Използването на лазерна технология направи революция в метода за фиксиране на азот, осигурявайки нов начин за синтезиране на амоняк при околни условия. Наскоро изследователите използваха комерсиален CO2 лазер за първи път, за да разрушат тройната връзка азот-азот, като по този начин предоставиха нова зелена алтернатива на процеса на Haber-Bosch.
Съобщава се, че международният изследователски екип е използвал лазер, за да превърне литиевия оксид в литиев метал, който след това спонтанно реагира с азота във въздуха, за да образува литиев нитрид. Тази сол лесно се хидролизира до амоняк, което позволява на метода да счупи рекордни добиви.
Huize Wang, първи автор от Института за възобновяема енергия Helmholtz в Германия, каза: "Ние въведохме пионерска концепция, която използва високоенергийни лазери, за да улесни превръщането на различни оксиди в нитриди."
Той добави: „Постигнахме безпрецедентни добиви при стайна температура и атмосферно налягане. Този резултат е забележителен в сравнение с други методи.“ Действителният добив е с два порядъка по-висок от други най-съвременни решения, включително електрохимични и механохимични методи.
Това е напълно нов подход за производство на зелен амоняк, който е потенциално по-устойчив от процеса на Хабер-Бош", каза Виктор Мугел, експерт по електрохимично преобразуване на малки молекули в Швейцарския федерален технологичен институт в Цюрих, Швейцария. " Процесът на Haber-Bosch е много енергоемък поради факта, че работи при високи температури и налягания, а също така води до емисии на CO2."
В допълнение, каза той, новият метод "предлага оперативна гъвкавост и ползи за околната среда", защото работи при условия на околната среда. Процесът може също така да произвежда амоняк директно там, където е необходим, което намалява транспортните разходи.
Екипът използва инфрачервен лазер, за да осигури достатъчно енергия за дисоциация на връзката литий-кислород, за да произведе литиев метал от литиев оксид. Когато е изложен на въздух, металният литий спонтанно се комбинира с азот, разкъсвайки тройната ковалентна връзка азот-азот, за да се получи литиев нитрид.
Той допълнително обяснява: „След това получаваме амоняк и литиев хидроксид чрез хидролизиране на лазерно генерирания литиев нитрид. В допълнение, този метод предоставя възможности за химическо рециклиране. Лазерът може да индуцира превръщането на литиевия хидроксид обратно в литиев нитрид, като ефективно прекратява литиев цикъл."
Той добави: "Това едновременно се превръща в друга нова концепция - превръщането на хидроксид в нитрид."
Ифан Стивънс, експерт по електрохимия и фиксиране на азот в Имперския колеж в Лондон (Великобритания), обаче остава скептичен. Той казва: „Аз съм скептичен, че такива високи добиви ще бъдат устойчиви в дългосрочен план. Освен това фактът, че това е партиден процес, а не непрекъснат процес, значително ще ограничи неговата осъществимост. Фактът, че електрохимичните техники позволяват непрекъснатата работа е значително предимство пред по-новите лазерно-индуцирани методи."
В допълнение, енергийните изисквания на лазерите могат да представляват проблем за увеличаване на синтеза на амоняк. Той добави: „Ако произвеждате само амоняк в малък мащаб като тор в отдалечени райони, тогава енергийната ефективност става по-малко важна.“
Изследователите предполагат, че техният метод предлага значителни предимства пред електрохимията, като десолватация и опростяване. В допълнение, всички нововъзникващи методи за синтез на амоняк са изправени пред най-големите си предизвикателства, тъй като производството се увеличава. Изследователите предвиждат увеличаване на процеса чрез разпределяне на прах от литиев оксид върху решетъчна повърхност и след това облъчване на масива от реактивни клетки една по една с лазер. В допълнение, изследователите отбелязват, че други оксиди показват подобно поведение, като магнезий, алуминий, цинк и калций, макар и с по-ниски добиви.
Той обяснява: „Това може да се дължи на факта, че други оксиди са по-трудни за дисоциация и хидролиза.“ Въпреки това, реактивността на алкалните и алкалоземните метали спрямо азота изглежда обещаваща. Той заявява: „Нашите скорошни изследвания показват, че по-разпространените метали като магнезий и калций също могат да разграждат азота.“
