Phát hiện mới thúc đẩy sự phát triển của nền kinh tế amoniac xanh

Amoniac (NH₃) là nguyên liệu quan trọng dùng để sản xuất phân bón trên toàn cầu, giúp duy trì hoạt động sản xuất lương thực. Amoniac hiện được sản xuất thông qua quy trình Haber-Bosch, trong đó có phản ứng xúc tác kim loại giữa khí nitơ và hydro từ khí thiên nhiên. Tuy nhiên, trong quy trình này, mỗi tấn amoniac được sản xuất, gây phát thải khoảng 1,9 tấn CO₂ chiếm khoảng 1,8% lượng khí thải cacbon toàn cầu.

Quy trình Haber-Bosch hiện đang được sử dụng để sản xuất amoniac một mặt phát thải nhiều cacbon. Mặt khác, quy trình này cũng đòi hỏi nhiệt độ và áp suất cao và chỉ có thể thực hiện tại các lò phản ứng lớn trong các nhà máy công nghiệp lớn. Nghiên cứu mới cho phép sản xuất amoniac ở nhiệt độ phòng với tốc độ và hiệu quả cao.

Cụ thể, các nhà khoa học tại trường Đại học Monash ở Úc đã phát hiện ra một quy trình mới sản xuất amoniac từ muối photphoni. Đây là bước đột phá để hạn chế tình trạng phát thải nhiều cacbon. Nghiên cứu mở ra tiềm năng sản xuất amoniac và phân bón từ năng lượng tái tạo trong các lò phản ứng chỉ nhỏ như chiếc tủ lạnh với phạm vi triển khai ngay tại các trang trại của tư nhân hoặc trong cộng đồng.

Các phương pháp tổng hợp amoniac không thải cacbon trực tiếp hiện đang được nghiên cứu, bao gồm phản ứng khử nitơ điện hóa, có thể sản sinh amoniac ở nhiệt độ và áp suất phòng từ không khí, nước và năng lượng tái tạo. Tuy nhiên, kết quả chỉ tạo ra một lượng amoniac rất nhỏ một phần là do nhu cầu về nguồn proton bị mất đi. Trong nghiên cứu mới, các nhà khoa học đã sử dụng muối photphoni để khắc phục hạn chế đó.

Năm 2019, tổng sản lượng amoniac toàn cầu đạt 150 triệu tấn/năm, khiến nó trở thành mặt hàng hóa chất được sản xuất nhiều thứ hai trên thế giới. Do sự gia tăng dân số trên toàn cầu, nhu cầu amoniac sẽ đạt 350 triệu tấn/năm vào năm 2050. Nhu cầu amoniac sẽ cao hơn vì amoniac được sử dụng ngày càng nhiều để làm chất mang năng lượng (energy carrier) hoặc nhiên liệu.

Đến năm 2050, các công nghệ sản xuất amoniac không thải cacbon sẽ giúp sử dụng amoniac làm nhiên liệu thay thế cho các nhiên liệu hóa thạch vào năm 2050. Amoniac theo dự báo sẽ trở thành nhiên liệu lý tưởng cho hoạt động vận tải biển quốc tế trong tương lai, một thị trường được dự đoán đạt giá trị hơn 150 tỷ USD vào năm 2025.

Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Science.