Stellen Sie sich eine Welt vor, in der Industrieabfälle nicht nur reduziert, sondern in etwas Nützliches verwandelt werden. Diese Art von Kreislaufwirtschaft ist für Kohlenstoff bereits in Arbeit. Jetzt haben Forscher aus den Bereichen Energie, Umwelt & Amp. Chemietechnik an der Washington University in St. Louis einen vielversprechenden Weg entwickelt, um schädliches Stickoxid, einen Hauptbestandteil des sauren Regens, in Salpetersäure umzuwandeln, die in alltäglichen Anwendungen von der Düngemittelherstellung bis zur Metallverarbeitung verwendet wird.
Feng Jiao, Lauren und Lee Fixel Distinguished Professor an der McKelvey School of Engineering an der WashU, und seine MitarbeiterInnen entwickelten eine Methode zur Umwandlung von Stickoxid (NO)-Emissionen in hochreine, konzentrierte Salpetersäure (HNO₃). Das neue Verfahren arbeitet bei nahezu Umgebungsbedingungen mit minimaler Infrastruktur und bietet eine wirtschaftlich tragfähige Lösung für industrielle Stickstoffabfälle mit wirtschaftlichen und ökologischen Vorteilen.
„Wir haben einen elektrochemischen Ansatz entwickelt, um NO, ein giftiges Abgas, in wertvolle Salpetersäure umzuwandeln“, sagte Jiao. „Unsere Hauptmotivation ist die Bekämpfung von NO-Abgasen aus dem Bergbau, wo große Mengen an Salpetersäure zum Lösen von Metallerzen verwendet werden, was zu erheblichen Emissionen führt. Unsere Technologie ermöglicht die Umwandlung von NO vor Ort in Salpetersäure zur sofortigen Wiederverwendung, wodurch ein nachhaltigerer und zirkulärer Prozess entsteht.“
Das innovative elektrochemische Verfahren verwendet einen kostengünstigen Katalysator auf Kohlenstoffbasis für die NO-Oxidation. In Kombination mit einem Einmetall-Sauerstoffreduktionskatalysator, der von Gang Wu, Professor für Energie-, Umwelt- und Kampffahrzeugtechnik in McKelvey Engineering, entwickelt wurde, arbeitet das Verfahren mit geringem Energieverbrauch und wandelt NO in HNO₃ um, ohne dass chemische Zusätze oder zusätzliche Reinigungsschritte erforderlich sind.
Das elektrochemische Oxidationssystem ist nach dem Prinzip „Plug and Play“ konzipiert, sagt Jiao, und kann vor Ort ohne große Investitionen in Infrastruktur oder teure Rohstoffe wie Edelmetalle aufgebaut werden. Es ist flexibel und anpassbar für kleine oder mittlere Betriebe und arbeitet bei nahezu Raumtemperatur, was den Energieverbrauch, die Kosten und die Umweltauswirkungen im Vergleich zu der am weitesten verbreiteten NO-Verarbeitungsmethode, die höhere Betriebstemperaturen erfordert, erheblich reduziert.
Das System erreicht bei der Verwendung von reinem NO einen Wirkungsgrad von über 90 Prozent. Selbst bei niedrigeren NO-Konzentrationen behält das System einen Wirkungsgrad von mehr als 70 Prozent, so dass es an eine Vielzahl von industriellen Abfallströmen angepasst werden kann. Die direkte Synthese von konzentriertem, hochreinem HNO3 – bis zu 32 Gewichtsprozent – aus NO und Wasser ohne Elektrolytzusätze oder nachgeschaltete Reinigung eröffnet einen elektrochemischen Weg zur Aufwertung von NO-Abgasen und fördert die nachhaltige Bekämpfung der Umweltverschmutzung und die chemische Produktion.
„Die von unserem System produzierte Salpetersäure kann direkt im Bergbau oder in anderen chemischen Prozessen verwendet werden“, so Jiao. „Wir haben bereits eine sehr beeindruckende Effizienz und Reinheit bei unserer Produktion erreicht. In Zukunft werden wir daran arbeiten, diese Zahlen noch weiter zu verbessern und gleichzeitig für praktische Anwendungen zu skalieren.“
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