- צוותו של ג'או באוניברסיטת נורת'איסטרן ממציא שיטות חדשניות לייצור דשנים ברי קיימא באמצעות עיצוב קטליזטורים חישוביים.
- המחקר משלב מכניקת קוונטים ולמידת מכונה לפיתוח קטליזטורים יותר ריאקטיביים ויעילים באנרגיה.
- הפרויקטים שואפים להפוך CO2 לדלק ולמחזר פלסטיק לכימיקלים יקרי ערך.
- מוקד מרכזי הוא הפחתת תהליך ייצור האמוניה המסורתי, הכבד באנרגיה ופולט פליטות.
- מתודולוגיה חדשנית שמשתמשת במקורות אנרגיה ברי קיימא לייצור אמוניה נמצאת בפיתוח, עם אתגרים ביעילות אנרגטית.
- צוותו של ג'או משתמש במיונים מבוססי ליתיום ודגמים חישוביים לשיפור היעילות האנרגטית מבלי לערוך ניסויים פיזיים נרחבים.
- המחקר זכה בפרס CAREER של קרן המדע הלאומית, המדגיש את הפוטנציאל המהפכני שלו.
- המטרה הסופית היא להפסיק את השימוש בדלקים פוסיליים בייצור אמוניה, לקידום חקלאות ברת קיימא.
בתוך המתחם הומה של קמפוס אוניברסיטת נורת'איסטרן בבוסטון, מהפכה שקטה בחקלאות מתחילה להתגבש. בראשותו של צ'ינג ג'או, פרופסור עוזר להנדסה כימית, צוות מסור מגלה שיטות מהפכניות לייצור רכיבי דשן בצורה יותר ברת קיימא.
ג'או וצוותה חודרים לעולם המיקרוסקופי עם עיצוב קטליזטורים חישוביים, טכניקת חודשה המנצלת מכניקת קוונטים ולמידת מכונה. גישה זו פותרת את המיסתורין המולקולרי של תגובות כימיות, ומאירה דרכים ליצור קטליזטורים שהם לא רק יותר ריאקטיביים אלא גם יעילים באנרגיה.
השאיפות שלהם חורגות מעבר לתיאוריה בלבד. פרויקטים של הצוות מתפרסים מהפיכת דו-תחמוצת הפחמן לדלק ועד למחזור פסולת פלסטיק לכימיקלים יקרי ערך. בין יוזמות אלו, אתגר אחד במיוחד בולט: ייצור האמוניה. למרות תפקידה המרכזי בדשנים, ייצור האמוניה המסורתי צורך אנרגיה רבה ופולט פליטות פחמן בשל התלות שלו בתהליכים תעשייתיים בטמפרטורה גבוהה המופעלים על ידי דלקים פוסיליים.
כאן נכנסת גישתה החדשנית של ג'או—חזון של ייצור אמוניה באמצעות מקורות אנרגיה ידידותיים לסביבה כמו אנרגיה סולארית ורוח. אך שיטה מבטיחה זו חסרה כיום את היעילות האנרגטית הנדרשת למסחור בר קיימא. באמצעות חקר מיונים מבוססי ליתיום דרך דגמים חישוביים מתקדמים, מעבדתה של ג'או שואפת לפתור את הפאזל הזה, תוך כדי עקיפת המגבלות של ניסויים פיזיים.
מאמץ זה לא עבר unnoticed, וזכה בפרס CAREER של קרן המדע הלאומית, עדות לפוטנציאל של ג'או כמובילה בתחום המחקר הכימי בר-קיימא. המטרה הסופית ברורה: להפסיק את ייצור האמוניה על דלקים פוסיליים, וליצור מסלול נקי וירוק קדימה. דרך עדשת הדיוק האטומי, ג'או וצוותה מוכנים להגדיר מחדש את עתיד החקלאות, מולקולה אחרי מולקולה.
מהפכה בחקלאות: הה breakthroughs הכימיים הירוקים באוניברסיטת נורת'איסטרן
ייצור אמוניה ידידותי לסביבה: שינוי משחק עולמי
אוניברסיטת נורת'איסטרן עומדת בחזית החדשנות החקלאית הברת קיימא, בעיקר בזכות מאמציה של צ'ינג ג'או, פרופסור עוזר להנדסה כימית. הצוות שלה משנה את היעילות והידידותיות לסביבה של ייצור דשנים. הם מתמקדים בעיצוב קטליזטורים חישוביים, תוך שימוש במכניקת קוונטים ולמידת מכונה כדי לפתור את המורכבויות המולקולריות של תגובות כימיות. עבודתם לא רק מפחיתה את ההשפעה הסביבתית אלא גם משפרת את הריאקטיביות והיעילות האנרגטית של תהליכים אלו.
חקר העתיד: מעבר לדשנים
מעבר לייצור דשנים, צוות ג'או פורץ דרך בפרויקטים שממירים דו-תחמוצת הפחמן לדלק וממחזרים פסולת פלסטיק לכימיקלים יקרי ערך, בהתמודדות עם אתגרים סביבתיים קריטיים. בין אלו, ייצור האמוניה הוא בעל משמעות מיוחדת. באופן מסורתי, ייצור אמוניה דורש אנרגיה רבה ופולט פחמן, ותלוי במידה רבה בתהליכים תעשייתיים בטמפרטורה גבוהה המופעלים על ידי דלקים פוסיליים. הגישה החדשנית של ג'או שואפת להחליף את השיטות הללו בטכנולוגיות ידידותיות לסביבה המנצלות אנרגיה סולארית ורוח.
האתגרים והפוטנציאלים של מיונים מבוססי ליתיום
מכשול משמעותי במאמציה של ג'או לייצור אמוניה בר קיימא הוא השגת היעילות האנרגטית הנדרשת כדי להפוך זאת למסחור בר קיימא. חקר הצוות שלה של מיונים מבוססי ליתיום, המונחה על ידי דגמים חישוביים מתקדמים, מציע כיוון מבטיח להתגבר על אתגר זה מבלי להיתקל במגבלות של ניסויים פיזיים. הצלחת מחקר זה יכולה להפחית באופן דרסטי את התלות בדלקים פוסיליים בייצור אמוניה, מה שמהווה התפתחות מרכזית בכימיה ברת קיימא.
ההשפעה של עבודת ג'או על החברה והסביבה
ההשפעות הפוטנציאליות של מחקר ג'או על החברה והסביבה הן עמוקות. ייצור אמוניה ירוק ויעיל יכול להפחית באופן משמעותי את טביעת הרגל הפחמנית של החקלאות, לסייע בהאטת שינויי האקלים ולתרום לפרקטיקות חקלאיות ברות קיימא. חידושים כאלה יכולים להוביל לייצור מזון בטוח יותר ולמערכות אקולוגיות בריאות יותר ברחבי העולם.
שאלות מפתח שהועלו
– איך ישפיעו טכניקות ייצור האמוניה הידידותיות לסביבה של ג'או על פרקטיקות חקלאיות גלובליות?
המעבר לייצור אמוניה בר קיימא יכול לחולל מהפכה בפרקטיקות החקלאיות, להפחית את ההשפעה הסביבתית של המגזר ולסייע בהקפדה על תקנות פליטות בינלאומיות.
– אילו מחסומים נותרו בהשגת אמוניה ירוקה מוכנה למסחר?
אתגרים מרכזיים כוללים שיפור היעילות האנרגטית והרחבת תהליך הייצור כדי לעמוד בדרישות הגלובליות, דבר שדורש המשך מחקר ופיתוח.
– האם ניתן ליישם את העקרונות של עבודת ג'או על תהליכים כימיים תעשייתיים אחרים?
כן, המתודולוגיות המפותחות עשויות להיות מותאמות לשיפור הקיימות של מגוון תהליכי ייצור כימיים, מה שמגביר את ההשפעה הסביבתית החיובית במגוון תעשיות.
למידע נוסף, בקרו ב- אוניברסיטת נורת'איסטרן.
על ידי שילוב של מכניקת קוונטים, למידת מכונה ומקורות אנרגיה ברי קיימא, עבודתה של ג'או מעצבת עתיד שמעדיף הן התקדמות טכנולוגית והן שמירה על הסביבה. לפיכך, מחקרה עומד כאור של תקווה בתחום החקלאות הברת קיימא ותהליכים תעשייתיים.
