A modern mezőgazdasági módszerek, amelyek kis földterületen nagy terméshozamot képesek előállítani, olyan vegyi műtrágyákra támaszkodnak, mint az ammónia. Az ammónia előállításához magas, 400-500 Celsius-fokos hőmérsékletre, nagy nyomásra és hidrogén előállítására van szükség. Az extrém körülményeket hagyományosan a fosszilis tüzelőanyagok energiájával biztosítják.

Az ammónia iránti növekvő kereslet azonban a fosszilis tüzelőanyagok felhasználásának növekedését eredményezte. Becslések szerint a globális üvegházhatású gázkibocsátás akár öt százaléka is származhat az ammónia előállításával és felhasználásával kapcsolatos tevékenységekből. 

Az UNSW kutatócsoportja azt kereste, hogyan lehetne az ammóniagyártást környezetbarátabbá tenni. A kérdésükre adott válasz egy módosított napelem volt. Inspirációként a növények levelei szolgáltak, amelyek a napfény hatására a vizet és a szén-dioxidot cukorrá és oxigénné alakítják. A kutatók azt keresték, hogyan lehetne a szennyvízben lévő nitrátokat ammónium-nitráttá fejleszteni napfény segítségével. 
 

Levél alakú katalizátorukat úgy építették meg, hogy egy vékony nanoszerkezetű, rézből és kobalt-hidroxidból álló réteget vittek fel egy hagyományos szilícium napelemre, ami ammóniát állít elő a szennyvízből, kizárólag a nap segítségével. A tudósok által fotoelektrokatalitikusnak (PEC) nevezett reakció egy hat négyzetcentiméteres (40 négyzetcentiméter) mesterséges levélen termelt annyi ammóniát, ami kielégíti körülbelül 1,49 négyzetméter mezőgazdasági terület műtrágyaszükségletét.

A mesterséges levélbe táplált szennyvíz nem közvetlenül kommunális hulladékból származik, azt fel kell dolgozni, hogy eltávolítsák a szerves anyagokat és más részecskéket belőle. Ugyanakkor a kutatók biztosak abban, hogy eljárásuk elegendő ammóniát képes előállítani ahhoz, hogy a rendszer valós körülmények között is működjön. Reményeik szerint, amint a rendszerük kivonja az ammóniumot a vízből, a maradékot fel lehet használni a növények öntözésére.

Borítókép: illusztráció, Adobe Stock