Quy trình sản xuất phân bón thay đổi cuộc chơi
Phân bón tổng hợp rất quan trọng để duy trì dân số thế giới đang bùng nổ. Nếu không có chúng, chúng ta sẽ không có khoảng 1/3 lượng lương thực được sản xuất ngày nay. Chúng được sản xuất bằng quy trình công nghiệp hàng thế kỷ được sử dụng để sản xuất gần 500 triệu tấn phân bón mỗi năm. Tuy nhiên, quá trình này tốn nhiều năng lượng và tiêu thụ gần 2% nguồn cung cấp năng lượng của thế giới . Chúng ta đang sống trong biển nitơ. Tất cả các sinh vật sống đều cần nitơ để tồn tại nhưng cơ thể chúng ta không thể tiếp cận nó từ không khí. Thế giới chỉ phụ thuộc vào hai quá trình đã biết để phá vỡ các liên kết cực mạnh của nitơ để cho phép chuyển đổi thành dạng mà con người, động vật và thực vật có thể tiêu thụ. Một là quá trình tự nhiên, vi khuẩn mà người nông dân đã dựa vào từ buổi bình minh của ngành nông nghiệp. Hai là quy trình Haber- Bösch đã tồn tại hàng thế kỷ , đã cách mạng hóa sản xuất phân bón và thúc đẩy sự tăng trưởng chưa từng có của nguồn cung lương thực toàn cầu. Các nhà nghiên cứu gần đây đã công bố một quy trình điều khiển bằng ánh sáng, một lần nữa có thể cách mạng hóa ngành nông nghiệp. Quá trình này cũng có thể làm giảm sự phụ thuộc của nguồn cung cấp lương thực thế giới vào nhiên liệu hóa thạch và giảm lượng khí thải carbon nặng nề của Haber-Bösch . Họ đã chứng minh rằng năng lượng quang hóa có thể thay thế adenosine triphosphate. Điều này thường được sử dụng để chuyển đổi dinitơ, dạng nitơ được tìm thấy trong không khí, thành amoniac, thành phần chính của phân bón được sản xuất thương mại. Các nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng các tinh thể nano cadmium sulfide ( CdS ) có thể được sử dụng để thu ánh sáng, cho phép năng lượng từ ánh sáng đó cung cấp năng lượng cho các electron có đủ tiềm năng để thúc đẩy quá trình khử N 2 thành amoniac, diễn ra trong sắt molypden nitơase ( MoFe ) chất đạm. Phương pháp mới thay thế quá trình enzyme phụ thuộc vào quá trình thủy phân ATP bằng quá trình chuyển đổi năng lượng và thu hoạch ánh sáng thanh nano CdS .
Giảm Dinitrogen thành Amoniac
Khử N 2 thành amoniac thường là một quá trình rất tốn năng lượng. Trong quy trình Haber-Bosch lâu đời được ngành công nghiệp sử dụng, quá trình khử N 2 được thực hiện bằng cách sử dụng nhiệt độ cao và áp suất cao. Trong sinh học, quá trình khử được xúc tác bởi nitrogenase trong một phản ứng đòi hỏi ATP đóng vai trò là nguồn năng lượng. Điều này hạn chế tốc độ phản ứng có thể diễn ra. Cả hai quá trình sinh học và công nghiệp đều yêu cầu đầu vào năng lượng cao và cả hai đều dẫn đến việc phát thải lượng carbon dioxide cao. Quá trình mới đòi hỏi ít năng lượng hơn và không thải ra carbon dioxide.
Nghiên cứu mới dự kiến sẽ truyền cảm hứng cho các khái niệm thay thế để đáp ứng nhu cầu về amoniac, nhưng theo cách tiết kiệm năng lượng và bền vững hơn, với tác động đến môi trường thấp hơn so với các quy trình thương mại hiện tại. Bởi vì nghiên cứu này là nghiên cứu đầu tiên chứng minh quy trình mới, nên những phát hiện này rất quan trọng để giúp các nghiên cứu trong tương lai đánh giá tác động của công nghệ đối với một hệ thống thực tế.
