Улавливание аммиака в настоящее время является критически важной задачей 21 века, особенно с учетом того, что ожидается резкий рост городского населения, при прогнозируемом росте городского населения в 2 раза.5 миллиардов человек к 2050 году. В то же время, обеспечение улучшенной санитарии 2.3 миллиарда человек, которые в настоящее время не обслуживаются во всем мире, повлекут за собой установку новых туалетов, очистных сооружений и санитарной инфраструктуры, что еще больше повлияет на окружающую среду.
На сегодняшний день большая часть улавливания аммиака осуществляется с помощью чрезвычайно энергоемкой технологии, процесса Хабера-Боша, который используется в промышленности по всему миру для производства удобрений и составляет 1-2% годового потребления энергии в мире.
Команда инженеров Колумбийского университета во главе с Нгаи Инь Ипом, доцентом кафедры инженерии земли и окружающей среды, сообщает сегодня, что они извлекли аммиак с помощью нового метода, который использует очень низкий уровень энергии, примерно пятую часть энергии, используемой Хабером. Процесс Bosch. Кроме того, поскольку этот метод перерабатывает аммиак в замкнутом контуре, аммиак можно повторно улавливать для повторного использования в удобрениях, бытовых чистящих средствах и других промышленных продуктах.
Результаты опубликованы сегодня ACS Sustainable Chemistry & Engineering.
Управление азотом, важным питательным веществом для жизни, было признано Национальной инженерной академией одной из главных задач 21 века.
Группа Йипа, которая занимается продвижением устойчивого производства как энергии, так и воды, хотела изобрести лучший, более экологичный способ производства азота, биодоступной формой которого является аммиак.
«Было ясно, что нам нужна смена парадигмы для перехода к модели замкнутой экономики, в которой азот восстанавливается и перерабатывается, вместо нынешнего неустойчивого линейного подхода к дорогостоящему производству, утилизации и последующему выбросу загрязняющих веществ в окружающую среду», – говорит Ип.
Команда Ипа имеет опыт мембранной дистилляции, метода, который обеспечивает проникновение летучих веществ, в данном случае аммиака, из потока сырья в поток коллектора, в то время как нелетучие частицы остаются в потоке сырья. Летучие частицы перемещаются через мембрану за счет разницы в давлении пара, которая зависит от температуры и концентрации.
Исследователи разработали метод, который они назвали «изотермической мембранной дистилляцией с кислотным коллектором» или IMD-AC, который использует низкотемпературное тепло, и применили его для выборочного отделения и улавливания аммиака из потока отходов мочи, богатого аммиаком (смоделированный для этого проекта).
«Поскольку наш процесс осуществляется при умеренных температурах до 20-60 градусов по Цельсию, энергия может поступать за счет дешевого или даже бесплатного отработанного тепла, например, от воды из градирни, воды для ванны или солнечных тепловых коллекторов», – говорит Ип.
Следующие шаги для команды включают изучение способов извлечения фосфора, еще одного ключевого ингредиента удобрений, устойчиво и дешево из мочи.
«Теперь, когда мы продемонстрировали устойчивое извлечение азота из мочи, – добавляет Ип, – мы думаем, что растущее население и тенденции в области санитарии представляют идеальные возможности для внедрения децентрализованных устройств отвода мочи для извлечения питательных веществ без дорогостоящей модернизации или капитального ремонта. существующая система, переводящая управление сточными водами на более устойчивую и эффективную парадигму."