Илимпоздордун дүйнөдө жер семирткич өндүрүүнүн бир кылым мурда иштелип чыккан негизги технологиясын өзгөртүү аракети экологиялык максатты көздөйт.
Эл аралык биргелешкен изилдөө тобу дүйнөдө биринчи жолу катуу электролиттик аралык катмардын (SEI) түзүмү менен литий аркылуу азотту аммиакка (ammonia) айлантуунун эффективдүүлүгү ортосундагы маанилүү байланыштын сырын ача алды.
Бул – жер семирткичтерди өндүрүүнүн экологиялык жактан таза жана үмүттүү жолу.
Жаңы ачылыш тууралуу изилдөөнү жүргүзгөндөрдүн бири – Жапониянын Осака университети кабарлады.
https://resou.osaka-u.ac.jp/en/research/2025/20250724_3
Окумуштуулар тобу ыкчам спектроскопиянын жардамы менен мурда жакшы изилденбеген катуу электролиттик аралык катмардын түзүлүш процессин түздөн-түз байкап, электролиттеги этанол менен суунун катышы аммиакка айлантуунун эффективдүүлүгүнө олуттуу таасир тийгизерин аныктады.
Бул ачылыш казылып алынган отунга көз карандылыкты азайтып, парник же булганыч газдардын бөлүнүп чыгышын төмөндөтүү менен жер семирткич өндүрүүнүн жаңы жолуна багыт берет.
Аммиак – жер семирткичтердин негизги компоненти, азыркы учурда дүйнө жүзү боюнча ири заводдордо Габер-Бош ыкмасы менен өндүрүлөт.
Бирок бул процесс көп энергияны талап кылат жана казылып алынган отунга абдан көз каранды, бул өз кезегинде көмүр кычкыл газдын (CO2) бөлүнүп чыгышына жана глобалдык жылуулукка салым кошот.
Андыктан, аммиакты өндүрүүнүн компакттуу жана экологиялык жактан коопсуз жолдорун табуунун кызыкчылыгы ириде мына ушул жагдайга байланыштуу.
Осака университетиндеги Илимий жана өндүрүштүк изилдөөлөрдүн SANKEN институту менен Лондондогу Империал колледждин (Imperial college) окумуштуулары келечектүү альтернативалардын бири катары – литийдин жардамы менен азотту кайра иштетүү реакциясына көңүл бурушкан.
“Таза электрохимиялык аммиак синтези көмүртек нейтралдуулугуна жетүүдөгү чечүүчү процесс. Биздин изилдөө электролиттин курамындагы чакан өзгөрүүлөр дагы катуу аралык катмардын түзүмүнө жана реакциянын эффективдүүлүгүнө олуттуу таасир тийгизерин көрсөтөт. Бул реакциянын активдүү борборлору катары катуу электролиттик аралык катмардын (SEI) идеалдуусун долбоорлоого жасалган биринчи кадам. Биз реакциянын жүрүшүнө өбөлгө берген аралык катмарды түзүү үчүн электролитти жөнгө салып, таза аммиак синтезине жетүүнү көздөйбүз”, – дейт Осака университетинен иликтөөнүн башкы автору, доктор Ю. Катаяма (Yu Katayama).
Алардын Energy & Environmental Science журналында жарыяланган изилдөөсүндө белгиленгендей, “аммиак – дүйнөдөгү эң маанилүү товардык химиялык продуктулардын бири жана жер семирткичтерди өндүрүүнүн негизги чийки заты. Габер–Бош процесси менен аммиактын салттуу синтези глобалдык көмүртек бөлүнүп чыгышынын 1% ашыгын түзөт, ага катар жогорку температурада жана басымда иштеген чоң өндүрүштүк кубаттуулуктарды талап кылат.
Бул өнүгүп жаткан өлкөлөрдүн жана алыскы аймактардын жер семирткич өндүрүш мүмкүнчүлүктөрүн чектейт. Төмөн көмүртектүү, борборлоштурулбаган (өндүрүшү) альтернатива катары, кайра жаралуучу энергия булактары менен камсыздалган электрохимиялык аммиак синтези жер семирткич өндүрүшүндө революциялык өзгөрүүлөрдү алып келүү потенциалын сунуштайт”.
Илимий терминдерге түшүндүрмө:
Электролиттер – суюктукка, мисалы, сууга эригенде иондорго (электрдик заряддалган бөлүкчөлөргө) ажыраган кошулмалар. Бул иондор электр зарядын алып жүрүшөт, ошондуктан эритме электр тогун өткөрө алат. Ал эми жер семирткичтердин контекстинде «электролит» деген түшүнүк – бул сууга эригенде иондорго (заряддалган бөлүкчөлөргө) ажырап, электр өткөрүүгө мүмкүндүк берген затты билдирет. Мындай иондорго натрий, калий, хлорид, кальций, магний жана фосфат кирет, алар өсүмдүктүн азыктануу процесси жана ар кандай физиологиялык функциялары үчүн өтө маанилүү.
Катуу электролиттик аралык катмар (SEI) – электрохимиялык реакциялар учурунда электроддордун бетинде пайда болгон катмар, жана анын касиеттери бул реакциялардын эффективдүүлүгүнө олуттуу таасир тийгизе алат.
Ыкчам спектроскопия – материалды же реакцияны процесстин жүрүшүндө түз эле изилдөөгө колдонулуучу спектроскопиялык ыкма. Бул ыкма илимпоздорго материалдын касиеттери же химиялык реакциялар белгилүү шарттарда жүрүп жаткан учурда реалдуу убакытта кандай өзгөрүп жатканын байкоого мүмкүнчүлүк берип, механизмдер жана жүрүм-турум тууралуу баалуу маалыматтарды алууга шарт түзөт.
Литий – жумшак, күмүштөй ак түстөгү щелочтуу металл жана өсүмдүк жашоосунда биологиялык мааниге ээ элемент. Ал азот, фосфор же калий сыяктуу негизги өсүмдүк азыгы болбосо да, биостимулятор катары иштеп, өсүмдүктөрдүн өсүшүнө жана зат алмашуусуна таасир эте алат. Түрдүү физиологиялык процесстерди, анын ичинде биомассанын пайда болушун, түшүмдүүлүктү жана бышуу процессин жакшырта алары аныкталган.
Литийди колдонуп, азотту калыбына келтирүү реакциясы (Li-NRR) – кадимки шарттарда аммиакты синтездөөнүн келечектүү электрохимиялык процесси. Бул ыкмада электрохимиялык жол менен чөккөн литий молекулярдык азотту активдештирүү үчүн колдонулат, ал эми протондордун булагы аммиакты түзүүгө кызмат кылат. Бул ыкма энергияны көп талап кылган Габер–Бош процесси үчүн мүмкүн болгон альтернатива катары каралууда. Li-NRR жаңылануучу энергия булактарын колдонуу менен борборлошпогон аммиак өндүрүшүн ишке ашыруу мүмкүнчүлүгүн сунуштайт жана ал кадимки температура менен басымда иштейт.
Габер–Бош процесси – аммиакты (NH₃) синтездөө үчүн азотту (N₂) жана суутекти (H₂) жогорку басым жана температура шартында темир негизиндеги катализатор колдонуп айкалыштырган өнөр жайлык ыкма. Бул реакция жогорку басымды (200–400 атмосфера) жана жогорку температураны (400–650 °C же 750–1200 °F) талап кылат. Аталган процесс азоттуу жер семирткичтерди өндүрүүдө негизги мааниге ээ болуп, дүйнөлүк азык-түлүк өндүрүшүнө чоң таасир тийгизген. Бул процессти немис химиктери Фриц Габер (Fritz Jakob Haber, 1868-1934) жана Карл Бош (Carl Bosch 1874-1940) XX кылымдын алгачкы он жылдыгында иштеп чыгышып, андан мурунку ыкмаларга караганда жогорураак эффективдүүлүгү аммиактын өнөр жайлык өндүрүшүндө чоң жетишкендик болгон. Габер да, Бош да химия боюнча Нобель сыйлыгын алышкан. Габер 1918-жылы түздөн-түз аммиак синтези үчүн, ал эми Бош 1931-жылы жогорку температура жана жогорку басым химиясындагы ушул процесске байланыштуу жетишкендиктери үчүн сыйланган.
Электрохимиялык синтез – электр тогун колдонуп химиялык реакцияларды жүргүзүү жана керектүү материалдарды же кошулмаларды алуу ыкмасы. Бул ыкма жашыл химиянын принциптерине шайкештиги, жаңы реакция жөндөмдөрүн ачуу мүмкүнчүлүгү жана татаал молекулаларды синтездөө мүмкүнчүлүгү сыяктуу артыкчылыктарга ээ. Зыяндуу химиялык реактивдерге гана таянуунун ордуна, электрохимиялык синтез химиялык реакцияларды баштоо, улантуу үчүн электр энергиясын колдонот жана айлана-чөйрөгө коопсуз процесстерди өнүктүрүүгө өбөлгө түзө алат.
Шилтемелер:
- Жаңылык Осака университетинин интернет баракчасындагы https://resou.osaka-u.ac.jp/en/research/2025/20250724_3 маалыматтын негизинде жазылды.
- Жаңылыкка негиз болгон илимий изилдөө Energy & Environmental Science журналында https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2025/ee/d5ee01961c жарыяланган.
- Сүрөт Осака университетинин интернет баракчасынан https://resou.osaka-u.ac.jp/en алынды.
- Илимий терминдерге түшүндүрмөнү Эл Илим коомдук фонду даярдады.
