrə hazırlamaq üçün istifadə olunur, bu da öz növbəsində ən müasir kənd təsərrüfatında istifadə olunur. İndiyədək tükənməz görünən atmosferdən azot çıxarmaq və ammonyak şəklində bağlamaq üçün Haber-Bosch prosesi seçilmiş üsul olub. Lakin bu üsul son dərəcə böyük miqdarda metan qazı və enerji tələb edir.

Bonn Universitetindən professor Nikolay Kornienko bərpa olunan enerji mənbələrindən ammonyak istehsalı üçün daha iqlimə uyğun alternativ kəşf edib. Tapıntılar Nature Communications jurnalında dərc olunub .

Cənnət bağında olduğu kimi, taxıl, çuğundur və kartof mümkün qədər bol cücərməlidir ki, boşqablar yaxşı dolsun. Bu, müntəzəm gübrələmə ilə, xüsusən də azotla təmin edilir. Heç vaxt quruyan görünməyən qida mənbəyi. 20-ci əsrin əvvəllərində Fritz Haber və Karl Boş tükənməz görünən havadan azot çıxaran bir proses hazırladılar. Bu nailiyyət onlara 1918-ci ildə kimya üzrə Nobel mükafatı qazandırdı.

Dəmir əsaslı katalizatordan, çox yüksək təzyiqdən və 500 dərəcə Selsiyə qədər temperaturdan istifadə edərək, Haber-Bosch prosesi azotu havadan hidrogenə bağlayır və ammonyak istehsal edir. Bundan başqa, bəzi bitkilər atmosfer azotunu köklərindəki kiçik bakteriyalarla bağlamaq və onu böyümələri üçün əlçatan etmək sənətinə də yiyələnirlər. Ancaq yaşıl bitkilər bunu iqlimə uyğun olmayan şəkildə edirlər, halbuki insanlar bunu hələ bacarmayıb.

Bonn Universitetinin Qeyri-üzvi Kimya İnstitutundan Prof. Dr. Nikolay Kornienko deyir: “Haber-Bosch prosesi son dərəcə enerji tələb edir. Ammonyak istehsalı əsasən qalıq yanacaqlara əsaslanır, yəni istixana qazı emissiyaları müvafiq olaraq yüksəkdir.

Bonn Universitetində “Materiya” transdisiplinar tədqiqat sahəsinin üzvü olan Kornienko deyir: “Dayanıqlı və iqlimə uyğun olmayan bir cəmiyyətin məqsədinə nail olmaq üçün alternativ ammonyak sintezi proseslərinin axtarışı prioritetdir”.

Günəşdən və küləkdən azot gübrəsi

Alternativ üsullar? Bunlar bir müddətdir sınaqdan keçirilib. Məqsəd Haber-Bosch ammiak sintezini günəş və külək kimi mənbələrdən bərpa olunan enerjidən istifadə edən bir proseslə əvəz etməkdir. Tələb olunan hidrogen daha sonra metan qazından gəlməyəcək, suyun (H ₂ O) hidrogenə (H ₂ ) və oksigenə (O ₂ ) elektriklə parçalanmasından birbaşa əldə ediləcəkdir.

Sadə səslənir? deyil. Külək və günəş enerjisindən istifadə edərək geniş miqyasda ammonyak istehsal etmək istəyən hər kəs kimyəvi reaksiya yollarında bir sıra tələlərdən keçməlidir.

Tədqiqatın aparıcı müəllifi Hossein Bemana deyir: “Litium vasitəçiliyi ilə həyata keçirilən azotun azaldılması reaksiyası (LiNRR) ammonyak sintezini elektrikləşdirməyin ən etibarlı yolu hesab olunur”. Bu sistemdə litium ionları (Li ⁺ ) elektrokimyəvi yolla litium metal təbəqəsinə qədər azaldılır. Bu litium metal daha sonra litium-azot birləşməsini yaratmaq üçün azot qazı (N _{2 ) ilə reaksiya verə bilər.}

Hidrogen mənbəyi varsa, litium-azot birləşməsi ammonyak (NH3 ₎ və həll olunmuş litium ionlarına çevrilir. Sonra proses yenidən başlayır. Ən azından nəzəriyyə budur.

Kornienko deyir: “Biz ümumiyyətlə bu sistemə hələlik bir model kimi baxırıq, çünki bir sıra praktiki çətinliklər var”. Litium ionlarını metal litiuma endirmək üçün yüksək gərginlik tələb olunduğundan enerji səmərəliliyi təxminən 25% ilə məhdudlaşır.

Bundan əlavə, litium metal yüksək reaktiv olduğu üçün sistem hava və susuz mühitdə işləməlidir. Başqa bir problem, akkumulyatorlar kimi, litium təbəqəsində məsaməli bərk elektrolit interfazası (SEI) böyüməsidir. Bu təbəqə azot qazı və hidrogenin litiumun reaktivləri kimi keçməsinə imkan verməlidir.

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklər əldə edin .

Səhv şey qurban verilir

İdeal olaraq, hidrogen birbaşa suyun parçalanmasından gəlir. Bununla belə, bu sistemdə adətən hidrogen mənbəyi kimi spirtlər istifadə olunur. Bəzi hallarda, həlledici də parçalanır və sonra özü hidrogen mənbəyi kimi xidmət edir. “Bu, sistemi qeyri-mümkün edir, çünki ammonium istehsal etmək üçün bir neçə spirt və ya həlledici molekulu qurban vermək lazımdır” dedi kimyaçı.

Bununla belə, tədqiqatçılar suyun parçalanmasından birbaşa hidrogeni çıxarmaq və onu azota ötürmək üsulunu tapıblar. Həm elektrod, həm də membran kimi palladium (Pd) folqa istifadə etdilər. “Palladium membran rolunu oynaya bilər, çünki o, hidrogen atomlarının keçməsinə imkan verir”, – Kornienko bildirir.

Təcrübədə Pd folqa LiNRR reaksiyalarının baş verdiyi susuz reaksiya mühitini su əsaslı reaksiya mühitindən ayırdı. “Sonunda biz hidrogen atomlarını elektrokimyəvi yolla birbaşa sudan çıxara və ammonyak istehsal etmək üçün onları reaktiv litium/ litium -azot materialına köçürə bildik” dedi kimyaçı.

Tədqiqatçılar bunun həqiqətən nəzərdə tutulduğu kimi işlədiyini yoxlamaq üçün infraqırmızı spektroskopiya və kütləvi spektrometriyadan istifadə etdilər. Su mənbəyi kimi hidrogenin ağır izotopundan (deyterium = D) istifadə etdilər və NH ₃ əvəzinə ND ₃ istehsal etdilər . Əksinə, tədqiqatçılar LiNRR bölməsindəki bütün molekulları H əvəzinə D ilə etiketlədilər – istədiyiniz kimi, NH ₃ əvvəlki kimi ND ₃ deyil, bu vəziyyətdə istehsal edildi .

Bemana və Kornienko artıq bu proses üçün patent ərizəsi veriblər. Tədqiqat qrupu ammonyak (NH ₃ ) istehsal etmək üçün təcrübələri üçün yalnız elektrikdən istifadə etdi . Bununla belə, bərpa olunan enerji mənbələrindən istənilən azot gübrəsinin iqtisadi cəhətdən istehsal edilməsinə qədər hələ çox uzun bir yol var . Buna nail olmaq üçün alimlər indiki təcrübələrindən 1000 dəfə çox məhsul əldə etməli olacaqlar. “Biz hələ ilkin mərhələdəyik” deyir kimyaçı. “Ümumiyyətlə, sistemin reaksiya sürətləri və seçiciliyi – elektronların istənilən hədəfə nəzarəti üzərində tədqiqat aparılmalıdır.”

Daha çox məlumat: Hossein Bemana et al, İnteqrasiya edilmiş palladium membran hidrogenləşdirmə reaktoru vasitəsilə litium vasitəçiliyi ilə azotun azaldılmasının sürətləndirilməsi, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-62088-z

Jurnal məlumatı: Nature Communications 

Bonn Universiteti tərəfindən təmin edilmişdir