ألواح شمسية ومياه صرف صحي .. طريقة جديدة عديمة الانبعاثات لإنتاج الأمونيا

إنتاج الأمونيا أحد التحديات التي تواجه الأهداف المناخية العالمية بالقضاء على الانبعاثات الكربونية، إذ تدخل هذه المادة في صناعة الأسمدة الزراعية النيتروجينية، والتي بدونها قد يعاني أكثر من نصف سكان العالم من الجوع بحسب تقديرات مجلة «نيتشر».
الأمونيا مركب كيميائي يتكون من الهيدروجين والنيتروجين، وفي حين يتواجد النيتروجين بكثرة في الغلاف الجوي، يتطلب الحصول على الهيدروجين استخراجه من الوقود الأحفوري، وعلاوة على ذلك، تستهلك عملية إنتاج الأمونيا قدراً هائلاً من الطاقة، وينجم عنها انبعثات كربونية كثيفة.
إذ يلزم لإنتاج الأمونيا إجراء تفاعل كيميائي في درجة حرارة مرتفعة للغاية تتراوح بين 400 درجة و500 درجة مئوية، ولا يمكن الوصول لهذه المستويات دون الاعتماد على احتراق الوقود الأحفوري. لكن علماء من أستراليا توصلوا إلى طريقة مبتكرة لإنتاج الأمونيا اعتماداً على نظام يتكون من خلايا كهروضوئية تعمل بنفس طريقة الألواح الشمسية، لتسخين مياه الصرف الصحي واستخراج المادة منها.
ألواح الأمونيا الشمسية
ابتكر فريق من الباحثين في كليتي الهندسة الكيميائية، وهندسة الطاقة الكهروضوئية المتجددة بجامعة «نيو ساوث ويلز» طريقة لإنتاج الأمونيا لا تتطلب درجات حرارة عالية.
تدعى هذه الطريقة «التحفيز الكهروضوئي»، وتعتمد على استغلال ضوء الشمس لتوليد تيار كهربي يحفز تفاعلاً كيميائياً في مياه الصرف الصحي على سطح لوح شمسي تقليدي مغطى بطبقة نانوية صغيرة جداً من هيدروكسيد النحاس والكوبالت.
تحتوي مياه الصرف الصحي على مادة النترات وبواسطة التفاعل الذي يتم على اللوح الكهروضوئي الذي أطلق عليه العلماء اسم «الورقة الافتراضية» لصغر حجمه وكونه يشبه ورقة الشجر.
قالت «روز أمل» المهندسة الكيميائية في الجامعة الأسترالية في تصريح لمجلة «فوربس»، إن فريق الباحثين تعاون مع خبراء في مجال الخلايا الشمسية لمعرفتهم بالمواد التي تستخدم في تحويل الضوء إلى طاقة كهربية، ومع وجود كميات وفيرة من مياه الصرف الصحي التي تحتوي على النترات، جاءت فكرة إعادة تدوير الصرف الصحي لإنتاج الأمونيا بطريقة خالية من الانبعاثات الكربونية.
التجربة العملي
أجرى الباحثون تجربة عملية على الدراسة، ووضعوا لوحًا كهروضوئيًا بمساحة 40 سنتيمترًا مربعًا على سطح أحد مباني الجامعة، ونجحوا في إنتاج كمية من الأمونيوم تكفي لتخصيب أقل من 1.5 متر مربع من الأرض الزراعية.
ورغم هذا النجاح، لا يزال الابتكار الجديد يواجه عقبة زيادة الطاقة الإنتاجية كي يمكن تبنيه على نطاق تجاري، لكنه يعد بارقة أمل في طريق إنتاج أسمدة زراعية خالية من الكربون.
إذ يستهلك العالم 132 مليون طن سنوياً من الأمونيا لإنتاج الأسمدة، وبحلول عام 2050، سوف يرتفع هذا الاستهلاك إلى 165 مليون طن سنوياً بسبب النمو السكاني وتغير الأنظمة الغذائية للبشر.
وبالتالي يحتاج العالم إلى التوسع في إنتاج الأمونيا والأسمدة من جهة، تزامناً مع السعي للقضاء على الانبعاثات الكربونية الناجمة عن هذه الصناعة الهامة.
المصدر: فوربس