Синтетичні добрива на основі азоту становлять основу світового продовольчого постачання, але його виробництво вимагає величезної кількості енергії. Тепер комп'ютерне моделювання в Прінстонському університеті вказує на метод, який може різко скоротити енергію, необхідну в процесі виробництва.
Виробники в даний час виробляють добрива, фармацевтичні препарати та інші промислові хімікати, витягуючи азот з повітря і об'єднуючи його з воднем. Азотний газ обілен, складаючи близько 78 відсотків в атмосфері. Але атмосферний азот важко використовувати, тому що він замкнений на пари атомів, звані N2, і зв'язок між цими двома атомами є другою найсильнішою за своєю природою.
Тому потрібно багато енергії, щоб розділити молекулу N2 і дозволити атомам азоту і водню об'єднатися. Більшість виробників використовують метод Хабера-Боша, стару техніку, яка піддає N2 і водень залізному каталізатору в камері, нагрітій до більш ніж 400 градусів за Цельсієм. Метод використовує так багато енергії, що журнал Science повідомив, що виробництво добрив і подібних сполук становить близько 2 відсотків споживання енергії в світі щороку.
Дослідницька група під керівництвом Емілі Картер, декана інженерної справи Прінстона і професора Герхарда Р. Андлінджера з енергетики та навколишнього середовища, хотіла дізнатися, чи можна використовувати світло для ослаблення зв'язку в молекулі атмосферного азоту. Якщо це так, це дозволить виробникам радикально скоротити енергію, необхідну для поділу азоту на використання в добривах і широкого спектру інших продуктів.
«Використання енергії в сонячному світлі для активації інертних молекул, таких як азот, і газів парникових газів і вуглекислого газу, якщо на те пішло, є серйозною проблемою для стійкого хімічного виробництва», - говорить Картер. «Заміна традиційного енергоємного високотемпáного хімічного виробництва під високим тиском на використанням процесів кімнатної температури за допомогою сонячних променів - ще один спосіб зменшити нашу залежність від викопного палива».
Дослідники були зацікавлені у використанні унікальної поведінки світла при взаємодії з металевими наноструктурами, меншими однієї довжини хвилі світла. Серед інших ефектів явище, зване поверхневим плазмонним резонансом, може концентрувати світло і посилювати електричні поля.
Д-р Джон Марк Мартірес, докторант-дослідник і член дослідницької групи Princeton, сказав, що дослідники вважають, що можна буде використовувати плазмонні резонанси, щоб підвищити потужність каталізатора для поділу молекул азоту.