Đột phá của Trung Quốc biến nước thải ô nhiễm thành amoniac để sản xuất phân bón
Một nhóm nghiên cứu Trung Quốc đã phát triển phương pháp chuyển nitrat trong nước thải thành amoniac. Được sử dụng làm thành phần cốt lõi trong phân bón urê, quy trình xử lý chất thải-thành-tài nguyên mới này rẻ hơn, tiết kiệm năng lượng-và là một yếu tố thay đổi cuộc chơi{4}}.
Hiện nay, nước thải nông nghiệp và công nghiệp thường chứa một lượng lớn nitrat. Điều này xuất phát từ những thứ như phân bón đã qua sử dụng, chất thải động vật, chất thải nhà máy hóa chất và xử lý nước thải.
Quá nhiều chất này có thể là thảm họa đối với hệ sinh thái địa phương, dẫn đến các vấn đề như tảo nở hoa. Những điều này lần lượt dẫn đến các vùng chết trong đường thủy, nơi nồng độ oxy giảm xuống, giết chết các sinh vật dưới nước như cá.
Nó cũng có thể dẫn đến ô nhiễm nước ngầm và các nguy cơ sức khỏe liên quan đến con người và động vật. Để giải quyết vấn đề này, hầu hết các quốc gia đều có xu hướng xử lý nước thải để loại bỏ nitrat, nhưng cách này tốn kém và{1}}tốn nhiều năng lượng.
Tuy nhiên, điều này có thể thiếu một thủ thuật vì nitrat chứa một lượng lớn nitơ, thành phần quan trọng của phân bón ngay từ đầu. Vì vậy, một nhóm người Trung Quốc đã quyết định tìm cách khai thác nguồn tài nguyên tiềm năng to lớn này.
Đột phá về chất thải-thành-phân bón
Amoniac, trong trường hợp bạn chưa biết, là một trong những hóa chất công nghiệp quan trọng nhất thế giới. Nó được sử dụng để chế tạo những thứ như phân bón, chất nổ, hóa chất, chất làm lạnh và các hệ thống năng lượng hydro trong tương lai.
Tuy nhiên, việc chuyển đổi nó thành các hóa chất này thường rất tốn kém và{0}}tốn nhiều năng lượng. Điều này thường được thực hiện bằng cách sử dụng quy trình Haber–Bosch, trộn lẫn nitơ nguyên chất và hydro để tạo ra amoniac.
Quá trình này đòi hỏi nhiệt độ và áp suất rất cao, thường đạt được bằng cách sử dụng khí tự nhiên. Theo một số báo cáo, trên toàn cầu, việc này tiêu tốn khoảng 1-2% lượng tiêu thụ năng lượng toàn cầu.
Vì vậy, nếu bạn có thể tạo ra amoniac từ chất thải nitrat, bạn có thể giảm ô nhiễm, giảm sử dụng năng lượng và giảm sự phụ thuộc vào nguyên liệu nhập khẩu. Do đó, nó có thể tạo ra một dạng sản xuất phân bón tuần hoàn, và đó là một vấn đề lớn.
Cốt lõi của khám phá này là một siêu chất xúc tác mới hỗ trợ quá trình này. Trong trường hợp bạn chưa biết, đây là những vật liệu đặc biệt giúp phản ứng hóa học diễn ra nhanh hơn và hiệu quả hơn.
Trong trường hợp này, nhóm Trung Quốc đã sử dụng một thứ gọi là chất xúc tác nguyên tử kép (DAC). Điều này khác với các chất xúc tác truyền thống có xu hướng sử dụng vật liệu nguyên tử đơn hoặc hạt nano.
Cần thêm công việc
Để chuyển đổi nitrat hoặc amoniac, việc sử dụng hai nguyên tử bổ sung là chìa khóa cho các quy trình gồm-bước như thế này. Điều này là do "nhóm gắn thẻ" nguyên tử cho phép chuyển điện tử, phân tử trung gian, phá vỡ liên kết và hình thành liên kết tốt hơn.
Điều thú vị là nhóm nghiên cứu còn sử dụng trí tuệ nhân tạo (AI) để giúp tìm ra các cặp nguyên tử tốt nhất cho công việc. Vì vậy, thay vì chạy hàng nghìn thử nghiệm vật lý-}và-sai sót, AI đã giúp họ thu hẹp những tiềm năng tốt nhất để thử nghiệm, tiết kiệm nhiều giờ lãng phí.
Và điều này thực sự đã được đền đáp. Theo nhóm nghiên cứu, chất xúc tác này có hiệu quả gần gấp ba lần so với các chất xúc tác tương tự khác. Nếu đúng, điều đó có nghĩa là nó có thể tạo ra sản lượng amoniac, tỷ lệ chuyển đổi cao hơn nhiều và ít chất thải hơn.
Tất cả điều đó có nghĩa là bạn sẽ kiếm được nhiều tiền hơn đồng thời xử lý chất gây ô nhiễm công nghiệp và nông nghiệp rất nghiêm trọng. Không còn nghi ngờ gì nữa, đó là một bước đột phá, nhưng điều quan trọng cần lưu ý là việc này vẫn đang được tiến hành.
Hiện tại, nhóm nghiên cứu chỉ mới thử nghiệm được chất xúc tác này trong điều kiện phòng thí nghiệm với số lượng nhỏ. Người ta vẫn chưa chứng minh được liệu nó có thể hoạt động trong “thế giới thực”, có thể mở rộng quy mô hay không và liệu quy trình này có thể xử lý các chất gây ô nhiễm khác nhau ngoài nitrat trong nước thải thức ăn chăn nuôi hay không.
