Tokijas universitātes pētnieki ir izstrādājuši jaunu metodi amonjaka iegūšanai, izmantojot mākslīgo fotosintēzi, piedāvājot potenciālu alternatīvu ar zemu enerģijas patēriņu oglekļa intensīvam Haber-Bosch procesam. Metode atdarina dabisko slāpekļa fiksāciju ar zilaļģēm, un, lai sintezētu amonjaku, tiek izmantota atmosfēras slāpekļa, ūdens un saules gaisma.
Amonjaks ir būtiska sastāvdaļa globālajā lauksaimniecībā, ko galvenokārt izmanto urīnvielas mēslošanas līdzekļu ražošanā. Pašreizējās rūpniecības ražošanas metodes ir atbildīgas par aptuveni 2% no globālajām oglekļa dioksīda emisijām, galvenokārt tāpēc, ka to atkarība no fosilā kurināmā. Japānas pētījumu grupas izstrādātā jaunā pieeja varētu ievērojami samazināt amonjaka ražošanas vides pēdas nospiedumu.
Process, kuru vada profesors Yoshiaki Nishibayashi Tokijas Universitātes Lietišķās ķīmijas departamentā, ir atkarīgs no divkāršā katalizatora sistēmas, lai sāktu un uzturētu pārveidošanas reakciju. Iridija bāzes fotokatalizators, kad tas tiek pakļauts saules gaismai, aktivizē savienojumu, ko sauc par terciāro fosfīnu, ļaujot oksidēt ūdens molekulas. Šis solis rada protonus, kas ir nepieciešami turpmākai amonjaka veidošanai.
Vienlaicīgi uz molibdēna bāzes katalizators aktivizē dinitrogēnu no gaisa. Reakcija starp slāpekli un protoniem, kas rodas no ūdens, izraisa amonjaka molekulu veidošanos. Process iegūst tikai skābekli kā blakusproduktu un optimālos apstākļos apvieno divus slāpekļa atomus un trīs ūdens molekulas, lai iegūtu divas amonjaka molekulas.
Pētnieki ziņo, ka jaunā reakcijas sistēma ir sasniegusi augstāku efektivitāti nekā iepriekšējie mākslīgā slāpekļa fiksācijas mēģinājumi, un to var darbināt skalā desmit reizes lielāka nekā iepriekšējās laboratorijas demonstrācijas. Šis progress liecina, ka metodei ir potenciāls rūpnieciskai pielietošanai, lai gan ir nepieciešams turpmāks darbs, lai optimizētu reakcijas apstākļus un uzlabotu izmaksu efektivitāti mērogā.
Ņemot vērā, ka vairāk nekā 80% no 200 miljoniem tonnu amonjaka, kas ražoti katru gadu, tiek izmantoti lauksaimniecībā, šai inovācijai varētu būt kritiska loma ilgtspējīgākas mēslošanas līdzekļu veicināšanā. Ja šī metode var palīdzēt samazināt enerģijas patēriņu un samazināt emisijas vienā no resursiem visaptverošākajām globālās pārtikas ražošanas nozarēm.
