Forskere ved University of Tokyo har udviklet en ny metode til at producere ammoniak ved hjælp af kunstig fotosyntese, der tilbyder et potentielt lavenergi-alternativ til den kulstofintensive Haber-Bosch-proces. Teknikken efterligner naturlig nitrogenfiksering af cyanobakterier og anvender atmosfærisk nitrogen, vand og sollys til at syntetisere ammoniak.
Ammoniak er en vigtig komponent i det globale landbrug, der overvejende bruges til produktion af urinstofbaseret gødning. De nuværende industrielle produktionsmetoder er ansvarlige for ca. 2% af de globale kuldioxidemissioner, stort set på grund af deres afhængighed af fossile brændstoffer. Den nye tilgang, der blev udviklet af det japanske forskerteam, kunne reducere det miljømæssige fodaftryk for ammoniakproduktion.
Processen, ledet af professor Yoshiaki Nishibayashi ved University of Tokyos Department of Applied Chemistry, er afhængig af et dobbeltkatalysatorsystem for at starte og opretholde konverteringsreaktionen. En iridium-baseret fotokatalysator, når den udsættes for sollys, aktiverer en forbindelse kaldet tertiær phosphin, hvilket muliggør oxidation af vandmolekyler. Dette trin producerer protoner, der er vigtige for den efterfølgende dannelse af ammoniak.
Samtidig aktiverer en molybdæn-baseret katalysator dinitrogen fra luften. Reaktionen mellem nitrogen og protonerne genereret fra vand resulterer i dannelsen af ammoniakmolekyler. Processen giver kun ilt som et biprodukt og kombinerer under optimale betingelser to nitrogenatomer og tre vandmolekyler for at producere to ammoniakmolekyler.
Forskerne rapporterer, at det nye reaktionssystem har opnået højere effektivitet end tidligere kunstige nitrogenfikseringsforsøg og kan betjenes på en skala ti gange større end tidligere laboratoriedemonstrationer. Denne fremgang antyder, at metoden har potentiale til industriel anvendelse, skønt der er behov for yderligere arbejde for at optimere reaktionsbetingelserne og forbedre omkostningseffektiviteten i skala.
I betragtning af at over 80% af de 200 millioner tons ammoniak, der produceres årligt, bruges i landbruget, kunne denne innovation spille en kritisk rolle i fremme af mere bæredygtig gødningsproduktion. Hvis det kommercialiseres, kan metoden hjælpe med at sænke energiforbruget og reducere emissionerne i en af de mest ressourceintensive sektorer i global fødevareproduktion.
