تمكَّن فريق بحثي يضم علماء من “جامعة طوكيو” من تطوير تقنية جديدة لإنتاج الأمونيا بكفاءة عالية وبطاقة منخفضة، مستخدمين عناصر طبيعية مثل النيتروجين الجوي والماء وضوء الشمس، وبمساعدة محفزين كيميائيين.
وبحسب دراسة حديثة، تعتمد هذه الطريقة على محاكاة عملية التمثيل الضوئي في النباتات، حيث يتم استخدام نوعين من المحفزات الكيميائية لتحفيز التفاعل دون الحاجة إلى طاقة عالية، أو انبعاثات كربونية كبيرة.
وتُعد الأمونيا مادة كيميائية أساسية في العديد من العمليات الزراعية والصناعية، غير أن طريقة إنتاجها التقليدية تستهلك كميات هائلة من الطاقة. كما تُعد عنصراً جوهرياً في صناعة الأسمدة التي تعتمد عليها محاصيل الغذاء العالمية.
لكن لفهم أهمية الأمونيا بشكل أعمق، فإن نحو 200 مليون طن تُنتَج سنوياً، يُخصص منها 80% لصناعة الأسمدة. وتُسهم هذه الصناعة وحدها في استهلاك نحو 2% من إجمالي الطاقة العالمية، كما تنتج كمية مماثلة من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون.
إنتاج الأمونيا
ويسعى العلماء إلى تطوير طرق أكثر استدامة لإنتاج الأمونيا، وهو ما نجح فيه فريق يوشياكي نيشيباياشي من قسم الكيمياء التطبيقية بجامعة طوكيو.
وفي هذه الدراسة، استخدم الباحثون نظاماً تحفيزياً يعتمد على ضوء الشمس لإنتاج الأمونيا من النيتروجين الجوي والماء.
ويعتمد التفاعل على محفزين رئيسيين: الأول يعتمد على معدن الموليبدينوم لتنشيط جزيئات النيتروجين، والثاني على معدن الإيريديوم لتحفيز تفاعل الماء باستخدام الطاقة الضوئية.
بالإضافة إلى ذلك، تلعب مركبات الفوسفين الثلاثي دوراً حاسماً في تسهيل استخلاص البروتونات من جزيئات الماء، والتي تتفاعل بعد ذلك مع النيتروجين لتكوين الأمونيا.
“كفاءة أعلى”
كما تمكَّن الفريق من تحقيق كفاءة تفاعل أعلى بعشر مرات مقارنة بالمحاولات السابقة، ما يشير إلى إمكانية تطبيق هذه الطريقة على نطاق صناعي واسع.
ومع ذلك، لا تزال هناك تحديات تتعلق بسلامة بعض المواد المستخدمة، مثل مركبات الفوسفين الثلاثي، والتي يمكن أن تكون سامة إذا تم تناولها.
ويعمل الباحثون حالياً على تطوير طرق لإعادة تدوير هذه المركبات، أو استبدالها ببدائل أكثر أماناً.
ويُعتبر هذا الإنجاز خطوة مهمة نحو تحقيق “الأمونيا الخضراء”، حيث تشبه عملية التمثيل الضوئي الاصطناعي.
وأضاف نيشيباياشي: “في النباتات، يتم إنتاج الأمونيا عبر تثبيت النيتروجين البيولوجي بواسطة البكتيريا الزرقاء، مع الاعتماد على التمثيل الضوئي. في دراستنا، نجحنا في محاكاة هذه العملية باستخدام ضوء الشمس والماء كمصادر للطاقة والبروتونات”.
ويمكن لهذا الابتكار أن يقلل من البصمة الكربونية لصناعة الأمونيا، ما يساهم في تحقيق أهداف الاستدامة العالمية. ومع مزيد من التطوير، قد يصبح هذا النظام حلاً واعداً لإنتاج الأمونيا بطريقة نظيفة وفعّالة في المستقبل.
