تدعم منظومة الغذاء العالمية.. ثورة في إنتاج الأمونيا

الأمونيا هي مكون رئيسي في الأسمدة، وتدعم أنظمة الغذاء العالمية، وبديل وقود منخفض الكربون للصناعة وتوليد الطاقة.

ومع ذلك، فإن عملية إنتاج الأمونيا الحالية تتطلب الطاقة وتخلق مستويات عالية من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون.

لذا طور العلماء طريقة يحتمل أن تكون أكثر استدامة لإنتاج الغاز، وهي طريقة أبسط وأكثر صداقة للكواكب لإنتاج الأمونيا.

• الأرض تحت القصف الكوني.. أسرار القطب المغناطيسي للكوكب
• لتسريع التحول للصناعة الخضراء.. انطلاق الحوار الوطني الـ10 للطموح المناخي في الإمارات
  

الأمونيا هو غاز عديم اللون، ولطالما كانت الأمونيا مكونا رئيسيا في الأسمدة الزراعية، مما يساعد على إطعام سكان العالم الذين يتزايد عددهم، وفي الآونة الأخيرة ظهر في دائرة الضوء كبديل منخفض الكربون لزيت الوقود الثقيل في الشحن.

كما تلعب الأمونيا أيضا دورا مهما في إزالة الكربون من توليد الطاقة والصناعات الثقيلة مثل الأسمنت والصلب، إما في حد ذاتها وإما كناقل للهيدروجين، وهو وقود آخر خالٍ من الكربون.

يتم إنتاج الأمونيا بشكل أساسي بكميات كبيرة باستخدام عملية هابر بوش لتخليقها من الهيدروجين والنيتروجين، ومع ذلك تتطلب هذه الطريقة التي يرجع تاريخها إلى قرن من الزمان مرافق تصنيع كبيرة، وهي كثيفة الاستخدام للطاقة، كما أنها تعتمد بشكل كبير على الوقود الأحفوري لتوفير كل من الحرارة والمواد الأولية المطلوبة مثل الغاز الطبيعي لتخليق الهيدروجين.

ليس من المستغرب أن ينبعث عن إنتاج الأمونيا 1.3٪ من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية، وهذا فقط لتلبية الطلب العالمي السنوي الحالي.

إنتاج أمونيا أكثر استدامة

قد تأخذ عملية جديدة تم تطويرها في جامعة ستانفورد إنتاج الأمونيا إلى مسار أكثر استدامة وأقل تكلفة، ويبدو الحل بسيطا نسبيا وذلك باستخدام الماء والنيتروجين.

قام الباحثون بتطبيق عامل مساعد من أكسيد الحديد على شبكة من الجرافيت، والتي تم تركيبها بعد ذلك داخل بخاخ يعمل بالغاز، عندما وضعوا مزيجا من الماء والنيتروجين من خلاله احتوت القطرات الخارجة من البخاخ على الأمونيا، مما يشير إلى تفاعل تحفيزي بين النيتروجين والهيدروجين في جزيئات الماء.

في الوقت الحاضر تم استخدام الطريقة فقط في بيئة معملية، وليس من المعلوم إذا كان من الممكن توسيع نطاقها إلى المستوى التجاري، يعتقد الباحثون أن لديها القدرة على الحد بشكل كبير من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون المرتبطة بالتخليق التقليدي للأمونيا.

نظرا لبساطة الطريقة يمكن أيضا جعل التقنية محمولة لتوليد الأمونيا في المكان المطلوب، على سبيل المثال في المزارع، وهذا بدوره يمكن أن يقلل من الحاجة إلى نقل الأمونيا من المصانع الكبيرة إلى نقطة استخدامها، مما يؤدي إلى توفير المزيد من الوقود والانبعاثات.

ومع ذلك فإن الطريقة تستخدم nafion، وهو نوع من PFAS (مادة per- وpolyfluoroalkyl) التي تواجه حظرا من الوكالة الأوروبية للمواد الكيميائية، لذلك قد تكون هناك حاجة إلى إيجاد بدائل.

الأمونيا الخضراء في دائرة الضوء

باحثو ستانفورد ليسوا الوحيدين الذين يعملون على جعل إنتاج الأمونيا أكثر خضرة، تهدف صناعات الأسمدة والطاقة أيضا إلى توسيع نطاق الأساليب منخفضة الكربون والخالية من الكربون لتجميع الهيدروجين من الماء، باستخدام طريقتين رئيسيتين.

يتم إنتاج الأمونيا "الخضراء" باستخدام الكهرباء الزائدة من مصادر الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح لفصل الهيدروجين عن الماء من خلال التحليل الكهربائي، إلى جانب ذلك تستمر أساليب الإنتاج "الزرقاء" في استخدام الهيدروجين المشتق من الغاز الطبيعي ولكنها تستخدم تقنية عزل الكربون لالتقاط معظم ثاني أكسيد الكربون، وتخزينه بشكل دائم أو استخدامه في صناعات أخرى.

تشجيع الإنتاج الغذائي المستدام

يُظهر تقرير المخاطر العالمية 2023 الصادر عن المنتدى الاقتصادي العالمي أن أزمة الإمدادات الغذائية هي رابع أكثر المخاطر من حيث الترتيب في عام 2023 بشكل عام، كما سيكون حل تأثير إنتاج الأمونيا على البيئة أمرا حيويا لزيادة إنتاج الغذاء بطريقة مستدامة.

قد تقوم الأمونيا الخضراء أيضا بتوزيع الإنتاج على نطاق أوسع من الناحية الجغرافية، حيث تعد روسيا واحدة من أكبر مراكز الأسمدة المعدنية، لكن حرب البلاد في أوكرانيا أدت إلى نقص الأسمدة في بقية العالم، على الرغم من إعفاء الأسمدة من العقوبات.

علاوة على ذلك، نظرا للنمو المتوقع في الطلب على الأمونيا من توليد الطاقة والنقل والصناعة، فإن إنتاج الأمونيا الخضراء سيساعد أيضا في إحداث انخفاض في انبعاثات ثاني أكسيد الكربون على نطاق أوسع بكثير.