Các nhà nghiên cứu đã tạo ra một phương pháp tiên phong dựa trên plasma, tổng hợp khí amoniac trực tiếp từ không khí bằng điện và tia sét nhân tạo, bỏ qua phương pháp Haber-Bosch phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và cung cấp sản xuất amoniac xanh, có thể mở rộng quy mô, chi phí thấp, không cần lưới điện với những lợi ích to lớn về môi trường.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Sydney đã công bố một kỹ thuật mới để sản xuất amoniac bằng cách sử dụng điện và tia sét nhân tạo, mở ra con đường hướng tới sản xuất amoniac sạch hơn và phi tập trung, có thể giảm đáng kể sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch. Phương pháp đổi mới này bỏ qua quy trình Haber-Bosch đã có từ hàng trăm năm trước , hiện đang thống trị quá trình tổng hợp amoniac nhưng nổi tiếng vì tiêu thụ năng lượng cao, phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và phát thải carbon đáng kể.
Trọng tâm trong bước tiến của nhóm nghiên cứu Sydney là một phương pháp hai bước sử dụng plasma để kích thích các phân tử nitơ và oxy trực tiếp từ không khí. Các phân tử được kích hoạt này sau đó được chuyển đổi thành khí amoniac thông qua một thiết bị điện phân màng. Không giống như các phương pháp trước đây thường sản xuất amoniac ở dạng lỏng, đòi hỏi phải xử lý bổ sung, phương pháp đột phá này tạo ra amoniac trực tiếp dưới dạng khí, giúp đơn giản hóa quy trình sản xuất. Giáo sư PJ Cullen từ Khoa Kỹ thuật Hóa học và Sinh học Phân tử của Đại học Sydney mô tả thành tựu này là một "bước tiến lớn hướng tới mục tiêu của chúng tôi", cho phép tổng hợp amoniac với chi phí thấp, có thể mở rộng quy mô và thân thiện với môi trường.
Ý nghĩa của sự phát triển này vượt xa lĩnh vực sản xuất phân bón – một ngành chiếm gần một nửa sản lượng lương thực toàn cầu và từ lâu đã gắn liền với lượng khí thải khổng lồ. Amoniac cũng hứa hẹn là một nguồn năng lượng sạch trong tương lai nhờ hàm lượng hydro cao. Các ngành công nghiệp như vận tải biển đã và đang nghiên cứu amoniac như một nhiên liệu thay thế không phát thải carbon. Phương pháp tiên phong tại Sydney có thể thay đổi cách sản xuất amoniac xanh , giúp các lựa chọn nhiên liệu và phân bón bền vững dễ tiếp cận hơn với các khu vực xa xôi hoặc nông thôn thiếu cơ sở hạ tầng công nghiệp tập trung.
Sự đổi mới này xuất hiện trong bối cảnh thế giới đang nỗ lực chuyển đổi từ sản xuất amoniac phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch sang amoniac xanh, được sản xuất bằng các nguồn năng lượng tái tạo như gió hoặc mặt trời. Sản xuất amoniac xanh truyền thống giúp giảm đáng kể lượng khí thải CO₂ bằng cách tạo ra hydro từ quá trình điện phân nước sử dụng năng lượng tái tạo trước khi tổng hợp nó với nitơ. Tuy nhiên, bất chấp những lợi ích về môi trường này, việc áp dụng trên quy mô lớn vẫn gặp phải những thách thức bao gồm chi phí cao và triển khai chậm, cùng những rào cản kinh tế đã làm chậm quá trình chuyển đổi sang các giải pháp thay thế xanh trên toàn ngành.
Ngược lại, các dự án đang được triển khai trên khắp thế giới làm nổi bật cả tiềm năng lẫn quy mô của các sáng kiến amoniac xanh. Ví dụ, công ty điện lực EnBW của Đức có kế hoạch nhập khẩu 100,000 tấn amoniac xanh hàng năm từ dự án Amoniac Xanh Skipavika của Na Uy vào năm 2027. Dự án này tận dụng nguồn điện tái tạo tại địa phương để cung cấp năng lượng cho máy điện phân và là một phần trong chiến lược khử cacbon của Đức trong các ngành công nghiệp thông qua nhập khẩu hydro sạch. Tương tự, tại Canada, Newfoundland và Labrador đã phê duyệt dự án Nujio'qonik của World Energy, dự án sẽ sản xuất hydro và amoniac xanh với công suất hơn ba gigawatt năng lượng gió, đánh dấu một bước tiến đáng kể trong sản xuất amoniac sạch ở Bắc Mỹ.
Tuy nhiên, các chuyên gia thừa nhận sự phức tạp của việc chuyển đổi hoàn toàn ngành phân bón và năng lượng toàn cầu sang amoniac xanh. Như Svein Tore Holsether, người đứng đầu tập đoàn dinh dưỡng cây trồng khổng lồ Yara International, lưu ý, ngành phân bón châu Âu cần đẩy nhanh việc áp dụng các giải pháp carbon thấp để đáp ứng các mục tiêu khí hậu, nhưng những thách thức về kinh tế và quy định vẫn còn tồn tại. Chi phí sản xuất cao hơn, trợ cấp không đủ và sự cạnh tranh từ các khu vực có chính sách năng lượng tái tạo thuận lợi hơn tiếp tục làm phức tạp con đường dẫn đến lợi nhuận của amoniac xanh.
Tuy nhiên, những đổi mới như công nghệ tổng hợp amoniac dựa trên plasma của Đại học Sydney mang đến một sự bổ sung đầy hứa hẹn cho các dự án hiện có bằng cách phân cấp sản xuất, giảm chi phí và giảm thiểu tác động môi trường của việc sản xuất amoniac. Khi các hệ thống năng lượng và nông nghiệp toàn cầu hướng đến mục tiêu khử cacbon, những công nghệ mang tính đột phá như thế này có thể đóng vai trò then chốt trong việc đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của thế giới về phân bón bền vững và nhiên liệu sạch, đồng thời giải quyết các mục tiêu về an ninh lương thực và khí hậu.
