Vairāk nekā simts gadus cilvēce barojas, pateicoties ķīmiskam procesam, kas vienlaikus ir gan mūsu laikmeta varonis, gan ļaundaris. Gaber-Boša process, kas izgudrots 20. gadsimta sākumā, ļāva ražot amonjaku — slāpekļa mēslošanas līdzekļu pamatu — rūpnieciskos apjomos. Tas izglāba pasauli no bada un veicināja demogrāfisko sprādzienu. Bet šim brīnumam ir arī tumšā puse: šodien tas patērē līdz 2 % no pasaules enerģijas un rada aptuveni 1,5 % no visiem CO₂ izmešiem.
Satura rādītājs
Būtībā mēs barojam planētu, sadedzinot fosilos kurināmos. Gigantiskas rūpnīcas, kas darbojas ekstremālos temperatūras un spiediena apstākļos, pārvērš dabasgāzi amonjakā, ko pēc tam transportē tūkstošiem kilometru tālu. Šī sistēma ir centralizēta, energoietilpīga un ekoloģiski netīra.
Bet kas būtu, ja varētu iztikt bez milzu rūpnīcām? Kas būtu, ja amonjaku varētu ražot lokāli, pēc pieprasījuma, izmantojot tikai gaisu un elektrību no atjaunojamiem avotiem? Tieši šādu uzdevumu izvirzīja Sidnejas Universitātes zinātnieku komanda, un viņu atbilde skan gandrīz kā zinātniskā fantastika: viņi iemācījušies pieradināt zibens.
Pieradināt negaisu: plazma vietā spiediena
Austrālijas izstrādājuma pamatā ir eleganta ideja — izmantot nevis augsta spiediena rupjo spēku, bet precīzi virzītu plazmas enerģiju. Plazma, ko bieži sauc par ceturto vielas agregātstāvokli, būtībā ir jonizēts gāzes. Dabā mēs to redzam kā zibens vai polārās gaismas. Zinātnieki ir izveidojuši tās miniatūru, kontrolējamu versiju.
Viņu metode sastāv no diviem galvenajiem posmiem:
- Plazmas uzbudinājums. Vispirms parasts gaiss tiek vadīts caur plazmas reaktoru. Spēcīga elektriskā izlāde, kas līdzinās mikroskopiskai zibens spērienam, “sit” pa slāpekļa (N₂) un skābekļa (O₂) molekulām gaisā. Slāpekļa molekula ir neticami izturīga — tās divi atomi ir saistīti ar trīskāršu saiti, kas ir viena no stiprākajām saiknēm dabā. Gābera-Boša process to sadala, izmantojot milzīgas temperatūras un spiedienu. Plazma to dara eleganti, „uzpūšot” molekulas ar enerģiju un pārvēršot tās uzbudinātā, reaģētspējīgā stāvoklī.
- Membrānu elektrolīze. Tālāk šis „uzbudinātais gaiss” nonāk iekārtas sirdī — neuzkrītošā sudrabainā kastē, kas ir membrānu elektrolīzers. Šeit notiek burvība. Uz īpašas membrānas virsmas uzbudinātās slāpekļa molekulas reaģē ar ūdeņradi (iegūtu no ūdens ar tā paša elektrības palīdzību) un pārvēršas tieši gāzveida amonjakā (NH₃).
Tajā arī slēpjas viena no galvenajām priekšrocībām. Daudzi citi eksperimentāli metodes ražo amonjaku šķidrā veidā — kā amonija jonus (NH₄⁺), kurus pēc tam ir jāiztvaicē un jāattīra, tērējot papildu enerģiju. Sidnejas metode uzreiz dod tīru gāzveida produktu, kas ir gatavs lietošanai. Tas ir īsāks un potenciāli daudz efektīvāks ceļš.
Vairāk nekā tikai mēslojums: jauna ēra enerģētikā un loģistikā
Šīs tehnoloģijas revolucionārais raksturs sniedzas tālu ārpus lauksaimniecības. Decentralizēta „zaļā” amonjaka ražošana var mainīt spēles noteikumus vairākās nozarēs.
Iedomājieties saimniecību, kas negaida mēslošanas līdzekļu piegādes no cita kontinenta, bet ražo tos uz vietas, izmantojot saules paneļus vai vēja ģeneratoru. Tas ne tikai samazina loģistikas oglekļa pēdas nospiedumu, bet arī nodrošina lauksaimniekiem enerģētisko neatkarību.
Bet, iespējams, vēl aizraujošāka perspektīva saistīta ar amonjaka lomu nākotnes ūdeņraža ekonomikā. Ūdeņradis (H₂) ir ideāls tīrs kurināmais, bet to ir ļoti grūti uzglabāt un transportēt. Tas ir viegls, gaistošs un prasa vai nu kriogēnas temperatūras, vai milzīgu spiedienu.
Amonjaks (NH₃) būtībā ir ideāls “ūdeņraža tankkuģis”. Tas viegli sašķidrinās pie mērena spiediena (kā propāns balonā) un satur 17,6 % ūdeņraža pēc masas. To var droši pārvadāt parastajās cisternās. Pēc nogādāšanas galamērķī amonjaku var vai nu sadedzināt tieši īpašos dzinējos (atdalot tikai slāpekli un ūdeni), vai arī „uzlauzt” (pakļaut krekingam), lai iegūtu tīru ūdeņradi degvielas elementiem. Nav pārsteidzoši, ka šo tehnoloģiju ar cerībām vēro pasaules kuģniecības nozare, kas izmisīgi meklē aizvietotāju mazutam.
No laboratorijas uz lauku: kas tālāk?
Protams, vēl ir pāragri svinēt pilnīgu uzvaru pār Gābera-Boša procesu. Austrālijas pētnieki godīgi atzīst, ka šajā posmā viņu iekārta vēl nevar konkurēt ar simtgadīgo tehnoloģiju energoefektivitātes ziņā. Plazmas daļu procesā viņiem jau ir izdevies padarīt pietiekami ekonomisku un mērogojamu. Tagad galvenais uzdevums ir palielināt otrā posma, membrānu elektrolīzes, efektivitāti.
Tomēr šis pētījums nav vienkārši vēl viena zinātniska publikācija. Tas ir pārliecinošs pierādījums, ka jaunā pieeja ir principiāli iespējama. Zinātnieki ir parādījuši ceļu, kā atteikties no fosilā kurināmā, milzīgām rūpnīcām un sarežģītas loģistikas.
Tā vietā izkristalizējas nākotne, kurā nelielas, modulāras iekārtas, kas darbojas ar saules un vēja enerģiju, spēs no gaisa un ūdens ražot vienu no svarīgākajām vielām mūsu civilizācijai. Tas ir skice pasaulē, kurā pārtika, degviela un enerģija kļūst tīrāka un pieejamāka. Un tas viss — pateicoties pieradinātai zibens spēkam mazā sudrabainā kastē.
