MIT Kimya Mühendisliği Bölümünde Warren K. Lewis Kariyer Geliştirme Profesörü olan Karthish Manthiram kısa bir süre önce J-WAFS fonu ile ödüllendirilen yedi araştırma projesinden birini yönetiyor. Karthish, azotu, suyu ve güneş ışığını bitkilerin büyümesini teşvik etmek için toprağa eklenmek üzere amonyağa dönüştürebilen güneş enerjisi ile çalışan elektrokimyasal bir cihaz geliştirmeyi hedeflemektedir.

Opening Doors, projesi ve hedefleri hakkında Profesör Manthiram ile konuştu.

Araştırma projenizin başlığı nedir?

Buna ‘Dağıtılmış Gübre Üretimi için Elektrokimyasal Azot Sabitlemesi’ deniyor.

Proje ne hakkında?

Düşük mahsuller, Afrika’da yetersiz beslenmeye ve fakirliğe katkıda bulunan temel bir faktör. Aynı zamanda, dünyanın diğer bölgelerine kıyasla Afrika’da gübre kullanımı çok düşük ve bu da tarımsal üretimi sınırlandırmaktadır. Bunun nedeni kısmen, Afrika’da gübreler için güçlü yerel pazarların bulunmaması. Çiftçilik halen büyük ölçüde küçük ölçekli ve dağınık ve gübre dağıtım maliyetleri kötü altyapı nedeniyle çok yüksek. Bu durum, gübreler için Haber-Bosch sürecini kullanan yüksek düzeyde merkezileştirilmiş amonyum üretim ile uyumlu değil. Bu süreç, büyük ölçeklerde gerçekleştirilmeli çünkü süreçte kullanılan yüksek sıcaklıklar ve basınçlar küçük ölçekte karşılanamayan maliyetler yaratıyor.

Araştırmamız, yaygın olarak mevcut hammaddeleri kullanarak yerel olarak amonyum üretmenin yeni bir yolunu göstermeyi ve Afrika’da bugüne kadar gübrelerin kullanımını engelleyen maliyet ve dağıtım sorunlarından kaçınmayı hedeflemektedir.

Havadaki ve sudaki azotu amonyuma dönüştürmek için güneş panellerini kullanarak çalışan elektro kimyasal bir cihaz öneriyoruz. Aygıtın yalnızca, hava, su ve güneş ışığına ihtiyacı olması nedeniyle, uzak konumlara kurulabilir. Ardından üretilen amonyum doğrudan toprağa verilebilir ya da yerel kullanım için çiftçiler tarafından kolaylıkla işlenebilen üreyi oluşturmak üzere karbondioksit ile reaksiyona sokulabilir.

Bütünüyle araştırma, gübrelerin yerel, elektro kimyasal olarak üretilmesinin küçük çiftçi topluluklarının kendi toprak sağlıklarının kontrolünü ele almaları için uygulanabilir bir yöntem olup olmadığını öğrenmeye yardımcı olacaktır.

Gübrenin üretiminde amonyum neden bu kadar önemli?

Amonyum, bitkilerin büyümek için ihtiyaç duyduğu temel besinlerden birisi olan önemli bir azot kaynağıdır. Gübre kullandığımızda, önceki tarımsal kullanımda tükenmiş olan azotu tekrar toprağa veriyoruz. Bu şekilde toprağın içeriğindeki besinlerin artırılması, arazinin tarımsal üretkenliğinin artırılmasına yardımcı olur.

Afrika’da nispeten düşük düzeyde gübre kullanımının nedeni nedir?

Bu, altyapı ve kaynakların bir birleşimidir. Afrika’da toprak sağlığını iyileştirmek için gübreye büyük bir ihtiyaç var, ancak gübreyi ithal etmek, depolamak ve en çok ihtiyaç duyulan yerlere dağıtmak için altyapı yeterince gelişmemiş. Ayrıca, bireysel düzeyde kaynakların eksikliği söz konusu. Gübre, bireysel çiftçiler için onların yoksulluktan kurtulmalarına yardımcı olacak şekilde üretkenliklerini artırabilse bile aşırı yüksek maliyetli olabilir. Bu nedenle bu, bir ‘tavuk ve yumurta’ sorusu haline geliyor ve sınırlı yerel taleple, bölgesel yönetimlerin ve özel sektörün altyapıyı geliştirmeye yatırım yapma konusunda isteksiz olduğu anlamına geliyor.

Orta Doğu’da gübreler yaygın biçimde kullanılıyor mu?

Orta Doğu’da gübrelerin kullanımı daha yaygın ve bölge gübre üretimi açısından dikkate değer doğal bir potansiyele sahip. Amonyum üretmek için, hidrojene ihtiyacınız var ve hidrojenin en büyük kaynağı, doğal gaz, yani Orta Doğu ekonomisinin başlıca geçim kaynağı. Ancak bu şekilde amonyum üretmek, çok büyük bir karbon ayak izi bırakıyor. Teknolojimiz potansiyel olarak Orta Doğu’nun karbon emisyonlarını azaltırken gübre için global pazardan faydalanmalarına olanak sağlayacak.

“merkezileşmiş bir altyapıya gerek yok ve yoksulluk döngüsünü kırmak daha kolay”

Önerdiğiniz cihazın nasıl çalıştığını kısaca açıklayabilir misiniz?

Önerdiğimiz şey, örneğin yerel güneş panelleri veya rüzgar türbinlerinden temiz elektrik elde etmek ve bunu amonyum üretmek üzere su ve azot ile birleştirmek için yeni bir süreç. Bu, bireysel düzeyde ve hatta bir köy ya da topluluk düzeyinde yapılabilir, böylece merkezileşmiş altyapı ihtiyacı bulunmuyor ve yoksulluk döngüsünü kırmak daha kolay.

Teknoloji fiili olarak ne üretecek?

Teknoloji, amonyum veya üre üretebilir, bunların her ikisi de etkili gübrelerdir. Bunun yapmanın iki pratik yolu bulunuyor. Bir yöntem, amonyum üretmek ve ardından bunu doğrudan toprağa verme yolunu bulmaktır. Araştırmamızın kısmen odaklanacağı nokta bu. Diğeri, üreyi üretmek için amonyumu CO2 ile reaksiyona sokmak, ardından üre taşınması ve dağıtılması kolay güçlü bir gübre olarak satılabilir.

Teknolojinin güneş veya rüzgar enerjisi ile çalışabilmesi dikkate alındığında, Orta Doğu ve Kuzey Afrika için ideal olarak uygun olacaktır. Bu kadar mı?

Evet, kesinlikle. Bölgedeki pek çok hükümette güneş ve rüzgar gibi sürdürülebilir doğal kaynakların çoğunu toplumlarını ve vatandaşlarının yaşamlarını iyileştirmeye yardımcı olması için kullanma konusunda güçlü bir bağlılık bulunuyor.

Temiz enerji elde etmek ve bunu, mevcut pazarları genişleterek ve yenilerine öncülük ederek sürdürülebilir biçimde gübre üretmek için kullanmak üzere yeni bir süreç sağlayabilirsek, bu çok heyecan verici bir kalkınma olabilir.

Daha geniş çevresel etkisi konusunda ne düşünüyorsunuz?

Mevcut amonyum üretimi yöntemleri, 100 yıl önce icat edilen, büyük bir karbon ayak izine sahip süreçlerden türetilmiştir. Teknolojimiz gübre üretiminin karbon ayak izini önemli ölçüde azaltabilir. İkinci bir çevresel faydası, gübre akışıdır. Geleneksel olarak, toprağa büyük miktarlarda gübre eklemek, yağmur yağdığında, belirli miktarda amonyum ve diğer içeriklerin akış yoluyla derelere ve nehirlere giderek kaybedildiği anlamına gelir. Gübrelerin yerel olarak üretilmesi ve bunların toprağa çok daha kontrollü biçimde verilmesi yoluyla, sadece mahsulün fiili olarak ihtiyaç duyduğu gübrenin miktarını sağlayarak, bu akış sorununu azaltacağımızı umuyoruz.

J-WAFS fonunun en son dönemi, Ağustos 2019’a kadar sürecektir. Araştırmanızın o tarihe kadar tamamlanmasını bekliyor musunuz?

Henüz bu araştırmanın çok erken bir aşamasındayız. Proje hakkında çok olumlu olmamıza karşın, bu teknolojik inovasyonu gerçekleştirmek amacıyla ilk önce bazı temel bilimleri anlamamız gerekiyor. İnsanların yaşamlarında maksimum etkiyi yapması amacıyla teknolojiyi daha da geliştireceğimiz ve uygulamak için en iyi yolu bulacağımız ilave araştırma safhalarının olması muhtemel.