حوّل فريق من الباحثين في جامعة ييل الأمريكية ملوثا شائعا في المياه إلى مورد ثمين، عبر تقنية كهروكيميائية مبتكرة تجمع بين تنقية المياه وإنتاج الأمونيا، بحسب interesting engineering.

وفي إنجاز مزدوج يحمل أبعادا بيئية واقتصادية، طوّر الباحثون طريقة جديدة لتحويل النترات — أحد أكثر الملوثات شيوعا في مياه الصرف — إلى أمونيا، وهي مادة تُستخدم في صناعة الأسمدة والوقود النظيف. ويوفّر هذا الاكتشاف حلا مستداما يجمع بين معالجة التلوث وإنتاج موارد قابلة لإعادة الاستخدام.

ورغم أهمية النترات في الزراعة، إلا أن ارتفاع مستوياتها في المياه يسبب مشكلات بيئية خطيرة، مثل اختناق الحياة المائية وتدهور جودة المياه. ورغم أن تحويل النترات إلى أمونيا ليس فكرة جديدة، فإن تنفيذ هذه العملية بكفاءة وسرعة عالية، وبدون نواتج جانبية ملوثة، شكّل تحديا كبيرا أمام العلماء لعقود.

وركّزت البروفيسورة ليا وينتر وفريقها على حلّ ما يُعرف في الكيمياء الكهروكيميائية بـ'معضلة الانتقائية والنشاط'، أي كيف يمكن تحويل الملوثات بسرعة دون إنتاج مواد غير مرغوبة مثل النتريت.

ولتحقيق ذلك، ابتكر الفريق حلا يتكون من عنصرين رئيسيين:

- إدخال أيونوفور (Ionophore): وهو مركب يعمل كمغناطيس كيميائي يحتفظ بجزيئات 'النتريت' — ناتج وسيط غير مرغوب فيه — ويمنعها من الإفلات قبل أن تتحوّل بالكامل إلى أمونيا. وهذه الخطوة رفعت الانتقائية إلى مستويات عالية جدا.

- غشاء كهروكيميائي نشط: يتكون من أنابيب نانوية من النحاس والكربون، ويسرّع عملية التحويل بشكل غير مسبوق. وعند دمجه مع الأيونوفور، تمكّن الفريق من تحقيق سرعة عالية وانتقائية ممتازة في الوقت نفسه.

وأثبت النظام فعاليته في تحويل النترات إلى أمونيا خلال 6 ثوان فقط، بنسبة تحويل بلغت 92%، وهي من أعلى النسب المسجّلة عالميا.

كما أظهرت الاختبارات التي أُجريت على عينات مياه حقيقية — من بحيرة ومحطة معالجة مياه صرف — استقرارا طويل الأمد في أداء النظام، ما يعزز إمكانيات تطبيقه على نطاق واسع.

وبفضل بساطته النسبية واستقراره العالي، يمكن دمج هذا النظام في أنظمة معالجة المياه الصناعية، ما يساهم في الحد من التلوث، وفي الوقت نفسه توفير مصدر نظيف ومستدام لإنتاج الأمونيا، بعيدا عن العمليات الصناعية كثيفة الكربون.

نُشرت الدراسة في مجلة Nature Chemical Engineering.