Çin, atık suyu gübreye dönüştüren teknolojide verimliliği 3 kat artırdı

Çin’de bir araştırma ekibi, atık sulardaki nitrat kirliliğini ekonomik değeri yüksek bir girdiye dönüştürebilecek yeni bir teknoloji geliştirdi.

Fujian Yapısal Madde Araştırma Enstitüsü’nden Han Lili ve çalışma arkadaşlarının geliştirdiği katalizör, tarım ve sanayi kaynaklı atık sularda bulunan nitratı amonyağa çevirebiliyor. Amonyak ise dünyanın en yaygın azotlu gübrelerinden biri olan ürenin üretiminde kritik öneme sahip.

Journal of the American Chemical Society dergisinde yayımlanan araştırmaya göre, yeni katalizör, nitratlı suyun elektrolizi sırasında sıradan katalizörlere kıyasla 2,7 kat daha yüksek amonyak verimi sağladı.

İki atom birlikte çalışıyor

Bloomberg'in haberine göre, bu teknolojinin merkezinde “çift atomlu katalizörler” yer alıyor.

Tek atomlu katalizörlerden farklı olarak bu yapıda iki komşu metal atomu birlikte çalışıyor. Bu da nitratı amonyağa dönüştürmek gibi çok aşamalı ve karmaşık kimyasal reaksiyonların daha etkili yürütülmesini sağlıyor.

Ancak bu tür katalizörleri geliştirmek bugüne kadar oldukça zor bir süreçti. Uygun metal çiftlerini bulmak çoğunlukla deneme-yanılma yöntemiyle ilerliyor, teorik yönlendirme sınırlı kalıyor ve katalizörlerdeki metal yükleme oranları düşük seviyelerde kalıyordu.

Çinli ekip bu sorunu aşmak için derin öğrenme yöntemlerinden yararlandı. Yapay zekâ modeli, birbirine kolayca bağlanabilen ve yüksek eşleşme oranına sahip metal çiftlerini belirlemek için eğitildi.

Nadir toprak elementleri kullanıldı

Araştırmacılar bu yöntemle 14 farklı çift atomlu katalizör tasarladı.

Bu katalizörlerde itriyum, skandiyum, lantan, seryum, samaryum, evropiyum, erbiyum ve iterbiyum gibi nadir toprak elementleri kullanıldı.

Çalışmada katalizörlerin metal yükleme oranı ağırlık bazında yüzde 12,8 ile yüzde 30,7 arasında ölçüldü. Bu seviye, önceki referans değerlerin dört katından fazla bir artış anlamına geliyor.

Journal of the American Chemical Society’de yayımlanan çalışmada bu yapı, merkez etrafında dizilen metal atomlarıyla bir güneş sistemi mimarisine benzetildi.

Atık su, gübre güvenliği için stratejik kaynağa dönüşebilir

Nitrat kirliliği, özellikle tarımsal akışlar ve sanayi atıkları nedeniyle su kaynakları için önemli bir çevre sorunu oluşturuyor. Nitrat yükünün artması, alg patlamaları ve sucul ekosistemlerde oksijensiz bölgelerin oluşması gibi ciddi sonuçlar doğurabiliyor.

Yeni teknoloji, bu kirliliği oda sıcaklığında elektrokimyasal yöntemle azaltırken, ortaya amonyak gibi değerli bir kimyasal ürün çıkarıyor.

Bu yönüyle çalışma yalnızca çevresel bir çözüm sunmuyor; aynı zamanda gübre arz güvenliği açısından da yeni bir seçenek yaratıyor.

Üre üretiminde gaz ve kömür bağımlılığı sürüyor

Bugün dünyada üre üretimi büyük ölçüde amonyağın karbondioksitle birleştirilmesine dayanıyor. Bu üretim hattı ise çoğunlukla doğal gazla çalışıyor.

Doğal gaza bağımlılık, küresel gübre piyasalarını jeopolitik ve enerji kaynaklı şoklara açık hale getiriyor. Özellikle Orta Doğu’dan geçen üre ticareti ve Hürmüz Boğazı gibi kritik geçiş noktaları, arz güvenliği açısından risk oluşturuyor.

Hatırlanacağı üzere Hindistan, nisan ayında 2,5 milyon ton üreyi iki ay önce ödediği fiyatın neredeyse iki katına almak zorunda kaldı.

Çin ise gübre üretiminde iç piyasadaki istikrarı büyük ölçüde kömür bazlı üretim hattıyla sağlıyor. Bu yöntemde kömür, buhar ve azot yüksek sıcaklık ve basınç altında amonyak ve karbondioksite dönüştürülüyor; ardından bu girdiler üre üretiminde kullanılıyor.

Ancak ister doğal gaz ister kömür kullanılsın, amonyak üretimi yüksek enerji tüketen bir süreç olmayı sürdürüyor.

Büyük tesislerin yerine geçmeyebilir ama kritik yedek olabilir

Yeni katalizör teknolojisinin kısa vadede dev ölçekli gübre tesislerinin yerini alması beklenmiyor.

Buna karşın, atık sulardaki nitratı düşük enerjiyle amonyağa dönüştürebilen ucuz ve verimli bir sistem, özellikle arz şoklarına karşı stratejik bir destek teknolojisi olabilir.

Başka bir ifadeyle, kirli sudan elde edilen amonyak yalnızca çevre kirliliğini azaltan bir çözüm değil; aynı zamanda gübre tedarik zincirini güçlendirebilecek yeni bir güvenlik katmanı olarak görülüyor.