A napenergia világszerte egyre nagyobb teret nyer, ezért a kutatók egyre több olyan módszert fejlesztenek ki, amelyekkel a napenergia révén az üzemanyagoktól a műanyagokig és az acélig mindenféle anyagot elő lehet állítani. Nemrégiben például egy olcsó és hatékony módszert találtak ki arra, hogy a napfény segítségével a szennyvízből kivonják az ammóniát. A Nature Sustainability folyóiratban ezen bemutatott új berendezés olcsóbb növényi tápanyagforrást kínálhat a gazdálkodóknak, miközben segít megtisztítani a mezőgazdasági és ipari szennyvizeket.
Az ammónia értékes anyag: évente mintegy 240 millió tonnát állítanak elő, főként a világ élelmiszertermelésének alapját képező műtrágyák gyártásához. Az ammónia előállítása és felhasználása azonban szennyező. Szinte teljes mennyisége magas hőmérsékletű reaktorokban keletkezik, amelyek fosszilis tüzelőanyagokat használnak a levegőben található nitrogén növények által felvehető formára alakítására. Miután a gazdák kijuttatják a műtrágyát a földekre, a felesleges ammónia gyakran a szennyvízbe kerül, és mérgező moszatok elszaporodását okozhatja. „Ha visszanyerhetjük ezt az ammóniát, rengeteg energiát takaríthatunk meg, és egyúttal megtisztíthatjuk a szennyvizet” – mondja a tanulmány társszerzője, Ning Xu, a Nanjing Egyetem anyagkutatója.
Egyes meglévő szennyvíztisztító telepekben már pontosan ezt teszik. Az ammónia visszanyerésének legtöbb létező módja azonban költséges és energiaigényes, ezért a telepek gyakran elkerülik a problémát, és egyszerűen kevésbé káros vegyületekre bontják azt. A tiszta ammónia olcsóbb visszanyerése érdekében Xu és kollégái egy alacsony technológiai színvonalú napenergia-üvegházat kombináltak egy high-tech anyaggal. A módszer egy hagyományos napenergia-desztillátorral kezdődik, ahol egy átlátszó üveg vagy műanyag sátor borít egy szennyvíztartályt. A nap hője elpárologtatja a vizet, amely gőzzé alakul, majd a burkolaton kondenzálódik, és friss, tiszta víz formájában gyűjthető össze.
Ugyanez a folyamat alkalmazható a szennyvízben található ammónia elpárologtatására is. A műtrágyákból és ipari folyamatokból származó szennyvíz nagy része azonban valójában egy közeli rokon vegyületet, ammóniumot tartalmaz, amely egy extra hidrogénionnal bír, így nem párolog el, hanem sókat képez. A nanjingi kutatók ezért kitaláltak egy módszert az ammónium ammóniává alakítására.
Először, hogy fokozzák a párolgást a napenergia-desztillátorban, Xu csapata létrehozott egy műanyag szivacsot, amelyet vékony réteg fekete, hőelnyelő anyaggal, titán-karbiddal vontak be. Ezután a kutatók alkáli vegyületeket, úgynevezett aminocsoportokat oltottak a szivacs külső felületére. Amikor a fekete szivacs a desztillálóban lebegett a szennyvízben, az aminocsoportok bevonata kivonta a közeli ammóniummolekulákból a hidrogénionokat, és ammóniává alakította őket. A desztillálóban lévő hő aztán elpárologtatta az ammóniát és a vizet, amelyek kondenzálódtak, és összegyűjthetővé váltak.
Miután a szivacs telítődik hidrogénionokkal, nemcsak újrafelhasználható, hanem egy másik értékes vegyi anyag előállítására is alkalmas. Egy külön lépésben a kutatók a napfényt a szivacsra fókuszálták, és annyira felmelegítették, hogy reakcióba lépjenek a hidrogénionok és a szennyvízben található kloridionok. Ez a reakció sósavat eredményezett, egy másik anyagot, amelyet szintén össze lehet gyűjteni és értékesíteni, miközben a szivacs újra készen áll egy újabb ammóniaelőállítási ciklusra.
A berendezéssel kapcsolatos elemzés szerint a begyűjtött ammónia és sósav értékesítésével a rendszer költségei mindössze 3,5 év alatt megtérülhetnek. Eddig ugyanakkor csak laboratóriumi méretekben tesztelték a koncepciót. De mivel a működéséhez nincs szükség különleges anyagokra, elvileg nincs jelentős akadálya a nagyobb méretekben való alkalmazásnak.
