Les chercheurs de l’UIC créent un système électrochimique pérenne où une cellule solaire sera attachée à un puits gardant une réponse liquide. Lorsqu’ils sont chargés, les nitrates des eaux usées dans la solution liquide sont généralement convertis en ammoniac. Pointage de crédit : Meenesh Singh/UIC
Les ingénieurs de l’UIC transforment les nitrates en ammoniac dans le cadre d’une réaction électrochimique durable avec un rendement solaire-carburant élevé.
Des ingénieurs de l’université ou du collège de la ville de l’Illinois Chi ont créé une réaction électrochimique à énergie solaire qui utilise non seulement les eaux usées pour fabriquer de l’ammoniac – la deuxième substance chimique la plus produite au monde – mais atteint en outre un rendement solaire-carburant de dix fois mieux que toute autre technologie comparable.
Leurs conclusions sont généralement publiées dans Sciences de l’énergie et de l’environnement , une revue de premier plan en matière de recherche à l’intersection de la fourniture d’énergie et de la protection de l’environnement.
« Cette technologie ainsi que notre méthode possèdent un grand potentiel pour permettre la synthèse à la demande associée aux engrais et pourraient avoir un impact immense sur les secteurs agricoles et énergétiques particuliers des pays créés et en développement, et sur les efforts visant à réduire les gaz à effet de serre grâce aux combustibles fossiles », a déclaré le chercheur principal Meenesh Singh, professeur adjoint d’architecture chimique à l’Université d’ingénierie de l’UIC.
L’ammoniac, une combinaison d’un azote particulier atome et trois atomes d’hydrogène, est un composé essentiel du fumier et de nombreux articles manufacturés, comme les plastiques et les produits pharmaceutiques. Les approches actuelles pour fabriquer de l’ammoniac à travers l’azote nécessitent une grande quantité de chaleur, produite par la combustion de carburants non renouvelables, pour rompre les liaisons solides entre les atomes d’azote afin qu’ils puissent se transformer en hydrogène. Ce processus particulier vieux d’un siècle génère une fraction substantielle associée aux émissions mondiales de carburant à effet de serre, qui sont la force motrice associée au changement climatique.
Auparavant, Singh grands collègues développé une méthode écologique pour fabriquer de l’ammoniac simplement en filtrant l’azote pur à travers un tamis à mailles fines recouvert d’un catalyseur et chargé électriquement dans une solution à base d’eau. Cette réponse n’utilisait qu’une petite quantité d’énergie fossile pour charger l’écran, qui brise généralement les atomes d’azote, mais elle créait plus d’hydrogène (80 %) que d’ammoniac (20 %).
À ce stade, les chercheurs ont amélioré cette idée et développé une toute nouvelle méthode qui utilise le nitrate, l’un des contaminants les plus courants des eaux souterraines, pour fournir de l’azote et du soleil pour électrifier la réponse. Le système produit presque 100 % d’ammoniac avec des réponses du côté de l’hydrogène gazeux presque nulles. La réaction n’a tout simplement pas besoin de combustibles fossiles et ne crée pas de dioxyde de carbone ni même d’autre gaz à effet de serre, et son utilisation de l’énergie solaire donne un rendement solaire-carburant sans précédent, ou même STF, de 11%, ce qui est 10 fois mieux que tout autre système de pointe pour produire de l’ammoniac (environ 1% STF).
La nouvelle technique repose sur un catalyseur co (symbole), que les scientifiques décrivent avec le tout nouveau processus dans leurs articles, « Activité électrochimique de l’ammoniac à énergie solaire utilisant du nitrate avec une efficacité solaire à carburant de 11 % dans des conditions ambiantes. , ” publié dans le journal Technologie de l’énergie et de l’environnement .
Pour reconnaître le catalyseur, les chercheurs ont d’abord utilisé la théorie informatique afin de prédire quel métal fonctionnerait le mieux. Après avoir identifié le cobalt à l’aide de ces modèles, l’équipe a expérimenté le métal en question, en essayant différentes manières d’optimiser l’activité de la réponse. Les chercheurs ont découvert qu’une surface rugueuse de co (symbole) dérivée du processus d’oxydation fonctionnait mieux pour produire une réaction difficile, ce qui signifie qu’elle transformait presque toutes les molécules de nitrate en ammoniac.
“Trouver le catalyseur sélectif et stable qui s’est avéré utile dans une stratégie à énergie solaire est une preuve puissante qu’une synthèse durable associée à l’ammoniac à une échelle commerciale est possible”, a déclaré Singh.
Non seulement la réponse elle-même est neutre en carbone, ce qui est bon pour l’environnement, mais si le système est développé pour une utilisation industrielle, cela peut également avoir un effet réparateur presque net négatif sur l’environnement environnemental.
« L’utilisation du nitrate des eaux usées signifie que nous devons tous également éliminer le poison des eaux de surface et des eaux souterraines. Au fil du temps, cela signifie que le processus peut simultanément aider à corriger les déchets industriels et les eaux de ruissellement et à rééquilibrer le cycle de l’azote, en particulier dans les zones rurales qui pourraient connaître des inconvénients économiques ou supporter le meilleur risque d’une exposition plus élevée à un excès de nitrate », a déclaré Singh. .
Un contact élevé avec les nitrates dans l’eau à boire a été associé à des problèmes de santé tels que le cancer, les maladies de la thyroïde, l’accouchement prématuré et un faible poids à l’accouchement.
«Nous sommes tous très heureux de cette réalisation et ne nous arrêtons pas ici. Nous espérons que les individus posséderont bientôt un prototype plus grand que nous pourrons tester à une échelle beaucoup plus grande », a déclaré Singh, qui collaborera déjà avec des sociétés municipales, des centres de traitement des eaux usées et d’autres sur le marché pour établir davantage le système.
Recherche : « Activité électrochimique de l’ammoniac à l’énergie solaire utilisant du nitrate avec un rendement solaire-carburant de 11 % dans les conditions ambiantes » simplement par Nishithan C. Kani, Joseph A. Gauthier, Aditya Prajapati, Anne Edgington, Isha Bordawekar, Windom Shields , Mitchell Shields, Linsey Chemical. Seitz, Aayush Ur. Singh et Meenesh R. Singh, sept septembre 2021, Sciences de l’énergie et de l’environnement .
DOI : 10. 1039 / D1EE01879E
Une évidence pour la nouvelle procédure a été déposée auprès du Bureau UIC associé à la Gestion de la Technologie.
Les co-auteurs des articles sont Nishithan Kani et Aditya Parajapati de l’UIC, Frederick Gauthier de la Tx Tech University, Anne Edgington et Linsey Seitz de Collège du Nord-Ouest , Isha Bordawekar de Warren Township High School, Windom Protects et Mitchell Protects de Worldwide Water Sunshine, et Aayush Singh de Dow Inc.
