Група учени начело с Пол Кинг от базираната в Голдън Национална лаборатория за възобновяема енергия към министерството на енергетиката на САЩ и с участието на подразделението на университета на щата Колорадо в Боулдър, както и на университетите на щатите Юта и Монтана, са разработили нов и щадящ природата метод за производството на амоняк – основна съставка на торовете – с използване на слънчевата светлина, става ясно от тяхна публикация в списание Science.
Изследователите се надяват новият химичен процес да доведе до разработки, които да подпомогнат селскостопанските практики в световен мащаб, като същевременно намалят зависимостта на фермерите от изкопаеми горива. Изследването е финансирано от министерството на енергетиката на САЩ и лабораторията.
Познати два основни начина за преобразуването на азота, най-разпространения газ в земната атмосфера, до форма, годна за използване от живите организми. Първият е биологичен и се получава, когато атмосферният азот бъде „уловен” от бактерии, откривани в корените на някои растения като например бобовите култури, а след това бива преобразуван в амоняк от ензима нитрогеназа.
Вторият, наречен „процес на Хабер-Бош”, е промишлен метод, разработен преди около век. Той променя атмосферния азот в амоняк чрез последователни операции, изискващи висока температура и налягане, а поради тази причина са необходими значителни количества изкопаеми горива, което на свой ред води до увеличаване на вредните емисии парникови газове.
Учените открили, че енергията на светлината може да се използва за превръщането на свободните молекули азот във въздуха в амоняк, който е съставен от азот и водород. В рамките на изследването екипът демонстрира как нанокристали на съединението кадмиев сулфид могат да бъдат използвани за абсорбиране на светлината, която зарежда достатъчно електрони за преобразуването на атмосферен азот в амоняк.
„Ключовият момент бе да съчетаем полупроводникови нанокристали, които абсорбират светлината, с нитрогеназата, природният катализатор, който преобразува азота в амоняк. Чрез свързването на науката за наночастиците с биохимията създадохме нов, по-устойчив метод за осъществяване на тази позната реакция”, заяви Гордана Дукович, помощник професор в отдела за химия и биохимия в подразделението на университета, която е и стипендиант на фондацията „Алфред Слоун” и носител на наградата за професионално развитие на фондация „Национална наука” за 2012 г.
„Използването на абсорбирането на светлината за задействането на трудни каталитични реакции предоставя възможности за създаването на нови, по-ефективни технологии за производството на химикали и горива. Новият процес за производството на амоняк е първият пример за това как енергията на светлината може да бъде съчетана пряко с ензимното откисляване (дезоксидация) на атмосферния азот, което означава, че слънчевата или изкуствената светлина може да осигури енергията за реакцията”, добави Кетрин Браун от националната лаборатория.
