Čínští vědci s pomocí AI mění znečištěnou vodu na hnojivo, šetří energii a chrání přírodu

Znečištění vodních toků dusičnany představuje celosvětový problém, který ohrožuje ekosystémy i lidské zdraví. Tyto dusičnany pocházejí z různých zdrojů, včetně zemědělského a průmyslového odpadu, živočišného hnoje a odpadních vod z čistíren.

Znečištění vodních toků dusičnany představuje celosvětový problém, který ohrožuje ekosystémy i lidské zdraví. Tyto dusičnany pocházejí z různých zdrojů, včetně zemědělského a průmyslového odpadu, živočišného hnoje a odpadních vod z čistíren. Jejich nadměrné množství vede k jevům, jako jsou řasové květy, které snižují hladinu kyslíku ve vodě a vytvářejí „mrtvé zóny“, kde hynou vodní organismy. Dusičnany mohou také kontaminovat podzemní vody a představovat zdravotní rizika pro lidi i zvířata. Současné metody odstraňování dusičnanů z odpadních vod jsou nákladné a energeticky náročné.

Čínský tým vědců však vyvinul průlomovou metodu, která dokáže přeměnit dusičnany obsažené v odpadních vodách na amoniak. Amoniak je klíčovou složkou močovinových hnojiv a jedné z nejdůležitějších průmyslových chemikálií, využívané také k výrobě výbušnin, chladiv a potenciálně i v budoucích systémech pro vodíkovou energii. Tradiční výroba amoniaku, známá jako Haber-Boschův proces, je extrémně energeticky náročná, vyžaduje vysoké teploty a tlaky a spotřebovává 1–2 % celosvětové spotřeby energie. Nový proces nabízí levnější a energeticky úspornější alternativu, která zároveň snižuje znečištění a závislost na dovážených surovinách, čímž vytváří jakýsi kruhový systém výroby hnojiv.

Jádrem tohoto objevu je nový superkatalyzátor, který výrazně urychluje a zefektivňuje chemickou reakci. Vědci použili takzvaný duální atomový katalyzátor (DAC), který se liší od tradičních katalyzátorů tím, že využívá dva komplementární atomy. Tato „atomová týmová práce“ je klíčová pro vícestupňové procesy, protože lépe umožňuje přenos elektronů, tvorbu meziproduktů, štěpení a vytváření vazeb. Zajímavostí je, že tým využil umělou inteligenci (AI) k nalezení nejlepších atomových párů pro daný úkol, což výrazně zkrátilo dobu výzkumu a eliminovalo potřebu tisíců fyzických experimentů metodou pokus-omyl.

Výsledky jsou slibné: katalyzátor je téměř třikrát účinnější než jiné podobné katalyzátory, což by mohlo vést k výrazně vyšším výtěžkům amoniaku, vyšší míře konverze a menšímu množství odpadu. To znamená efektivnější využití zdrojů a zároveň řešení vážného průmyslového a zemědělského znečištění. Je však důležité poznamenat, že se jedná stále o výzkum v rané fázi. Vědci zatím předvedli funkčnost katalyzátoru pouze v laboratorních podmínkách a v malých dávkách. Ještě je třeba prokázat jeho účinnost v reálném světě, možnosti škálování a schopnost zpracovávat různé kontaminanty kromě dusičnanů v odpadních vodách. Studie byla publikována v časopise Journal of the American Chemical Society.