Η Αυστραλία βασίζεται σε μεγάλο βαθμό στην εισαγόμενη ουρία για να καλύψει τις ανάγκες του αγροτικού της τομέα, εισάγοντας περίπου 3,8 εκατομμύρια τόνους το 2024. Ταυτόχρονα, η χώρα αντιμετωπίζει αυξανόμενη πίεση για μείωση των βιομηχανικών εκπομπών σε πολλούς τομείς. Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Νέας Νότιας Ουαλίας επιδιώκουν να αντιμετωπίσουν και τις δύο προκλήσεις αναπτύσσοντας τεχνολογία που μετατρέπει τα απόβλητα διοξειδίου του άνθρακα και αζώτου σε λίπασμα ουρίας, δημιουργώντας ενδεχομένως μια εγχώρια πηγή αυτής της βασικής γεωργικής εισροής μειώνοντας παράλληλα τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις.
Από πάγκο εργαστηρίου έως βιομηχανική κλίμακα
Σε αντίθεση με την τυπική θεμελιώδη έρευνα που ολοκληρώνεται στο εργαστηριακό στάδιο, η ομάδα του UNSW επιδιώκει ενεργά τη μετάφραση σε βιομηχανική- κλίμακα. Οι ερευνητές χρησιμοποιούν ηλεκτρολύτες ουρίας, συσκευές που θεωρούνται σημεία αναφοράς για κλιμακούμενη παραγωγή ουρίας, για να δοκιμάσουν τη σκοπιμότητα μετατροπής των εκπομπών σε λίπασμα σε μεγαλύτερη κλίμακα. Για να κατανοήσει πώς συμπεριφέρονται τα υλικά υπό πραγματικές-συνθήκες, η ομάδα χρησιμοποίησε προηγμένο χαρακτηρισμό δέσμης ηλεκτρονίων στο Αυστραλιανό Σύγχρονοτρον. Αυτή η τεχνική τους επιτρέπει να παρατηρούν χημικές αντιδράσεις σε πραγματικό χρόνο, δημιουργώντας κρίσιμα δεδομένα για μελλοντική βιομηχανική εφαρμογή.
Ο Δρ. Daiyan, επικεφαλής του έργου, τονίζει ότι η προσεκτική μηχανική καταλύτη και η παρακολούθηση{1}}σε πραγματικό χρόνο είναι απαραίτητες για τη διασφάλιση της επιλεκτικότητας και της αποτελεσματικότητας, ειδικά κατά την κλιμάκωση από ελεγχόμενες εργαστηριακές συνθήκες σε βιομηχανικά περιβάλλοντα.
Αντιμετώπιση της εξάρτησης της Αυστραλίας από την ουρία
Παρά το γεγονός ότι η Αυστραλία είναι σημαντικός εξαγωγέας γεωργικών προϊόντων, η Αυστραλία δεν παράγει αρκετή ουρία στην εγχώρια αγορά, αφήνοντας τον κλάδο ευάλωτο στις διακυμάνσεις της παγκόσμιας αγοράς. «Αυτή η εξάρτηση είναι κρίμα, καθώς και μια στρατηγική ευπάθεια», είπε ο Δρ Daiyan. Με την τοπική παραγωγή καθαρής ουρίας από ανανεώσιμη ηλεκτρική ενέργεια και απόβλητα άνθρακα, η χώρα θα μπορούσε να μειώσει την εξάρτηση από τις εισαγωγές και να βελτιώσει την ανθεκτικότητα της εφοδιαστικής αλυσίδας. Η προσέγγιση ευθυγραμμίζεται επίσης με τον αυξανόμενο ρυθμιστικό έλεγχο των εκπομπών, ο οποίος πλέον εκτείνεται πέρα από το διοξείδιο του άνθρακα για να συμπεριλάβει άλλους ρύπους με βάση το άζωτο-.
Η έρευνα υπογραμμίζει πώς οι αρχές της κυκλικής χημείας μπορούν να ενσωματώσουν ροές αποβλήτων από τσιμεντοβιομηχανίες και γεωργικά υπολείμματα στην παραγωγή λιπασμάτων, μετατρέποντας τις περιβαλλοντικές προκλήσεις σε εμπορικά πολύτιμα προϊόντα.
Η προσέγγιση δέσμευσης και μετατροπής άνθρακα
Σε αντίθεση με τις τεχνολογίες άμεσης σύλληψης αέρα, η μέθοδος UNSW εστιάζει στη χρήση αναπόφευκτων εκπομπών από βιομηχανικές και βιογενείς πηγές. Οι πρώιμες εργαστηριακές δοκιμές δείχνουν πολλά υποσχόμενα αποτελέσματα στην επιλεκτικότητα, υποδηλώνοντας ότι το CO2 από τις υπάρχουσες βιομηχανικές εργασίες μπορεί να μετατραπεί αποτελεσματικά σε ουρία. Το έργο βρίσκεται ακόμη σε εξέλιξη, αλλά αντιπροσωπεύει ένα πρακτικό μονοπάτι για τη μετατροπή των ρύπων άνθρακα και αζώτου σε υλικά που απαιτούνται στη γεωργία, τα χημικά και την παραγωγή καυσίμων.
Ο Δρ Daiyan παρουσίασε αυτά τα ευρήματα στη Διάσκεψη των Ηνωμένων Εθνών για την Κλιματική Αλλαγή, υποστηρίζοντας για επενδύσεις σε λύσεις κυκλικής οικονομίας. "Υπάρχει αρκετό διοξείδιο του άνθρακα τριγύρω. Απλώς πρέπει να αρχίσουμε να σκεφτόμαστε και να επενδύουμε σε μια κυκλική οικονομία", είπε.
Χρονοδιάγραμμα και βιομηχανικές προοπτικές
Η κλιμάκωση μιας εργαστηριακής διαδικασίας σε μια βιομηχανική εφαρμογή διαρκεί συνήθως πάνω από μια δεκαετία, αλλά η ομάδα του UNSW στοχεύει να επιταχύνει αυτό το χρονοδιάγραμμα. Ο Δρ Daiyan εκτιμά ότι μέσα σε δύο έως τρία χρόνια, το έργο θα μπορούσε να εξασφαλίσει έναν βιομηχανικό συνεργάτη για να ξεκινήσει πιλοτικές δοκιμές-κλίμακας. Η επιτυχία θα έδειχνε ότι οι βιομηχανίες{4}}εντατικής εκπομπών μπορούν να παράγουν αξία από τις ροές αποβλήτων τους ενώ ταυτόχρονα αντιμετωπίζουν περιβαλλοντικούς στόχους.
Τελικά, αυτή η έρευνα δείχνει τις δυνατότητες της κυκλικής χημείας να αναδιαμορφώσει τη βιομηχανική παραγωγή. Με τη μετατροπή των απορριμμάτων άνθρακα και αζώτου σε λίπασμα, η Αυστραλία θα μπορούσε να ενισχύσει τις εγχώριες αλυσίδες εφοδιασμού, να μειώσει τις εκπομπές και να συμβάλει σε έναν πιο βιώσιμο χημικό τομέα. Όπως σημειώνει ο Δρ Daiyan, "Η στοχαστική μηχανική καταλύτη σε συνδυασμό με τον χαρακτηρισμό πραγματικού-χρόνου μπορεί να μετατρέψει τα περιβαλλοντικά προβλήματα σε ευκαιρίες."
