لقد أحدث استخدام تكنولوجيا الليزر ثورة في طريقة تثبيت النيتروجين، مما يوفر طريقة جديدة لتصنيع الأمونيا في الظروف المحيطة. في الآونة الأخيرة، استخدم الباحثون ليزر ثاني أكسيد الكربون التجاري لأول مرة لتعطيل الرابطة الثلاثية بين النيتروجين والنيتروجين، وبالتالي توفير بديل أخضر جديد لعملية هابر-بوش.
وبحسب ما ورد استخدم فريق البحث الدولي الليزر لتحويل أكسيد الليثيوم إلى معدن الليثيوم، والذي يتفاعل بعد ذلك تلقائيًا مع النيتروجين الموجود في الهواء لتكوين نيتريد الليثيوم. يتم تحلل هذا الملح بسهولة إلى الأمونيا، مما يسمح لهذه الطريقة بتحطيم الإنتاجية القياسية.
وقال هويز وانغ، المؤلف الأول من معهد هيلمهولتز للطاقة المتجددة في ألمانيا: "لقد قدمنا مفهوما رائدا يستخدم أشعة الليزر عالية الطاقة لتسهيل تحويل الأكاسيد المختلفة إلى نيتريدات".
وأضاف: "لقد حققنا عوائد غير مسبوقة في درجة حرارة الغرفة والضغط الجوي. وهذه النتيجة رائعة مقارنة بالطرق الأخرى". إن العائد الفعلي أعلى بمقدار أمرين من الحلول الحديثة الأخرى، بما في ذلك الطرق الكهروكيميائية والميكانيكية الكيميائية.
وقال فيكتور موغل، الخبير في التحويل الكهروكيميائي للجزيئات الصغيرة في المعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا في زيورخ بسويسرا: "هذا نهج جديد تمامًا لإنتاج الأمونيا الخضراء، والذي من المحتمل أن يكون أكثر استدامة من عملية هابر بوش". إن عملية هابر-بوش تستهلك الكثير من الطاقة لأنها تعمل في درجات حرارة وضغوط عالية، كما أنها تؤدي إلى انبعاثات ثاني أكسيد الكربون.
بالإضافة إلى ذلك، قال إن الطريقة الجديدة "توفر مرونة تشغيلية وفوائد بيئية" لأنها تعمل في ظل الظروف المحيطة. يمكن لهذه العملية أيضًا إنتاج الأمونيا مباشرة عند الحاجة إليها، مما يقلل من تكاليف النقل.
استخدم الفريق ليزر الأشعة تحت الحمراء لتوفير طاقة كافية لفصل رابطة الليثيوم والأكسجين لإنتاج معدن الليثيوم من أكسيد الليثيوم. عند تعرضه للهواء، يتحد معدن الليثيوم تلقائيًا مع النيتروجين، ويكسر الرابطة التساهمية الثلاثية بين النيتروجين والنيتروجين لإنتاج نيتريد الليثيوم.
ويوضح أيضًا: "بعد ذلك، نحصل على الأمونيا وهيدروكسيد الليثيوم عن طريق التحلل المائي لنتريد الليثيوم الناتج عن الليزر. بالإضافة إلى ذلك، توفر هذه الطريقة فرصًا لإعادة التدوير الكيميائي. يمكن لليزر أن يحفز تحويل هيدروكسيد الليثيوم مرة أخرى إلى نيتريد الليثيوم، مما ينهي بشكل فعال عملية إعادة التدوير الكيميائية. دورة الليثيوم."
وأضاف: "يصبح هذا في الوقت نفسه مفهومًا جديدًا آخر، وهو تحويل الهيدروكسيد إلى نيتريد".
ومع ذلك، فإن إيفان ستيفنز، خبير الكيمياء الكهربائية وتثبيت النيتروجين في إمبريال كوليدج لندن (المملكة المتحدة)، لا يزال متشككًا. ويقول: "أنا متشكك في أن مثل هذه الإنتاجية العالية ستكون مستدامة على المدى الطويل. بالإضافة إلى ذلك، فإن حقيقة كونها عملية مجمعة، وليست عملية مستمرة، ستحد بشكل كبير من جدواها. وحقيقة أن التقنيات الكهروكيميائية تسمح يعد التشغيل المستمر ميزة كبيرة مقارنة بالطرق الأحدث التي يسببها الليزر."
وبالإضافة إلى ذلك، فإن متطلبات الطاقة لليزر يمكن أن تشكل مشكلة لزيادة تخليق الأمونيا. وأضاف: "إذا كنت تنتج الأمونيا فقط على نطاق صغير كسماد في المناطق النائية، فإن كفاءة الطاقة تصبح أقل أهمية".
ويشير الباحثون إلى أن طريقتهم توفر مزايا كبيرة مقارنة بالكيمياء الكهربائية، مثل التحلل والتبسيط. بالإضافة إلى ذلك، تواجه جميع طرق تصنيع الأمونيا الناشئة أكبر التحديات مع زيادة الإنتاج. ويتصور الباحثون توسيع نطاق العملية عن طريق توزيع مسحوق أكسيد الليثيوم على سطح شبكي ثم تشعيع مجموعة الخلايا التفاعلية واحدة تلو الأخرى باستخدام الليزر. بالإضافة إلى ذلك، لاحظ الباحثون أن الأكاسيد الأخرى أظهرت سلوكًا مشابهًا، مثل المغنيسيوم والألومنيوم والزنك والكالسيوم، وإن كان ذلك في إنتاجية أقل.
ويوضح قائلاً: "قد يكون هذا بسبب صعوبة فصل الأكاسيد الأخرى وتحللها مائيًا". ومع ذلك، فإن تفاعل الفلزات القلوية والقلوية الأرضية تجاه النيتروجين يبدو واعدا. ويقول: "تظهر أبحاثنا الأخيرة أن المعادن الأكثر وفرة مثل المغنيسيوم والكالسيوم يمكنها أيضًا تحطيم النيتروجين".
