Chinesischer Durchbruch verwandelt verschmutztes Abwasser in Ammoniak für die Düngemittelproduktion
Ein chinesisches Team hat eine Methode entwickelt, um Nitrat im Abwasser in Ammoniak umzuwandeln. Dieses neue Abfall-{1}}zu-Ressourcenverfahren, das als Hauptbestandteil von Harnstoffdünger verwendet wird, ist kostengünstiger, energieeffizient-und bahnbrechend.
Heutzutage enthalten landwirtschaftliche und industrielle Abwässer oft große Mengen an Nitrat. Dies stammt beispielsweise aus gebrauchten Düngemitteln, tierischen Abfällen, Abfällen chemischer Anlagen und der Abwasseraufbereitung.
Zu viel davon kann für die lokalen Ökosysteme katastrophal sein und zu Problemen wie Algenblüten führen. Diese wiederum führen zu toten Zonen in Gewässern, in denen der Sauerstoffgehalt sinkt und Wasserorganismen wie Fische sterben.
Es kann auch zu einer Grundwasserverschmutzung und damit verbundenen Gesundheitsrisiken für Menschen und Tiere führen. Um dem entgegenzuwirken, tendieren die meisten Länder dazu, Abwasser zu behandeln, um Nitrat zu entfernen, aber das ist teuer und energieintensiv-.
Dabei könnte jedoch ein Trick übersehen werden, da das Nitrat große Mengen Stickstoff enthält, der in erster Linie ein wichtiger Bestandteil von Düngemitteln ist. Daher beschloss ein chinesisches Team, einen Weg zu finden, diese enorme potenzielle Ressource zu erschließen.
Durchbruch von Abfall-zu-Düngemitteln
Ammoniak ist, falls Sie es nicht wissen, eine der wichtigsten Industriechemikalien der Welt. Es wird zur Herstellung von Düngemitteln, Sprengstoffen, Chemikalien, Kältemitteln und möglicherweise zukünftigen Wasserstoff-Energiesystemen verwendet.
Allerdings ist die Umwandlung in diese Chemikalien normalerweise sehr teuer und energieintensiv. Dies erfolgt typischerweise mithilfe des sogenannten Haber-Bosch-Verfahrens, bei dem reiner Stickstoff und Wasserstoff zu Ammoniak gemischt werden.
Dieser Prozess erfordert sehr hohe Temperaturen und Drücke, die typischerweise durch die Verwendung von Erdgas erreicht werden. Berichten zufolge verbraucht dies weltweit etwa 1-2 % des weltweiten Energieverbrauchs.
Wenn Sie also stattdessen Ammoniak aus Abfallnitrat herstellen können, reduzieren Sie möglicherweise die Umweltverschmutzung, senken den Energieverbrauch und verringern die Abhängigkeit von importierten Rohstoffen. Es könnte also eine Art Kreislaufwirtschaft für die Düngemittelproduktion entstehen, und das ist eine große Sache.
Der Kern der Entdeckung ist ein neuer Superkatalysator, der den Prozess unterstützt. Falls Sie es nicht wissen, handelt es sich hierbei um spezielle Materialien, die dazu beitragen, dass eine chemische Reaktion schneller und effizienter abläuft.
In diesem Fall verwendete das chinesische Team einen sogenannten Dual-{0}Atom-Katalysator (DAC). Dies unterscheidet sich von herkömmlichen Katalysatoren, die entweder Einzelatommaterialien oder Nanopartikel verwenden.
Mehr Arbeit nötig
Für die Umwandlung von Nitrat in Ammoniak ist die Verwendung zweier komplementärer Atome der Schlüssel für mehrstufige Prozesse wie diesen. Dies liegt daran, dass das atomare „Tag-Team“ Elektronentransfers, Zwischenmoleküle, Bindungsbruch und Bindungsbildung besser ermöglicht.
Interessanterweise nutzte das Team auch künstliche Intelligenz (KI), um die besten Atompaare für diese Aufgabe zu finden. Anstatt also Tausende physikalischer Versuche-und-versuche durchführen zu müssen, half ihnen die KI dabei, die besten Testpotenziale einzugrenzen und so viele Stunden verschwendeter Zeit einzusparen.
Und das hat sich wirklich gelohnt. Nach Angaben des Teams ist der Katalysator fast dreimal effizienter als andere ähnliche Katalysatoren. Wenn dies zutrifft, bedeutet dies, dass viel höhere Ammoniakausbeuten, Umwandlungsraten und weniger Abfall entstehen könnten.
Das alles bedeutet mehr für Ihr Geld und gleichzeitig den Umgang mit einem sehr ernsten industriellen und landwirtschaftlichen Schadstoff. Zweifellos ein Durchbruch, aber es ist wichtig zu beachten, dass daran noch gearbeitet wird.
Bisher ist es dem Team nur gelungen, den Katalysator in kleinen Mengen unter Laborbedingungen vorzuführen. Es muss noch bewiesen werden, ob es in der „realen Welt“ funktionieren kann, skaliert werden kann und ob das Verfahren mit unterschiedlichen Verunreinigungen über Nitrat hinaus in Futterabwässern umgehen kann.
