استرالیا برای تامین نیازهای بخش کشاورزی خود به شدت به اوره وارداتی متکی است و تقریباً 3.8 میلیون تن در سال 2024 وارد کرده است. در همان زمان، این کشور با فشار فزاینده ای برای کاهش انتشارات صنعتی در بخش های مختلف مواجه است. محققان دانشگاه نیو ساوت ولز به دنبال رفع هر دو چالش با توسعه فناوری هستند که دی اکسید کربن و آلایندههای نیتروژن زائد را به کود اوره تبدیل میکند و به طور بالقوه منبع داخلی این نهاده کشاورزی ضروری را ایجاد میکند و در عین حال اثرات زیست محیطی را کاهش میدهد.
از نیمکت آزمایشگاه تا مقیاس صنعتی
بر خلاف تحقیقات بنیادی معمولی که در مرحله آزمایشگاهی به پایان می رسد، تیم UNSW به طور فعال ترجمه{0}در مقیاس صنعتی را دنبال می کند. محققان در حال استفاده از الکترولیزهای اوره هستند، دستگاه هایی که معیارهایی برای تولید اوره مقیاس پذیر در نظر گرفته می شوند تا امکان سنجی تبدیل انتشار گازهای گلخانه ای به کود در مقیاس بزرگتر را آزمایش کنند. برای درک نحوه رفتار مواد در شرایط واقعی-جهان، تیم از توصیف پرتوهای الکترونی پیشرفته- در سینکروترون استرالیا استفاده کرد. این تکنیک به آنها اجازه میدهد تا واکنشهای شیمیایی را در زمان واقعی مشاهده کنند و دادههای حیاتی را برای اجرای صنعتی آینده تولید کنند.
دکتر دایان، سرپرست پروژه، تأکید میکند که مهندسی دقیق کاتالیزور و نظارت{1} زمان واقعی برای اطمینان از انتخابپذیری و کارایی ضروری است، بهویژه هنگام مقیاسپذیری از شرایط آزمایشگاهی کنترلشده به محیطهای صنعتی.
پرداختن به وابستگی به اوره استرالیا
استرالیا علیرغم اینکه یک صادرکننده عمده محصولات کشاورزی است، اوره کافی در داخل تولید نمی کند و این بخش را در برابر نوسانات بازار جهانی آسیب پذیر می کند. دکتر دایان گفت: «این وابستگی مایه تاسف است و همچنین یک آسیب پذیری استراتژیک است. با تولید اوره پاک به صورت محلی از برق تجدیدپذیر و کربن زائد، کشور می تواند وابستگی به واردات را کاهش داده و انعطاف پذیری زنجیره تامین را بهبود بخشد. این رویکرد همچنین با بررسی نظارتی فزاینده انتشار گازهای گلخانهای، که اکنون فراتر از دی اکسید کربن گسترش مییابد و سایر آلایندههای مبتنی بر نیتروژن{4}} را نیز در بر میگیرد، همسو میشود.
این تحقیق نشان میدهد که چگونه اصول شیمی دایرهای میتوانند جریانهای زباله از کارخانههای سیمان و بقایای کشاورزی را در تولید کود ادغام کنند و چالشهای زیستمحیطی را به محصولات با ارزش تجاری تبدیل کنند.
رویکرد جذب و تبدیل کربن
برخلاف فناوریهای جذب مستقیم هوا، روش UNSW بر استفاده از انتشارات غیرقابل اجتناب از منابع صنعتی و بیوژنیک متمرکز است. آزمایشهای آزمایشگاهی اولیه نتایج امیدوارکنندهای را در انتخابپذیری نشان میدهند، که نشان میدهد CO2 از عملیات صنعتی موجود میتواند به طور موثر به اوره تبدیل شود. این پروژه هنوز در حال توسعه است، اما نشان دهنده یک مسیر عملی برای تبدیل آلاینده های کربن و نیتروژن به مواد مورد نیاز در کشاورزی، مواد شیمیایی و تولید سوخت است.
دکتر دایان این یافته ها را در کنفرانس تغییرات آب و هوایی سازمان ملل ارائه کرد و از سرمایه گذاری در راه حل های اقتصاد دایره ای حمایت کرد. او گفت: "دی اکسید کربن کافی در اطراف وجود دارد. ما فقط باید شروع به فکر کردن و سرمایه گذاری در یک اقتصاد دایره ای کنیم."
جدول زمانی و چشم انداز صنعتی
مقیاس یک فرآیند آزمایشگاهی به یک برنامه صنعتی معمولاً بیش از یک دهه طول می کشد، اما تیم UNSW قصد دارد این جدول زمانی را تسریع کند. دکتر دایان تخمین میزند که طی دو تا سه سال، این پروژه میتواند شریک صنعتی را برای شروع آزمایشهای آزمایشی-در مقیاس تضمین کند. موفقیت نشان میدهد که صنایع فشرده{4}}میتوانند از جریان زبالههای خود ارزش تولید کنند و همزمان به اهداف زیستمحیطی بپردازند.
در نهایت، این تحقیق پتانسیل شیمی دایره ای را برای تغییر شکل تولید صنعتی نشان می دهد. استرالیا با تبدیل کربن و نیتروژن ضایعات به کود، میتواند زنجیرههای تامین داخلی را تقویت کند، انتشار گازهای گلخانهای را کاهش دهد و به بخش شیمیایی پایدارتر کمک کند. همانطور که دکتر دایان خاطرنشان می کند، "مهندسی کاتالیزور متفکرانه همراه با شناسایی{3}زمان واقعی می تواند مشکلات محیطی را به فرصت تبدیل کند."
