Použitie laserovej technológie spôsobilo revolúciu v metóde fixácie dusíka a poskytlo nový spôsob syntézy amoniaku v okolitých podmienkach. Nedávno vedci prvýkrát použili komerčný CO2 laser na prerušenie trojitej väzby dusík-dusík, čím poskytli novú zelenú alternatívu k Haber-Boschovmu procesu.
Medzinárodný výskumný tím údajne použil laser na premenu oxidu lítneho na kov lítia, ktorý potom spontánne reagoval s dusíkom vo vzduchu za vzniku nitridu lítneho. Táto soľ sa ľahko hydrolyzuje na amoniak, čo umožňuje tejto metóde prekonať rekordné výťažky.
Huize Wang, prvý autor z Helmholtzovho inštitútu pre obnoviteľnú energiu v Nemecku, povedal: "Zaviedli sme priekopnícky koncept, ktorý využíva vysokoenergetické lasery na uľahčenie konverzie rôznych oxidov na nitridy."
Dodal: "Dosiahli sme bezprecedentné výťažky pri izbovej teplote a atmosférickom tlaku. Tento výsledok je pozoruhodný v porovnaní s inými metódami." Skutočná výťažnosť je o dva rády vyššia ako u iných najmodernejších riešení vrátane elektrochemických a mechanochemických metód.
Ide o úplne nový prístup k výrobe zeleného amoniaku, ktorý je potenciálne udržateľnejší ako Haber-Boschov proces,“ povedal Victor Mougel, odborník na elektrochemickú konverziu malých molekúl zo Švajčiarskeho federálneho technologického inštitútu v Zürichu vo Švajčiarsku. Proces Haber-Bosch je energeticky veľmi náročný, pretože pracuje pri vysokých teplotách a tlakoch a vedie aj k emisiám CO2.“
Okrem toho povedal, že nová metóda „ponúka prevádzkovú flexibilitu a environmentálne výhody“, pretože funguje v okolitých podmienkach. Proces môže tiež produkovať amoniak priamo tam, kde je to potrebné, čo znižuje náklady na dopravu.
Tím použil infračervený laser na poskytnutie dostatočnej energie na disociáciu väzby lítium-kyslík na výrobu kovového lítia z oxidu lítneho. Keď je lítium vystavené vzduchu, spontánne sa spája s dusíkom, čím sa preruší trojitá kovalentná väzba dusík-dusík za vzniku nitridu lítneho.
Ďalej vysvetľuje: "Ďalej získame amoniak a hydroxid lítny hydrolýzou laserom generovaného nitridu lítneho. Okrem toho táto metóda poskytuje príležitosti na chemickú recykláciu. Laser môže vyvolať konverziu hydroxidu lítneho späť na nitrid lítny, čím sa účinne ukončí lítiový cyklus“.
Dodal: "Toto sa súčasne stáva ďalším novým konceptom - konverziou hydroxidu na nitrid."
Ifan Stephens, odborník na elektrochémiu a fixáciu dusíka z Imperial College London (UK), však zostáva skeptický. Hovorí: "Som skeptický, že takéto vysoké výnosy budú dlhodobo udržateľné. Navyše skutočnosť, že ide skôr o vsádzkový proces ako o kontinuálny proces, značne obmedzí jeho realizovateľnosť. Skutočnosť, že elektrochemické techniky umožňujú nepretržitá prevádzka je významnou výhodou oproti novším laserom indukovaným metódam.“
Okrem toho by energetické požiadavky laserov mohli predstavovať problém pri zvyšovaní syntézy amoniaku. Dodal: "Ak vyrábate čpavok len v malom meradle ako hnojivo v odľahlých oblastiach, energetická účinnosť sa stáva menej dôležitou."
Výskumníci naznačujú, že ich metóda ponúka významné výhody oproti elektrochémii, ako je desolvatácia a zjednodušenie. Okrem toho všetky vznikajúce metódy syntézy amoniaku čelia najväčším výzvam, keď sa výroba zvyšuje. Vedci si predstavujú rozšírenie procesu distribúciou prášku oxidu lítneho na povrch mriežky a následným ožiarením radu reaktívnych buniek jeden po druhom laserom. Okrem toho vedci pozorovali, že iné oxidy vykazovali podobné správanie, ako napríklad horčík, hliník, zinok a vápnik, aj keď v nižších výťažkoch.
Vysvetľuje: "Môže to byť spôsobené tým, že iné oxidy sa ťažšie disociujú a hydrolyzujú." Reaktivita alkalických kovov a kovov alkalických zemín voči dusíku sa však javí ako sľubná. Hovorí: "Náš nedávny výskum ukazuje, že kovy, ako je horčík a vápnik, môžu tiež rozkladať dusík."
