Австралия в значительной степени зависит от импорта карбамида для удовлетворения потребностей своего сельскохозяйственного сектора, импортировав примерно 3,8 миллиона тонн в 2024 году. В то же время страна сталкивается с растущим давлением по сокращению промышленных выбросов во многих секторах. Исследователи из Университета Нового Южного Уэльса стремятся решить обе проблемы, разрабатывая технологию, которая преобразует углекислый газ и азотные загрязнители в удобрения мочевины, потенциально создавая внутренний источник этого важного сельскохозяйственного ресурса, одновременно снижая воздействие на окружающую среду.
От лабораторного стенда до промышленного масштаба
В отличие от типичных фундаментальных исследований, которые завершаются на лабораторном этапе, команда UNSW активно занимается переводом в промышленном-масштабе. Исследователи используют электролизеры мочевины, устройства, которые считаются эталоном масштабируемого производства мочевины, чтобы проверить возможность преобразования выбросов в удобрения в более крупных масштабах. Чтобы понять, как материалы ведут себя в реальных-условиях мира, команда использовала расширенные характеристики электронного-луча на австралийском синхротроне. Этот метод позволяет им наблюдать химические реакции в режиме реального времени, генерируя важные данные для будущего промышленного внедрения.
Доктор Дайян, руководитель проекта, подчеркивает, что тщательная разработка катализаторов и мониторинг в реальном времени-имеют важное значение для обеспечения селективности и эффективности, особенно при переходе от контролируемых лабораторных условий к промышленным средам.
Решение проблемы зависимости Австралии от мочевины
Несмотря на то, что Австралия является крупным экспортером сельскохозяйственной продукции, она не производит достаточно карбамида внутри страны, что делает этот сектор уязвимым для колебаний мирового рынка. «Эта зависимость вызывает сожаление, а также стратегическую уязвимость», — сказал доктор Дайян. Производя чистую мочевину на местном уровне из возобновляемой электроэнергии и отходов углерода, страна может снизить зависимость от импорта и повысить устойчивость цепочки поставок. Этот подход также согласуется с усилением нормативного контроля за выбросами, который теперь выходит за рамки углекислого газа и включает другие загрязнители на основе азота.
Исследование показывает, как принципы циркулярной химии могут интегрировать потоки отходов цементных заводов и сельскохозяйственные отходы в производство удобрений, превращая экологические проблемы в коммерчески ценные продукты.
Подход к улавливанию и конверсии углерода
В отличие от технологий прямого улавливания воздуха, метод UNSW фокусируется на использовании неизбежных выбросов промышленных и биогенных источников. Первые лабораторные испытания показали многообещающие результаты в области селективности, предполагая, что CO₂ от существующих промышленных предприятий может быть эффективно преобразован в мочевину. Проект все еще находится в разработке, но он представляет собой практический путь преобразования загрязнителей углерода и азота в материалы, необходимые в сельском хозяйстве, химической промышленности и производстве топлива.
Доктор Дайян представил эти выводы на Конференции Организации Объединенных Наций по изменению климата, выступая за инвестиции в решения экономики замкнутого цикла. «Вокруг достаточно углекислого газа. Нам просто нужно начать думать и инвестировать в экономику замкнутого цикла», — сказал он.
Хронология и промышленные перспективы
Масштабирование лабораторного процесса до промышленного применения обычно занимает более десяти лет, но команда UNSW стремится ускорить этот процесс. По оценкам доктора Дайяна, в течение двух-трех лет проект сможет найти отраслевого партнера для начала пилотных-масштабных испытаний. Успех продемонстрирует, что отрасли с интенсивными выбросами-могут получать прибыль от потоков отходов, одновременно решая экологические задачи.
В конечном счете, это исследование иллюстрирует потенциал циркулярной химии для изменения промышленного производства. Преобразуя отходы углерода и азота в удобрения, Австралия могла бы укрепить внутренние цепочки поставок, сократить выбросы и внести вклад в более устойчивый химический сектор. Как отмечает д-р Дайян: «Продуманная разработка катализаторов в сочетании с определением характеристик в-времени может превратить экологические проблемы в новые возможности».
