Čínský tým s AI chemií proměnil dusičnany z odpadních vod na amoniak

Prostředí je plné odpadních dusičnanů, které buď škodí anebo se s velkými náklady odstraňují. Přitom je to ohromný zdroj dusíku, který by bylo možné využít. Nový superkatalyzátor založený na nanozymu ze dvou atomů mědi přeměňuje odpadní dusičnany na amoniak. Časem by mohl proměnit výrobu hnojiv.

Dnešní zemědělské i průmyslové vody typicky obsahují velké množství dusičnanů. Pocházejí například z použitých hnojiv, živočišného odpadu, chemických provozů nebo čistíren odpadních vod. Jejich nadbytek může mít katastrofální následky pro ekosystémy. Jde o brutální přísun dusíku, který je jinak v prostředí vzácným zbožím.

Dusičnany navíc kontaminují podzemní vody a představují zdravotní riziko pro lidi i zvířata. Většina zemí proto odpadní vody čistí tak, že z nich dusičnany odstraňují. Jenže obvykle jde o drahý a energeticky náročný proces, nehledě na to, že možná vyhazujeme cennou surovinu. Dusičnany totiž obsahují velké množství dusíku, což je základní stavební složka hnojiv.

Shi-Jie You z Harbin Institute of Technology v Charbiu na severovýchodě Číny a jeho kolegové hledali způsob, jak tento obrovský zdroj využít. Vyvinuli postup, který dokáže s využitím chemie podporovavé umělou inteligencí přeměnit dusičnany z odpadních vod na amoniak. Ten slouží jako klíčová složka močovinových hnojiv. Je to levné, energeticky úsporné a mohlo by změnit způsob výroby hnojiv.

Amoniak patří k nejdůležitějším průmyslovým chemikáliím na světě. Používá se při výrobě hnojiv, pak také výbušnin, chemikálií, chladiv a řady dalších látek. Jeho výroba je ale velmi drahá a energeticky náročná. Dnes se obvykle získává Haberovou–Boschovou syntézou, při které se za vysokých teplot a tlaků slučuje čistý dusík s vodíkem. Podle některých odhadů to spotřebuje asi 1 až 2 % celosvětové energie.

Čínský tým namísto toho zapřáhl AI a vyvinul superkatalyzátor, s nímž lze vyrábět amoniak z odpadních dusičnanů. Je to dvouatomový katalyzátor (DAC), nanozym, v němž spolupracují dva atomy mědi jako dokonale sehraná chemická dvojice. Umělá inteligence během jeho vývoje našla nejvhodnější kombinace atomů. Vytipovala nejslibnější kandidáty k testování, čímž výrazně zkrátila dobu vývoje.

Podle čínského týmu je nový katalyzátor téměř třikrát účinnější než srovnatelné materiály. Pokud se to potvrdí, mohl by přinést výrazně vyšší výtěžnost amoniaku a méně odpadu. Technologie je zatím ve fázi laboratorních experimentů a má za sebou jen pilotní experimenty. Čas ukáže, jak obstojí v praxi.

Video: Haber–Bosch Process: From Industrial Backbone to Geopolitical Fault Line and Green Transformation

Autor: Stanislav Mihulka