با تکنیکMIT نشان می‌دهد چگونه می‌توان آمونیاک را زیر زمین تولید کرد

آمونیاک پتانسیل عظیمی به عنوان سوخت آینده دارد، اما بیشتر روش های تولید کنونی آن، این ترکیب را به منبعی آلاینده برای انرژی تبدیل می کنند. تکنیک بدون انرژی MIT توسط پژوهشگران موسسه فناوری ماساچوست برای تولید آمونیاک در زیر زمین توسعه یافته که این یک روش نوآورانه و پیدار است. این تکنیک ها از واکنش های طبیعی بین معادل آهن و آب در اعماق زمین استفاده می کند تا آمونیا تولید کند، با استفاده از این روش بدون نیاز به انرژی خارجی و انتشار گازهای خارجی تولید می شوند. با این حال، یک روش جدید از MIT که ترکیب آمونیاک را با استفاده از سنگ های زمین و گرمای طبیعی آن استخراج می کند، این فرآیند را به شدت پاک تر کرده است.

آمونیاک چالش های کنونی تولید
در حال حاضر، آمونیاک دومین ماده شیمیایی پرمصرف در جهان است که حدود 80 درصد از آن به عنوان کود کشاورزی استفاده می شود. اما روش های فعلی تولید آمونیاک حدود 2 درصد از انرژی حاصل از سوخت های فسیلی (مثل نفت و گاز ) جهان را مصرف می کنند و حدود 1 درصد از انتشار گازهای گلخانه ای می شود که باعث تغییرات در آب و هوا است. به عبارت دیگر، برای تولید هر تن آمونیاک، حدود 2.4 تن دی‌اکسید کربن (CO2) منتشر می شوند.

پتانسیل سبز آمونیاک
پتانسیل سبز آمونیاک برای تولید ماده شیمیایی به طور پاک و بدون آلایندگی است. این ماده از ترکیب های نیتروژن و هیدروژن تشکیل شده است، در بخش انرژی نیز پتانسیل بالایی دارند. این آمونیاک می تواند بیش از 20 برابر انرژی به ازای هر وزن نسبت به باتری های لیتیومی کنونی ذخیره کند. همچنین، در صورتی که به درستی مدیریت شود، سوخت به صورت پاک می سوزد. بنابراین، تولید آمونیاک سبز می تواند نقش مهمی در تأمین نیازهای انرژی و کاهش انتشار کربن ایفا کند.

پیشرفت های اخیر در تولید آمونیاک سبز
پیشرفت در زمینه تولید آمونیاک سبز اخیراٌ به صورت جدی تأسعه یافته است. در آگوست سال 2024، سه شرکت انرژی دانمارکی اولین کارخانه آمونیاک سبز جهان را راه اندازی کردند که گفته می شود قادر است سالانه 5000 تن آمونیاک تولید کند و تنها از انرژی خورشیدی و بادی استفاده کنند. در سال 2026، اولین کشتی باری با سوخت آمونیاک پاک تولید خواهد شده، این پروژه به همراه اولین کامیون برقی بدون آلایندگی و اولین تراکتور با سوخت آمونیاک، پتانسیل سبز این سوخت را به نمایش می گذارند.

روش نوآورانه MIT
پژوهشگران برای نوآورانه ای MIT آمونیاک پاک تولید کرده اند که بدون نیاز به انرژی خارجی و بدون انتشار CO2 تولید کرد. مراحل درست کردن امونیاک پاک به شرح زیر است:

1. به جای استفاده از سوخت های فسیلی برای تولید آمونیاک، از گرما و فشار طبیعی زمین استفاده می شود.
2. پژوهشگران با تزریق آب های غنی از نیتروژن به سنگ های الیوین شرایط دما را بالا می برند.
3. با ایجاد فرآیندی که موجب تولیدی آمونیاک می شود و بدون نیاز به انرژی اضافی می توانید دی آکسید کربن تولید کنید.

ایده اولیه
به گفته نویسنده ارشد مطالعه (ایونتیم آبیت) سال 1980 در کشور غرب آفریقا برای اولین بار در چاه پر از گازهای هیدروژن که در جریان بود است پیدا کردند که ناشی از واکنش عمیق در زیر سطح زمین بین مواد شیمیایی و سنگ ها، آب است.

نویسنده ارشد آبیت می گوید: این لحظه ای بود که به ما الهام شود که ما می توانیم از زمین به عنوان یک کارخانه استفاده نماییم و از گرما و فشار آن برای تولید مواد شیمیایی ارزشمندی مانند آمونیاک به روش پاک تر بهره ببریم.

آزمایش مدل سازی
برای بررسی این موضوع، تیم آبیت یک سیستم مدل سازی ساختند که به آن ها امکان تزریق آب غنی شده از نیتروژن به مواد معدنی آهن دار مصنوعی را می داند. این مواد معدنی مصنوعی مشابه سنگ های موجود زیر سطح زمین طراحی شده بودند. نتیجه این آزمایش تولید آمونیاک بدون انتشار CO2 و بدون نیاز به انرژی خارجی بود.

در مرحله بعد، آن ها مواد مصنوعی را با الیوین، یک سنگ طبیعی غنی از آهن، جایگزین کردند. در این آزمایش، آن ها یک کاتالیزور مس اضافه کردند و سیستم را تا دمای 300 درجه سانتی‌گراد و 572 درجه فارنهایت گرم کردند تا شرایط دمای موجود در اعماق زمین را شبیه سازی کنند. این آزمایش نشاند داد مه نیتروژن موجود در آب با آهن واکنش نشان می دهد و هیدروژن پاک تولید می شود. بنابراین هیدروژن با نیتروژن واکنش نشان داده و آمونیاک ایجاد می شود، در این روش به ازای هر تن الیوین 1.8 کیلو گرم آمونیاک تولید می شود.

پتانسیل جهانی
آبیت معتقد بود که این سنگ ها در سراسر جهان وجود دارند، بنابراین این روش می تواند به طور گسترده در سراسر جهان اجرا شوند. با این حال، او اضافه کرد که سطح دیگری از پیچیدگی وجود دارد که باید آن را حل کنیم. این پیچیدگی شامل مشکلات احتمالی هنگام حفر عمیق زمین، تزریق آب غنی شده از نیتروژن، و مدیریت برهم کنش مایعات و گازهای تولید شده با بستر سنگی است.

گام های آینده
آبیت امیدوار است که کار اثبات مفهوم تیمش بتواند راهی جدید برای تولید آمونیاک سبز باز کند و امیدوار است که این سیستم را در دنیای واقعی در یک تا دو سال آینده آزمایش کند. او حتی پیشنهاد کرده است که این سیستم می تواند از نیتروژن موجود در فاضلاب نیز برای کارکرد بهره برداری کند.

نظرات کارشناسان
زمین شناس جفری الیس که در سازمان زمین شناسی ایالات متحده که در این مطالعه دخالتی نداشته می گوید: این یک پیشرفت مهم برای آینده توسعه پایدار است. در حالی که هنوز نیاز به تحقیقات بیشتری برای اعتبارسنجی این روش در مقیاس آزمایشی و تجاری وجود دارد، مفهومی که نشان داده شده واقعاً تحول آفرین است. رویکرد مهندسی یک سیستم برای بهینه سازی فرآیند طبیعی کاهش نیترات با آهن بسیار هوشمندانه است و احتمالاً به نوآوری های بیشتری در این مسیر منجر خواهد شد.