Když se znečištění mění v surovinu
Odpadní vody ze zemědělství a průmyslu často obsahují vysoké koncentrace dusičnanů, které pocházejí z hnojiv, živočišného odpadu, chemické výroby i procesů čištění odpadních vod. Tyto látky přitom nejsou jen problémem z hlediska znečištění – obsahují dusík, tedy klíčový prvek, ze kterého se vyrábějí průmyslová hnojiva. Čínský výzkumný tým proto navrhl přístup, který místo nákladného odstraňování dusičnanů z vody zkouší jejich přeměnu na amoniak, tedy důležitou surovinu pro výrobu močovinových hnojiv.
Nadbytek dusičnanů má přitom výrazné dopady na životní prostředí. Ve vodních ekosystémech podporuje přemnožení řas, což vede k poklesu kyslíku ve vodě a vzniku tzv. mrtvých zón, kde postupně hynou ryby i další organismy. Problém se navíc netýká jen povrchových vod – dusičnany mohou pronikat i do podzemních zdrojů, odkud se mohou dostávat do pitné vody a představovat zdravotní riziko pro lidi i zvířata. Právě proto se hledají způsoby, jak s nimi zacházet jinak než pouhým odstraněním.
Jádrem nového řešení je dvouatomový katalyzátor (DAC), tedy materiál, v němž dvě aktivní atomová místa spolupracují při průběhu chemické reakce. Tato dvojice usnadňuje přenos elektronů i vznik a rozpad meziproduktů, čímž stabilizuje vícekrokovou přeměnu dusičnanů na amoniak. Tým zároveň ukazuje, že správná volba těchto atomových párů je klíčová pro celkovou efektivitu procesu.
Umělá inteligence a rychlejší výběr katalyzátoru
Vývoj vhodného dvouatomového katalyzátoru je velmi složitý, protože kombinací různých prvků existuje obrovské množství. Jejich testování klasickou metodou pokus–omyl by znamenalo tisíce experimentů, proto výzkumníci zapojili umělou inteligenci, která předem vyhodnotila a vybrala jen nejperspektivnější kombinace atomů. Tím výrazně zúžila prostor pro laboratorní testování a urychlila celý vývoj.
V tomto případě AI nezasahuje přímo do chemických reakcí, ale funguje jako nástroj pro návrh materiálů. Pomáhá určit, které varianty má smysl fyzicky vyrábět a měřit, čímž šetří čas, energii i materiál, což je zásadní u složitých katalytických systémů.
Podle týmu je výsledný katalyzátor téměř třikrát účinnější než srovnatelné existující materiály, což by mohlo zvýšit výtěžnost amoniaku a snížit množství vedlejších produktů. V budoucnu by to mohlo zefektivnit i čištění odpadních vod, kde by se znečišťující látky měnily na využitelné suroviny. Zatím jde ale o laboratorní výsledky a není jisté, jak se systém osvědčí v reálném prostředí ani zda půjde ekonomicky škálovat do průmyslu.
Zdroj: Interestingengineering, NewsBytes
Mohlo by vás zajímat
video