Chinese doorbraak zet vervuild afvalwater om in ammoniak voor de productie van kunstmest
Een Chinees team heeft een methode ontwikkeld om nitraat in afvalwater om te zetten in ammoniak. Dit nieuwe proces van afval-naar-grondstoffen wordt gebruikt als hoofdingrediënt in ureummeststof en is goedkoper, energie-efficiënt en een soort gamechanger-.
Momenteel bevat het afvoerwater van de landbouw en de industrie vaak grote hoeveelheden nitraat. Dit komt van zaken als gebruikte kunstmest, dierlijk afval, afval van chemische fabrieken en rioolwaterzuivering.
Een teveel ervan kan rampzalig zijn voor de lokale ecosystemen, wat kan leiden tot problemen als algenbloei. Deze leiden op hun beurt tot dode zones in waterwegen waar het zuurstofniveau daalt, waardoor waterorganismen zoals vissen worden gedood.
Het kan ook leiden tot grondwaterverontreiniging en daarmee samenhangende gezondheidsrisico's voor mens en dier. Om dit tegen te gaan, hebben de meeste landen de neiging afvalwater te behandelen om nitraat te verwijderen, maar dit is duur en energie-intensief.
Maar dit zou een truc kunnen zijn, aangezien het nitraat grote hoeveelheden stikstof bevat, in de eerste plaats een belangrijk onderdeel van kunstmest. Daarom besloot een Chinees team een manier te vinden om deze enorme potentiële hulpbron aan te boren.
Doorbraak van afval-naar-kunstmest
Ammoniak is, voor het geval u het niet weet, een van de belangrijkste industriële chemicaliën ter wereld. Het wordt gebruikt om zaken als kunstmest, explosieven, chemicaliën, koelmiddelen en mogelijk toekomstige waterstofenergiesystemen te maken.
Het omzetten ervan in deze chemicaliën is normaal gesproken echter erg duur en energie-intensief. Dit gebeurt meestal met behulp van het Haber-Bosch-proces, waarbij pure stikstof en waterstof worden gemengd om ammoniak te maken.
Dit proces vereist zeer hoge temperaturen en drukken, die doorgaans worden bereikt door gebruik te maken van aardgas. Volgens sommige rapporten verbruikt dit wereldwijd ongeveer 1-2% van het mondiale energieverbruik.
Dus als je in plaats daarvan ammoniak kunt maken uit afvalnitraat, kun je mogelijk de vervuiling verminderen, het energieverbruik verminderen en de afhankelijkheid van geïmporteerde grondstoffen verminderen. Het zou daarom een soort circulaire kunstmestproductie kunnen opleveren, en dat is een groot probleem.
De kern van de ontdekking is een nieuwe superkatalysator die het proces helpt. Voor het geval je het nog niet weet: dit zijn speciale materialen die ervoor zorgen dat een chemische reactie sneller en efficiënter verloopt.
In dit geval gebruikte het Chinese team iets dat een dual-atomenkatalysator (DAC) wordt genoemd. Dit verschilt van traditionele katalysatoren die de neiging hebben om materialen met één atoom of nanodeeltjes te gebruiken.
Er is meer werk nodig
Voor de omzetting van nitraat in ammoniak is het gebruik van twee complementaire atomen essentieel voor dit soort meerstapsprocessen. Dit komt omdat het atomaire ‘tagteam’ beter elektronenoverdrachten, tussenmoleculen, het verbreken van bindingen en het vormen van bindingen mogelijk maakt.
Interessant genoeg gebruikte het team ook kunstmatige intelligentie (AI) om de beste atoomparen voor de klus te helpen vinden. Dus in plaats van duizenden fysieke experimenten met vallen en opstaan- uit te voeren, hielp de AI hen de beste mogelijkheden te bepalen om te testen, waardoor vele uren verspilde tijd werden bespaard.
En dit heeft echt zijn vruchten afgeworpen. Volgens het team is de katalysator bijna drie keer efficiënter dan andere vergelijkbare katalysatoren. Als dat waar is, betekent dit dat het veel hogere ammoniakopbrengsten, conversiepercentages en minder afval zou kunnen opleveren.
Dat vertaalt zich allemaal in meer waar voor uw geld, terwijl u ook te maken krijgt met een zeer ernstige industriële en agrarische vervuilende stof. Ongetwijfeld een doorbraak, maar het is belangrijk op te merken dat dit nog steeds werk in uitvoering is.
Momenteel is het team er alleen in geslaagd om de katalysator in kleine batches onder laboratoriumomstandigheden te demonstreren. Het moet nog worden bewezen of het in de ‘echte wereld’ kan werken, kan worden opgeschaald en of het proces verschillende verontreinigingen kan verwerken die verder gaan dan nitraat in voedingsafvalwater.
