Ведущие исследователи азота представляют мир без ископаемого топлива

Свободные от пробок автомагистрали, супермаркеты, заполненные продукцией с полей, выращенных с помощью удобрений, и практически все, к чему мы прикасаемся, сделанное из нефтепластиков. Сложно представить жизнь за пределами нашего мира, работающего на ископаемом топливе. «Черное золото» принесло невиданное процветание, но также и загрязнило нашу среду, возможно, безвозвратно, и его запасы конечны. Что же дальше?

Ответ, по мнению биохимика из Университета штата Юта Лэнса Сифелдта и других ведущих ученых, буквально носится в воздухе. Жизненно важный азот окружает нас повсюду, и он может стать ключом к устойчивому развитию без невозобновляемых источников энергии.

Управление фундаментальных энергетических наук Министерства энергетики США собрало Сифелдта и 16 других экспертов по исследованию азота на саммите в Вашингтоне в октябре 2016 года для обсуждения текущего состояния химии активации азота и её будущих направлений. Команда излагает свои выводы в обзорной статье в выпуске журнала Science от 25 мая 2018 года.

«Вся жизнь на Земле требует азота, и колоссальные 80 процентов атмосферы планеты состоит из этого жизнеутверждающего газа в форме динитрогена (N₂). Однако ни животные, ни растения не могут получить к нему прямой доступ», — отмечает Сифелдт.

Около века назад на сцену вышли ископаемые топлива. Немецкие ученые Фриц Габер и Карл Бош разработали революционный процесс для разрыва сверхпрочных связей азота, позволивший коммерческое производство удобрений. Это дало беспрецедентный рост мирового производства продовольствия и, как следствие, населения планеты. Однако этот процесс сегодня потребляет около двух процентов мировых запасов ископаемого топлива и имеет очень тяжелый углеродный след.

Ученые пришли к выводу, что пришло время начать новую революцию. Существуют возможности для достижения радикально улучшенных, новых и различных путей преобразования азота, но для этого потребуется понимание реакций на молекулярном уровне, а также открытие новых каталитических систем и альтернативных способов доставки энергии.

Исследовательская группа Сифелдта уже добилась первых успехов в создании чистого и возобновляемого процесса преобразования азота в аммиак (основной компонент удобрений), управляемого светом. Этот процесс, использующий наноматериалы для улавливания световой энергии, демонстрирует, как солнечный или искусственный свет может питать реакцию фиксации азота, что потенциально может изменить правила игры.