Các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Notre Dame đã đưa ra một phương pháp mới sử dụng năng lượng tái tạo để tổng hợp amoniac, một thành phần thiết yếu của phân bón để hỗ trợ đáp ứng nhu cầu sản xuất lương thực của thế giới. Quy trình sản xuất amoniac có tên là Haber-Bosch đã được phát triển vào đầu những năm 1900, phụ thuộc vào các nhiên liệu hóa thạch nên được ứng dụng hạn chế chỉ cho các nhà máy hóa chất tập trung có quy mô lớn.

Quy trình mới sử dụng plasma (khí ion hóa) kết hợp với các chất xúc tác không phải kim loại quý để sản sinh amoniac trong điều kiện êm dịu hơn nhiều so với quy trình Haber-Bosch. Năng lượng trong plasma kích thích các phân tử nitơ, một trong hai thành phần được dùng để tổng hợp amoniac, cho phép chúng dễ dàng tương tác trên các chất xúc tác. Do năng lượng phản ứng bắt nguồn từ plasma mà không phải nhiệt độ cao và áp suất mạnh, nên quy trình này có thể được thực hiện trên quy mô nhỏ. Ưu điểm này khiến cho quy trình mới phù hợp để sử dụng cùng với các nguồn năng lượng tái tạo không liên tục và phục vụ hoạt động sản xuất amoniac phân tán.

William Schneider, đồng tác giả nghiên cứu cho biết: “Plasma được xem là một phương pháp thức tổng hợp amoniac không phải phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và có tiềm năng được áp dụng theo phương thức ít tập trung. Thách thức thực sự là phải tìm cách kết hợp giữa plasma và chất xúc tác sao cho phù hợp”.

Nhóm nghiên cứu đã khám phá ra rằng do các phân tử nitơ được kích hoạt bởi plasma, nên các yêu cầu đối với chất xúc tác kim loại cũng đỡ nghiêm ngặt, cho phép sử dụng vật liệu giá rẻ cho toàn bộ quy trình. Phương pháp này khắc phục những hạn chế cơ bản của quy trình Haber-Bosch, cho phép phản ứng diễn ra với tốc độ của quy trình Haber-Bosch nhưng trong điều kiện êm dịu hơn nhiều.

Jason Hicks, phó giáo sư về kỹ thuật hóa học và sinh học phân tử và cũng là một trong các tác giả nghiên cứu cho rằng: “Mục tiêu nghiên cứu của chúng tôi là đưa ra một phương pháp thay thế để tổng hợp amoniac, nhưng kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng cho các quy trình hóa học khác khó thực hiện hơn như chuyển đổi CO2 thành sản phẩm có ích và ít gây hại. Khi chúng tôi tiếp tục nghiên cứu tổng hợp amoniac bằng plasma, chúng tôi cũng sẽ xem xét những lợi ích mà plasma và các chất xúc tác có thể mang lại cho các phương thức biến đổi hóa học khác ra sao”.
 

Theo NASATI