Egy új technológia segítségével – a föld természetes adottságait kihasználva – már mélyen a felszín alatt előállíthatóvá válhat az ammónia, ami forradalmasíthatja a vegyipart és jelentősen csökkentheti a szén-dioxid-kibocsátást. 

Egyes tudósok mélyen a föld felszíne alatt lévő kőzetek segítségével akarnak vegyi anyagokat előállítani. Új kutatások azt mutatják, hogy az ammónia a felszín alatti hőmérsékleten és nyomáson kinyerhető a kőzetekből.  

Az ammónia szinte valamennyi műtrágyában megtalálható, és a modern élelmiszerrendszerünk létfontosságú része. Azt is fontolóra vették, hogy zöldüzemanyagként használják például a tengeri hajózás során. A probléma az, hogy az ammónia előállításához alkalmazott jelenlegi eljárások rendkívül energiaigényesek, és jelentős mennyiségű üvegházhatású gázt bocsátanak ki, amelyek hozzájárulnak az éghajlatváltozáshoz – ezek a globális emisszió több mint 1 százalékát teszik ki. Az új tanulmány szerint a bolygó belső „viszonyai” felhasználhatók az ammónia előállítására, méghozzá egy sokkal tisztább eljárással. 

Iwnetim Abate, az MIT professzora és az új tanulmány szerzője szerint  

a Föld maga lehet a vegyipari gyár. 

Ez az elképzelés jelentős változást hozhat a vegyiparban, amely ma hatalmas létesítményekre támaszkodik, amelyekben rendkívül magas hőmérsékleten és nyomáson zajló reakciókat hajtanak végre az ammónia előállítása érdekében.  

A folyamat kulcsfontosságú összetevői a nitrogén- és a hidrogénforrások. Patrick Molloy, a Rocky Mountain Institute nonprofit kutatóintézet igazgatója szerint a tisztább termelési módszerek érdekében jelenleg elsősorban a hidrogén előállításának új, fenntarthatóbb módjait kutatják, mivel az ammónia környezeti lábnyomának jelentős részéért a hidrogén felel. 

A közelmúltban kutatók és vállalatok hidrogénlelőhelyeket találtak a föld alatt. A vasban gazdag kőzetek hajlamosak a gázt előállító reakciókat maguktól elindítani, így ezek a természetes lelőhelyek alacsony költségű és kibocsátású hidrogénforrást jelenthetnek. Bár a geológiai hidrogén ipari hasznosítása még kezdeti szakaszban van, egyes kutatók azt remélik, hogy a föld alatti kitermelés ösztönzésével olcsón és nagy mennyiségű szennyezőanyag kibocsátása nélkül segíthetik a hidrogénképzési folyamatot. Megfelelő kőzetekkel, hővel és katalizátorral ugyanis olcsón és nagy mennyiségű szennyezőanyag kibocsátása nélkül lehet hidrogént előállítani. 

A szállítása azonban rendkívül bonyolult, ezért Abate egy új megközelítést javasolt: kihasználná a föld természetes folyamatait, így ezek biztosítanák a hidrogén és a nitrogén ammóniává alakításához szükséges kémiai reakciókat.  

Abate és csapata vasban gazdag ásványokat zúzott össze és nitrátokat (nitrogénforrás), vizet (hidrogénforrás), valamint katalizátort adott hozzá, hogy segítse a reakciókat egy kis laboratóriumi reaktorban. Azt tapasztalták, hogy még viszonylag alacsony hőmérsékleten és nyomáson is képesek voltak néhány óra alatt ammóniát előállítani. A kutatók becslése szerint, ha a folyamatot felnagyítanák,  

egy kútból napi 40 ezer kilogramm ammóniát lehetne előállítani. 

Bár a reakciók magas hőmérsékleten és nyomáson általában gyorsabban mennek végbe, a kutatók megállapították, hogy az ammónia előállítása már 130 °C-on és valamivel több mint két atmoszféra nyomáson is gazdaságos folyamat lehet, vagyis olyan körülmények között, amelyek a jelenlegi fúrási technológiával elérhető mélységben is elérhetők lennének. 

A laboratóriumi eljárások tehát sikeresnek bizonyultak, ám még többször tesztelni kell, hogy az eljárás valóban működhet-e a terepen, és ha igen, hogyan. Az egyik, amit a csapatnak ki kell találnia, hogy miként lehet a reakciókat fenntartani, mivel az ammóniát képző folyamat során a vasban gazdag kőzetek felszíne oxidálódik, így egy idő után nem lépnek reakcióba. Abate elmondta, a csapat jelenleg azon dolgozik, hogy szabályozza a használhatatlan kőzetréteg vastagságát és összetételét, hogy a kémiai reakciók folytatódhassanak.  

A projekt kereskedelmi hasznosítása érdekében Abate társalapítóként létrehozta az Addis Energy nevű vállalatot, amely 4,25 millió dolláros előfinanszírozást kapott olyan támogatóktól, mint az Engine Ventures. A cég jelenleg a kutatás méretnövelésén dolgozik, amely magában foglalja az ammónia föld alatti előállításához szükséges megfelelő geológiai feltételekkel ellátott potenciális helyszínek azonosítását is. 

Michael Alexander, az Addis vezérigazgatója és társalapítója szerint biztató, hogy a szükséges technológia nagy részét már használják az olaj- és gázipari eljárásokban. A terepen alkalmazott rendszer magában foglalja a fúrást, a folyadék talajba szivattyúzását, valamint más folyadékok felszín alóli kinyerését – ezek mind gyakori eljárások ebben az iparágban. A csapat a folyamat költségbecsléseinek finomításán, valamint a biztonság és a fenntarthatóság jobb megértésével is foglalkozik. Az ammónia egy mérgező ipari vegyi anyag, de elég gyakori ahhoz, hogy már bevált eljárásokat használjanak a kezelésére, a tárolására és a szállítására.  

A kutatók korai becslései alapján az ezzel a módszerrel előállított ammónia kilogrammonként akár 0,55 dollárba is kerülhet. Ez drágább, mint a manapság fosszilis tüzelőanyagokból létrehozott (0,40 dollár/kg), de ez a technika valószínűleg még mindig olcsóbb lenne, mint más, alacsony kibocsátású módszerek. Az eljárás további finomításai, például a nitrátok helyett a levegőből származó nitrogén felhasználása, jelentősen csökkenthetnék a költségeket, akár kilogrammonként 0,20 dollárra is.  

Az ammónia előállításának új módszerei kulcsszerepet játszhatnak az éghajlatváltozás elleni küzdelemben. Az elektrokémiával, köztük az alternatív ammónia-előállítási módszerekkel foglalkozó Karthish Manthiram, a Caltech professzora szerint a kutatócsapat már a kezdetektől a méretgazdaságosságot helyezte előtérbe, és a föld reaktorként való használata egy olyan innovatív gondolkodásmód, amely képes felgyorsítani a fenntartható vegyipari termelés felé vezető hosszú távú átmenetet. 

Miközben a vállalat a méretnövelésre összpontosít, a laboratóriumokra még rengeteg alapvető kutatás vár, hogy megértsék, mi történik a reakciók során az atomok szintjén, különösen a kőzetek és a reagáló folyadék között. 

Abate szerint a laborvizsgálatok izgalmasak, de ez csak az első lépés – a következő az, hogy „megnézzük, ez valóban működik-e a terepen”. 

Kapcsolódó: