MIT ने खोजा हरित अमोनिया उत्प्रेरकों को तेज़ी से खोजने का तरीका

MIT के शोधकर्ताओं ने एक ऐसा तरीका विकसित किया है जो यह पहले से बता सके कि अमोनिया को इलेक्ट्रोकेमिकल तरीके से बनाने के लिए कौन-सी सामग्री सबसे अच्छे उत्प्रेरक का काम करेगी — यह सदी भर पुरानी हैबर-बॉश प्रक्रिया का कम-उत्सर्जन विकल्प है, जिससे आज दुनिया की अधिकांश अमोनिया बनती है। ये निष्कर्ष 11 अगस्त को रॉयल सोसाइटी ऑफ केमिस्ट्री की पत्रिका EES Catalysis में प्रकाशित हुए।

मुख्य रूप से खाद बनाने में इस्तेमाल होने वाली अमोनिया, सल्फ्यूरिक एसिड के बाद दुनिया में सबसे ज़्यादा उत्पादित होने वाला रसायन है। लेकिन इसके उत्पादन में वैश्विक ऊर्जा खपत का 2% तक और ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन का लगभग 1.5% खर्च होता है। पारंपरिक हैबर-बॉश प्रक्रिया, ऊष्मा और ज़रूरी हाइड्रोजन दोनों के लिए जीवाश्म ईंधन पर निर्भर है। एक इलेक्ट्रोकेमिकल विकल्प मौजूद है, लेकिन मौजूदा उत्प्रेरकों की उत्पादन दर और उपज बहुत कम होने के कारण यह औद्योगिक स्तर पर लागत के मामले में प्रतिस्पर्धी नहीं बन पाया है।

लाखों संभावित मिश्र धातुओं को आज़माइश-और-गलती से परखने के बजाय, MIT टीम ने 'डेंसिटी फंक्शनल थ्योरी' नामक एक गणनात्मक विधि का इस्तेमाल किया, जो क्वांटम यांत्रिकी के ज़रिए यह अनुकरण करती है कि किसी सामग्री के परमाणु कैसे व्यवहार करते हैं, ताकि उन भौतिक गुणों की पहचान की जा सके जो किसी उत्प्रेरक को इस प्रतिक्रिया में कारगर बनाते हैं। ट्रांज़िशन मेटल नाइट्राइड यौगिकों पर ध्यान केंद्रित करते हुए शोधकर्ताओं ने ऐसे इलेक्ट्रॉनिक गुण खोजे — जो नाइट्रोजन और धातु परमाणुओं के बीच इलेक्ट्रॉन साझा होने के तरीके पर आधारित हैं — जिनसे यह अनुमान लगाया जा सकता है कि कोई सामग्री नाइट्रोजन गैस को अमोनिया में बदलने वाली प्रतिक्रिया को कितनी अच्छी तरह चला सकती है।

"हमारा तरीका उन मुख्य भौतिक गुणों की पहचान करता है जो अमोनिया उत्पादन में उत्प्रेरक की सक्रियता तय करते हैं," अध्ययन का नेतृत्व करने वाली MIT की न्यूक्लियर साइंस एंड इंजीनियरिंग तथा मैटेरियल्स साइंस एंड इंजीनियरिंग विभाग की प्रोफेसर बिल्गे यिल्दिज़ ने कहा। इस शोध में डॉक्टरल छात्र कॉन्स्टेंटाइन अथानाइटिस और फिलिप ग्राइकोव्स्की भी शामिल थे। शोधकर्ताओं के अनुसार, दुनिया आज हर साल लगभग 20 करोड़ (200 मिलियन) मीट्रिक टन अमोनिया इस्तेमाल करती है, जिसमें से 90% से अधिक अब भी हैबर-बॉश प्रक्रिया से ही बनती है।