تولید کود از آب‌های زیرزمینی‌ آلوده

آفتاب‌‌نیوز :

دانشجوی دکترا فیب ون لانگولد(Phebe van Langevelde) و پروفسور مارک کوپر(Marc Koper) از موسسه‌ی شیمی لیدین(Leiden) به همراه همکاران آلمانی‌شان مقاله‌ای در تاریخ ۲۶ ژانویه ۲۰۲۱ در مجله‌ی(possibilities) منتشر کردند که طبق آن این امکان وجود دارد که با حذف نیترات از آب‌های زیرزمینی آلوده بتوان همزمان آمونیاک را به صورت پایدار تولید کرد.

یک تیر و دو نشان

نیترات آلودگی‌ است که از صنعت، خودروها و کشاورزی ناشی می‌شود. نیترات یک ترکیب نیتروژنی(NO۳) است.

مهندسان محیط زیست به دنبال راهی برای تبدیل آن به نیتروژن(N۲) هستند، اما این کار ساده نیست. آمونیاک یک ترکیب نیتروژنی(NH۳) و یک ماده کمیاب در شیمی است که به عنوان کود مورد استفاده قرار می گیرد و از گاز نیتروژن ساخته می شود. اما فرآیند تولید آن نیازمند دماهای بالا و در نتیجه مصرف سوخت‌های فسیلی است. فیب می‌گوید: یک راه‌حل برای این مشکل ترکیب دو فرآیند و تبدیل نیترات مستقیم به آمونیاک است.

باکتری‌ها در برابر الکتروشیمی

روش کنونی تبدیل نیترات به گاز نیتروژن با استفاده از باکتری‌ها انجام می‌گیرد. الکتروشیمی می‌تواند جایگزین ارزان‌تر و بهتری باشد. ماده اولیه در محلولی حاوی دو الکترود که با کاتالیزور پوشانده شده‌اند حل می‌شود. هنگامی که ولتاژ بالا به الکترودها داده می‌شود در سطح آن‌ها واکنش‌هایی اتفاق می‌افتد که بستگی به نوع کاتالیزور روی سطح الکترودها دارد. تاکنون این امکان که نیترات را به گاز نیتروژن تبدیل کنیم از این طریق وجود نداشت. ون لنگولد می‌گوید: به نظر می‌رسد راه ساده‌تر تبدیل نیترات به آمونیاک باشد زیرا کاتالیزورهای مناسب آن در چند سال اخیر طراحی شده‌اند.

پایدار و ایمن

این روش نه تنها راه بهتری برای حذف نیترات از آب آلوده است، بلکه یک جایگزین سازگار با محیط زیست برای تولید آمونیاک نیز می‌باشد. فرآیند فعلی مصرف انرژی مبتنی بر گاز نیتروژن، فرآیند هابر- بوش(Haber-Bosch) است، یک فناوری پیشرفته که بیش از یک قرن است که از آن استفاده می‌شود. جایگزین کردن آن دشوار خواهد بود. اما روش الکتروشیمیایی حاصل از نیترات می‌تواند ارزان‌تر و بهتر از روش هابر-بوش باشد. این فرآیند در دمای محیط انجام می‌شود و انرژی خود را از طریق برق تأمین می‌کند و می‌تواند به طور پایداری تولید شود. همچنین اندازه‌ی کوچکی دارد و به صورت محلی قابل استفاده است. ون لانگولد می‌گوید: "بنابراین نیاز نیست مقادیر زیادی از محصولات را با خطرات ایمنی مربوطه ذخیره کنید. به عنوان مثال انفجار بیروت در نتیجه‌ی ذخیره‌ی میزان زیادی از کود بود.

تحقیقات تکمیلی

ون لانگولد خاطرنشان کرد قبل از اینکه از الکتروشیمی برای تبدیل نیترات به آمونیاک در عمل استفاده کنیم، تحقیقات اساسی دیگری نیز لازم است، به عنوان مثال تحقیق در مورد کاتالیزورهای مناسب و تشکیل مواد جانبی. و سوالی نیز مطرح می‌شود: کدام فاضلاب‌ها مناسب هستند؟ فاضلاب‌های نیروگاه‌های هسته‌ای و صنایع مناسبند اما حاوی مواد دیگری هستند که ممکن است روند کار را مختل کنند. و مقدار نیترات در آب‌های زیرزمینی آلوده برای این کار بسیار ناچیز است. گامی در جهت تامین نیترات مورد نیاز باید برداشته شود. بنابراین، هنوز موانعی وجود دارد، اما این رویکرد امیدوار کننده به نظر می‌رسد. و ممکن است به بهبود چرخه جهانی نیتروژن کمک کند.