Các nhà khoa học tại Đại học Sydney, Australia phát triển phương pháp mới mang tính đột phá để tạo ra amoniac, một trong những hóa chất thiết yếu, bằng cách mô phỏng tia sét. Amoniac là thành phần chính trong phân bón, phục vụ nhu cầu rất lớn trong nông nghiệp. Nó cũng là chất chứa hydro, đang được khám phá như một nguồn năng lượng sạch.
Nhưng phương pháp sản xuất hiện tại, gọi là quy trình Haber-Bosch, tiêu tốn nhiều năng lượng và phụ thuộc nhiều vào nhiên liệu hóa thạch. Quy trình này tạo ra lượng khí thải carbon khổng lồ và phải thực hiện quy mô lớn, gần các nguồn khí đốt tự nhiên giá rẻ, để đạt hiệu quả về mặt chi phí.
Nhóm nghiên cứu tại Đại học Sydney, nghiên cứu trong sáu năm để tìm ra giải pháp thay thế bền vững hơn. Phương pháp này không cần nhiệt độ cao, nhiên liệu hóa thạch và cơ sở hạ tầng quy mô lớn. Phương pháp mới của họ sử dụng điện để kích thích các phân tử trong không khí, tạo ra plasma - giống như tia sét nhân tạo - sau đó giúp biến nitơ từ không khí thành amoniac.
Điều làm cho khám phá này nổi bật là các nỗ lực sản xuất amoniac xanh trước đây của các phòng thí nghiệm khác tạo ra amoniac ở dạng lỏng (gọi là amoni), vẫn cần phải xử lý thêm. Còn nhóm nghiên cứu ở Sydney, tạo ra khí amoniac trực tiếp, có thể sử dụng ngay. Điều này làm cho quy trình đơn giản hơn và có khả năng hiệu quả hơn.
Trọng tâm của hệ thống này là bộ điện phân dạng màng, một thiết bị bằng bạc nhỏ gọn, nơi diễn ra quá trình chuyển đổi thành amoniac dạng khí. Quy trình này gồm hai bước chính: đầu tiên, tạo ra plasma từ các phân tử không khí bị kích thích; thứ hai, truyền các phân tử này qua bộ điện phân để tạo thành amoniac.
Amoniac tạo thành từ ba nguyên tử hydro và một nguyên tử nitơ, có các công dụng đầy hứa hẹn khác ngoài phân bón. Nó có thể dùng như một nhiên liệu sạch vì không thải ra carbon dioxide khi sử dụng. Nó cũng là cách hiệu quả để lưu trữ, vận chuyển hydro, giúp cung cấp năng lượng cho các ngành công nghiệp như vận tải biển, một trong những ngành gây ô nhiễm nhất thế giới.
Nghiên cứu này có thể giúp biến “amoniac xanh” thành hiện thực, cho phép sản xuất amoniac phi tập trung, quy mô nhỏ hơn, cắt giảm nhu cầu về các nhà máy công nghiệp lớn và vận chuyển đường dài. Với bước đột phá này, tương lai của sản xuất amoniac có thể chuyển từ các nhà máy phun khói sang các phòng thí nghiệm sạch, chạy bằng tia sét.
Nhóm nghiên cứu đã chứng minh, phần plasma của quy trình này tiết kiệm năng lượng và có thể mở rộng quy mô. Thách thức tiếp theo của họ là làm cho bộ điện phân có hiệu suất tương đương để toàn bộ phương pháp có thể cạnh tranh với quy trình Haber-Bosch truyền thống.
