Upotreba laserske tehnologije je revolucionirala metodu fiksacije dušika, pružajući novi način sinteze amonijaka u ambijentalnim uvjetima. Nedavno su istraživači prvi put koristili komercijalni CO2 laser kako bi poremetili trostruku vezu dušik-azot, čime su pružili novu zelenu alternativu Haber-Bosch procesu.
Međunarodni istraživački tim je navodno koristio laser za pretvaranje litijum oksida u litijum metal, koji je zatim spontano reagovao sa azotom u vazduhu i formirao litijum nitrid. Ova so se lako hidrolizira u amonijak, omogućavajući metodi da obori rekordne prinose.
Huize Wang, prvi autor sa Helmholtz instituta za obnovljivu energiju u Njemačkoj, rekao je: "Uveli smo pionirski koncept koji koristi visokoenergetske lasere kako bi olakšao pretvaranje različitih oksida u nitride."
Dodao je: "Ostvarili smo prinose bez presedana na sobnoj temperaturi i atmosferskom pritisku. Ovaj rezultat je izvanredan u poređenju s drugim metodama." Stvarni prinos je dva reda veličine veći od ostalih najsuvremenijih rješenja, uključujući elektrohemijske i mehanohemijske metode.
Ovo je potpuno novi pristup proizvodnji zelenog amonijaka, koji je potencijalno održiviji od Haber-Bosch procesa", rekao je Victor Mougel, stručnjak za elektrohemijsku konverziju malih molekula na Švicarskom federalnom institutu za tehnologiju u Cirihu, Švicarska. Haber-Bosch proces je veoma energetski intenzivan zbog činjenice da radi na visokim temperaturama i pritiscima, a dovodi i do emisije CO2."
Osim toga, rekao je, nova metoda "nudi operativnu fleksibilnost i koristi za okoliš" jer radi u ambijentalnim uvjetima. Proces također može proizvesti amonijak direktno tamo gdje je to potrebno, što smanjuje troškove transporta.
Tim je koristio infracrveni laser kako bi osigurao dovoljno energije za rastavljanje veze litijum-kiseonik kako bi se proizveo metalni litijum iz litijum oksida. Kada je izložen vazduhu, metal litijum se spontano kombinuje sa azotom, razbijajući trostruku kovalentnu vezu azot-azot dajući litijum nitrid.
On dalje objašnjava: "Dalje, dobijamo amonijak i litijum hidroksid hidrolizacijom laserski generisanog litijum nitrida. Osim toga, ova metoda pruža mogućnosti za hemijsku reciklažu. Laser može da izazove konverziju litijum hidroksida nazad u litijum nitrid, efektivno okončavajući litijumski ciklus."
Dodao je: "Ovo istovremeno postaje još jedan novi koncept - konverzija hidroksida u nitrid."
Međutim, Ifan Stephens, stručnjak za elektrohemiju i fiksaciju dušika na Imperial College London (UK), i dalje je skeptičan. On kaže: "Skeptičan sam da će tako visoki prinosi biti dugoročno održivi. Osim toga, činjenica da se radi o serijskom procesu, a ne o kontinuiranom procesu, uvelike će ograničiti njegovu izvodljivost. Činjenica da elektrohemijske tehnike omogućavaju kontinuirani rad je značajna prednost u odnosu na novije metode inducirane laserom."
Osim toga, energetski zahtjevi lasera mogu predstavljati problem za povećanje sinteze amonijaka. Dodao je: "Ako proizvodite amonijak samo u malom obimu kao gnojivo u udaljenim područjima, onda energetska efikasnost postaje manje važna."
Istraživači sugeriraju da njihova metoda nudi značajne prednosti u odnosu na elektrohemiju, kao što su desolvatacija i pojednostavljenje. Osim toga, sve nove metode sinteze amonijaka suočavaju se sa svojim najvećim izazovima kako se proizvodnja povećava. Istraživači predviđaju povećanje procesa distribucijom praha litijum oksida na površini rešetke, a zatim zračenjem niza reaktivnih ćelija jednu po jednu laserom. Osim toga, istraživači su primijetili da drugi oksidi pokazuju slično ponašanje, kao što su magnezij, aluminij, cink i kalcij, iako u nižim prinosima.
On objašnjava: "To može biti zato što je druge okside teže disocirati i hidrolizirati." Međutim, reaktivnost alkalnih i zemnoalkalnih metala prema dušiku izgleda obećavajuće. On navodi: "Naše nedavno istraživanje pokazuje da metali u većoj količini kao što su magnezijum i kalcijum takođe mogu razgraditi azot."
