Các nhà nghiên cứu từ Đại học Stanford và Đại học Dầu khí và Khoáng sản King Fahd đã phát triển một thiết bị đột phá có thể sản xuất amoniac trực tiếp từ không khí bằng năng lượng gió. Theo họ, công nghệ mới này nhằm mục đích thay thế quy trình Haber-Bosch vốn tiêu thụ một phần đáng kể năng lượng toàn cầu và góp phần tạo ra lượng khí thải carbon dioxide, có thể cách mạng hóa các hoạt động nông nghiệp và hạn chế tác động đến môi trường.
Ngành nông nghiệp, phụ thuộc nhiều vào phân bón tổng hợp, là nguồn phát thải chính khí nhà kính, chiếm khoảng 1/3 lượng khí thải theo Chương trình Môi trường Liên Hợp Quốc.
Thiết bị cải tiến này, được phát triển dưới sự lãnh đạo của Richard Zare, Giáo sư Marguerite Blake Wilbur về Khoa học Tự nhiên tại Stanford, đã chứng minh tính hiệu quả của nó bên ngoài giới hạn của phòng thí nghiệm. Zare giải thích: “Bước đột phá này cho phép chúng tôi khai thác nitơ trong không khí và sản xuất amoniac một cách bền vững. Đây là một bước quan trọng hướng tới cách tiếp cận phi tập trung và thân thiện với môi trường đối với nông nghiệp”.
Cơ chế hoạt động của thiết bị bao gồm không khí được hút qua lưới được phủ chất xúc tác chuyên dụng được tối ưu hóa cho các điều kiện môi trường như độ ẩm, tốc độ gió và thành phần khí quyển. Các chất xúc tác, bao gồm sự kết hợp của oxit sắt và polyme axit giàu flo và lưu huỳnh, tạo điều kiện thuận lợi cho việc sản xuất amoniac ở nhiệt độ phòng và áp suất khí quyển, do đó loại bỏ nhu cầu sử dụng năng lượng bên ngoài.
Xiaowei Song, tác giả chính của nghiên cứu và là nhà khoa học nghiên cứu hóa học tại Stanford, nhấn mạnh lợi ích môi trường của phương pháp này. Song lưu ý: “Phương pháp này làm giảm đáng kể lượng khí thải carbon trong quá trình sản xuất amoniac”. Trong các thử nghiệm, thiết bị đã cho thấy khả năng tạo ra nồng độ amoniac đủ để bón phân cho cây trồng trong nhà kính chỉ trong vòng hai giờ, bằng cách sử dụng hệ thống có bộ lọc đá vi mô và cơ chế tái chế nước.
Chanbasha Basheer từ Đại học King Fahd chỉ ra rằng thiết bị này, mặc dù đầy hứa hẹn nhưng sẽ cần khoảng hai đến ba năm phát triển thêm trước khi có thể đưa ra thị trường. Kế hoạch mở rộng quy mô công nghệ bao gồm việc sử dụng hệ thống lưới lớn hơn để nâng cao năng lực sản xuất amoniac.
Ngoài mục đích sử dụng chính là sản xuất phân bón, khả năng tạo ra amoniac của thiết bị - một hợp chất có mật độ năng lượng cao hơn hydro - còn mang đến những ứng dụng tiềm năng trong việc lưu trữ và vận chuyển năng lượng tái tạo. Điều này có thể mang lại lợi ích đáng kể cho các lĩnh vực như vận chuyển và sản xuất điện.
Được xuất bản trên tạp chí Science Advances vào ngày 13 tháng 12, nghiên cứu đã nhận được tài trợ từ Văn phòng Nghiên cứu Khoa học của Không quân Hoa Kỳ và Đại học Dầu khí và Khoáng sản King Fahd. Các nhà nghiên cứu hình dung việc tích hợp công nghệ này vào các hệ thống tưới tiêu, cho phép tạo ra phân bón tại chỗ, từ đó có thể hợp lý hóa đáng kể các hoạt động nông nghiệp.
