نجح العلماء في تطوير محفز قادر على القيام بنشاط لا يحدث إلا في الطبيعة: امتصاص النيتروجين من الهواء وتحويله إلى أمونيا في الظروف العادية. توفر الطريقة الجديدة، التي تعتمد على التعرض للضوء، وعدًا مستقبليًا لإنتاج أسمدة أكثر صداقة للبيئة. الأمونيا هي العنصر الأساسي في إنتاج الأسمدة.
[ترجمة د.نحماني موشيه]
نجح العلماء في تطوير محفز قادر على القيام بنشاط لا يحدث إلا في الطبيعة: امتصاص النيتروجين من الهواء وتحويله إلى أمونيا في الظروف العادية. توفر الطريقة الجديدة، التي تعتمد على التعرض للضوء، وعدًا مستقبليًا لإنتاج أسمدة أكثر صداقة للبيئة. الأمونيا هي العنصر الأساسي في إنتاج الأسمدة.
نجح علماء من جامعة نورث وسترن في تطوير محفز قادر على القيام بنشاط لا يوجد إلا في الطبيعة: أخذ النيتروجين من الهواء وتحويله إلى أمونيا في الظروف العادية. توفر الطريقة الجديدة، التي تعتمد على التعرض للضوء، وعدًا مستقبليًا لإنتاج أسمدة أكثر صداقة للبيئة. الأمونيا هي العنصر الأساسي في إنتاج الأسمدة.
وقال أستاذ الكيمياء ميركوري جي كاناتزيديس، وهو الباحث الرئيسي: "هذا رد فعل مهم بشكل خاص - تحويل النيتروجين إلى الأمونيا في ظل ظروف معتدلة". "لقد كان العلماء مفتونين بالإنزيم البيولوجي نيتروجيناز لأكثر من 60 عامًا (ويكيبيديا) مما يسرع التفاعل الذي يحدث في الطبيعة. والآن، نجحنا في إنشاء نسخة طبق الأصل ناجحة من العملية الطبيعية." تعتمد النباتات على تثبيت النيتروجين من الهواء لتغذيتها ونموها. النباتات غير قادرة على امتصاص النيتروجين مباشرة من الهواء، لذلك يجب أن تكون مغذياتها في شكل مخفف من الأمونيا.
تستخدم الطريقة الجديدة الضوء لتسريع هذا التفاعل المهم. توفر العملية، التي تستخدم فيها الطاقة الشمسية لتحويل النيتروجين إلى أمونيا، بديلاً فعالاً لعملية بار-بوش (ويكيبيديا)يوضح الباحث العملية الصناعية القياسية لإنتاج الأمونيا. وتستهلك هذه العملية أكثر من 1% من إمدادات الطاقة في العالم. وقد نشرت نتائج البحث منذ فترة طويلة في المجلة العلمية مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية.
على الرغم من أن البحث حاليًا في مرحلة إثبات المفهوم فقط، إلا أن هذا اكتشاف مثير للإعجاب للغاية. يعتبر النيتروجين مادة عنيدة بشكل خاص - فهو لا يميل إلى التفاعل مع المواد الأخرى ومن الصعب جدًا تفكيك الروابط الكيميائية الموجودة بداخله. ومن أجل التصدي لهذه المشكلة، لجأ الباحثون إلى مادة مثيرة للاهتمام تمكنوا من تطويرها سابقًا، وهي مادة الكالكوجيل (ويكيبيديا). توفر هذه المادة المسامية، الشبيهة بالإسفنجة، مساحة سطحية ضخمة، وهي قدرة تعتبر ميزة كبيرة. ابتكر الباحثون الكالكوجيل باستخدام مجموعة من ذرات الحديد والموليبدينوم والكبريت (FeMoS)، وهي المعادن الرئيسية الموجودة في إنزيم النيتروجيناز الذي يعيد تدوير النيتروجين. يوضح الباحث: "بفضل مساحة سطحها الكبيرة، توفر المادة عددًا كبيرًا من المواقع النشطة التي يمكن أن يتفاعل فيها النيتروجين أثناء تدفقه عبر المادة".
ميزة أخرى للكالكوجيل هو لونه: فهو أسود، لذا فهو قادر على امتصاص الكثير من الضوء. ويعتقد الباحثون أنهم قادرون على الاستفادة من هذه الطاقة. "لقد فكرنا في أنفسنا - دعونا نجري تجربة مجنونة - سنقوم بتحفيز الكالكوجيل بالضوء، وتزويده بالنيتروجين والتحقق مما إذا كانت المادة ستعيد النيتروجين إلى الأمونيا. ولدهشتنا الكبيرة، رأينا إنتاج الأمونيا، حيث أصبح معدله أكثر قوة مع مرور الوقت." يرتبط الركام الموجود داخل الكالكوجيل (FeMoS) بالنيتروجين ويعيد تدويره باستخدام 8 إلكترونات، مما يؤدي إلى تكوين جزيئين أمونيا وجزيء هيدروجين واحد، تمامًا كما يحدث في الطبيعة. وتحقق الباحثون من أن الأمونيا المتكونة بالفعل تأتي من النيتروجين وليس من مصدر آخر. يوضح الباحث الرئيسي: "إن محفز الكالكوجيل متين للغاية - فهو قادر على العمل مرارًا وتكرارًا". "للمقارنة، يجب على النيتروجين في النظم البيولوجية إعادة بناء نفسه كل 8-6 ساعات." وعلى الرغم من ذلك، خلص الباحثون إلى أن المحفز الخاص بهم أبطأ 1000 مرة من الإنزيم الطبيعي، "ومع ذلك، كان لدى الإنزيم الطبيعي 3-2 مليار سنة ليتطور"، كما يبرر الباحث الرئيسي. "يسعدنا أن نكتشف أن مادتنا تعيد تدوير النيتروجين تمامًا مثل الإنزيم الطبيعي. هذه نقطة بداية رائعة والآن نحاول أن نفهم بالضبط كيف تعمل هذه المادة وكيف يمكننا زيادة معدل نشاطها. لقد نجحنا بالفعل في تحقيق تقدم في هذا الاتجاه".
