Çin’de gerçekleştirilen bir araştırma, atık sulardaki nitrat kirliliğini yüksek ekonomik değere sahip amonyağa dönüştüren devrim niteliğinde bir teknolojinin geliştirilmesiyle dikkatleri üzerine çekti. Fujian Yapısal Madde Araştırma Enstitüsü’nden Han Lili ve ekip arkadaşları, bu yeni katalizör sayesinde tarım ve sanayi kaynaklı atık sulardaki nitratın amonyağa dönüşümünde geleneksel yöntemlere göre yaklaşık 2,7 kat daha yüksek bir verim elde etti. Bu çalışma, “atık kaynaktan gübre üretimi” teknolojileri açısından düşük enerji tüketimi ile dikkat çekici bir kapı aralıyor.
Yeni teknoloji, çift atomlu katalizörler kullanarak nitratı amonyağa dönüştürme işlemini daha etkin hale getiriyor. Tek atomlu katalizörlerden farklı olarak, bu yapıdaki iki komşu metal atomu birlikte çalışarak karmaşık kimyasal reaksiyonları daha verimli bir şekilde yürütüyor. Ancak, bu tür katalizörlerin geliştirilmesi geçmişte zorlu bir süreçti; uygun metal çiftlerinin bulunması çoğunlukla deneme yanılma ile gerçekleştiriliyordu. Çinli araştırmacılar bu zorluğu aşmak için derin öğrenme tekniklerinden faydalandı.
Bu yapay zeka modeli, yüksek uyum oranına sahip metal çiftlerini belirlemek için eğitildi. Sonuç olarak, araştırmacılar itriyum, skandiyum, lantan, seryum, samaryum, evropiyum, erbiyum ve iterbiyum gibi nadir toprak elementlerini içeren 14 farklı çift atomlu katalizör tasarladı. Katalizörlerdeki metal yükleme oranı, önceki referans değerlere göre dört katı kadar artarak yüzde 12,8 ile 30,7 arasında ölçüldü.
Nitrat kirliliği, tarımsal ve sanayi atıklarından kaynaklanan ciddi bir çevre sorunu oluşturuyor. Nitrat yükünün artması, alg patlamaları ve sucul ekosistemlerde oksijensiz alanların oluşmasına neden olabiliyor. Bu yeni teknoloji, nitrat kirliliğini elektrokimyasal yöntemlerle etkili bir şekilde azaltarak, amonyak gibi değerli bir kimyasal ürün elde ediyor. Böylece çalışma hem çevresel bir çözüm sunuyor hem de gübre arz güvenliği açısından alternatif bir yol açıyor.
Dünyada üre üretimi, büyük ölçüde amonyağın karbondioksitle birleştirilmesine dayanıyor ve bu süreç çoğunlukla doğal gaz ile gerçekleştiriliyor. Doğal gaz bağımlılığı, küresel gübre pazarlarını jeopolitik ve enerji kaynaklı sorunlara açık hale getiriyor. Özellikle Orta Doğu’daki ticaret yolları, arz güvenliği açısından riskler taşıyor. Örneğin, Hindistan, nisan ayında 2,5 milyon ton üreyi önceki fiyatının neredeyse iki katına almak zorunda kaldı. Çin ise gübre üretiminde iç pazardaki istikrarı genellikle kömür bazlı yöntemlerle sağlıyor. Bu yöntem, kömür, buhar ve azotu yüksek sıcaklık ve basınç altında amonyağa dönüştürerek ardından üre üretiminde kullanmaktadır. Ancak, ister doğal gaz ister kömür kullanılsın, amonyak üretimi yüksek enerji tüketimine yol açmaktadır.
