Sintetička gnojiva od vitalnog su značaja za održavanje mnogobrojne svjetske populacije. Bez njih danas ne bismo imali oko jednu trećinu proizvedene hrane. Za to moramo zahvaliti stoljetnom industrijskom procesu koji se koristi za proizvodnju oko 500 milijuna tona gnojiva godišnje. No, taj proces zahtijeva veliki utrošak energije; troši gotovo dva posto izvora energije u svijetu. Sva živa bića (ljudi, biljke, životinje) zahtijevaju dušik za opstanak, ali paradoks je da iako živimo u obilju dušika, naše ga tijelo ne može usvajati iz zraka. Svijet stoga ovisi o samo dva poznata postupka koji raskidaju jake dušične veze i omogućavaju usvajanje dušika u obliku dostupnom ljudima, životinjama i biljkama.
Jedan od tih procesa je prirodan, bakterijski proces, na kojeg se poljoprivrednici oslanjaju još od samih početaka poljoprivredne proizvodnje. Drugi je stoljećima star Haber-Boschov proces, koji je revolucionizirao proizvodnju gnojiva i potaknuo rast globalne opskrbe hranom. Znanstvenici su nedavno predstavili proces proizvodnje gnojiva uz pomoć svijetla, koji bi mogao opet revolucionirati poljoprivrednu proizvodnju, uz smanjenje ovisnosti o fosilnim gorivima i manje korištenje Haber-Boschovog procesa koji zagađuje okoliš. Pokazali su da fotokemijska energija može zamijeniti adenozin trifosfat (ATP), koji se obično koristi za pretvaranje molekulnog dušika, iz oblika u kojem se nalazi u zraku, na amonijak, glavni sastojak komercijalnih gnojiva. Znanstvenici su dokazali da nanokristali kadmij sulfida (CdS) upijaju svijetlo, koristeći energiju svijetla (Sunčevu energiju) za pokretanje elektrona koji zatim započinju pretvorbu molekulnog dušika (N2) na amonijak, a odvija se unutar proteina nitrogenaze. Nova metoda u osnovi zamjenjuje enzimatski proces temeljen na upotrebi energije (ATP-a) dobivene uz pomoć fosilnih goriva, s nanokristalima kadmij sulfida (CdS).
Pretvorba molekulnog dušika (N2) na amonijak (NH4+)
Pretvorba molekulnog dušika na amonijak obično je energetski vrlo intenzivan proces. U dugogodišnjoj upotrebi Haber-Boschovog procesa u industriji gnojiva, pretvorba se odvija uz pomoć visokih temperatura i visokog tlaka. U biologiji, pretvorba se pak odvija uz enzim nitrogenazu, u reakciji u kojoj je izvor energije ATP, koji određuje brzinu reakcije. I biološki i industrijski proces pretvorbe zahtijevaju veliku količinu energije, a oba rezultiraju emisijom velikih količina ugljičnog dioksida.
Novi postupak, korištenje nanokristala kadmij sulfida, zahtijeva daleko manje energije i ne stvara emisije ugljičnog dioksida. Novo istraživanje trebalo bi potaknuti razvoj alternativnih postupaka za zadovoljenje potreba za amonijakom, na energetski učinkovitiji i održiviji način, s manjim utjecajem na okoliš od dosadašnjih procesa. Obzirom na to da je ovo istraživanje predstavilo novi način proizvodnje gnojiva, koji ne šteti okolišu, očekuje se budući razvoj novih tehnologija koje će proces učiniti još praktičnijim.
Izvori teksta: Science Daily || National Renewable Energy Laboratory
Izvor slike: Phys
