Исследователи из Сиднейского университета разработали более эффективный метод получения аммиака — одного из важнейших химических веществ в мире. Аммиак также является основным компонентом удобрений, на которые приходится почти половина всего мирового производства продуктов питания.
Исследование опубликовано в Angewandte Chemie International edition (https://doi.org/10.1002/anie.202508240).
Команда успешно разработала более простой метод получения аммиака (NH₃) в газообразном состоянии. Предыдущие попытки других лабораторий приводили к получению аммиака в виде раствора (аммония, NH₄⁺), что требует больше энергии и дополнительных процессов для преобразования его в конечный газообразный продукт.
Текущий метод получения аммиака, процесс Габера-Боша, имеет значительные климатические издержки, оставляя огромный углеродный след. Он также должен осуществляться в больших масштабах и вблизи источников дешёвого природного газа, чтобы быть рентабельным.
Изобретение процесса Габера-Боша в XIX веке сделало возможным получение аммиака человеком и произвело революцию в современном сельском хозяйстве и промышленности. В настоящее время 90% мирового производства аммиака зависит от процесса Габера-Боша.
Профессор PJ Каллен из Школы химической и биомолекулярной инженерии Сиднейского университета и Института Net Zero сказал: «Потребность промышленности в аммиаке только растёт. За последнее десятилетие мировое научное сообщество, включая нашу лабораторию, стремилось найти более устойчивый способ производства аммиака, не зависящий от ископаемого топлива».
«В настоящее время производство аммиака требует централизованного производства и транспортировки продукта на большие расстояния. Нам нужен недорогой, децентрализованный и масштабируемый „зелёный аммиак“», — сказал ведущий исследователь, профессор PJ Каллен из Школы химической и биомолекулярной инженерии Сиднейского университета и Института Net Zero.
Команда Каллена работает над производством «зелёного аммиака» уже шесть лет.
«В этом исследовании мы успешно разработали метод, который позволяет преобразовывать воздух в аммиак в его газообразной форме с использованием электричества. Это огромный шаг к нашим целям», — говорится в сообщении.
Аммиак содержит три молекулы водорода, что означает, что его можно использовать в качестве эффективного носителя и источника водорода в качестве источника энергии, а также потенциально как эффективное средство хранения и транспортировки водорода. Отраслевые организации обнаружили, что они могут получить доступ к водороду, «расщепляя» аммиак для разделения молекул и использования водорода.
Аммиак также является перспективным кандидатом для использования в качестве безуглеродного топлива из-за его химического состава. Это вызвало интерес у судоходной отрасли, на долю которой приходится около 3% всех мировых выбросов парниковых газов.
Новый метод получения аммиака, разработанный командой профессора Каллена, работает за счёт использования плазмы путём электризации или возбуждения воздуха.
Но звездой является мембранный электролизер, внешне невзрачный серебристый ящик, где происходит преобразование в газообразный аммиак.
Во время процесса Габера-Боша аммиак (NH₃) получают путём объединения газов азота (N₂) и водорода (H₂) при высоких температурах и давлении в присутствии катализатора (вещества, ускоряющего химическую реакцию).
Плазменный метод, разработанный командой профессора Каллена, использует электричество для возбуждения молекул азота и кислорода в воздухе. Затем команда пропускает эти возбуждённые молекулы через мембранный электролизер для преобразования возбуждённых молекул в аммиак.
Исследователи говорят, что это более простой путь для производства аммиака.
Профессор Каллен сказал, что полученные результаты знаменуют собой новый этап в создании возможности получения «зелёного аммиака». Команда сейчас работает над повышением энергоэффективности и конкурентоспособности метода по сравнению с процессом Габера-Боша.
«Этот новый подход представляет собой двухэтапный процесс, а именно сочетание плазмы и электролиза. Мы уже сделали плазменный компонент жизнеспособным с точки зрения энергоэффективности и масштабируемости», — сказал профессор Каллен.
«Чтобы создать более полное решение для устойчивого производства аммиака, нам необходимо повысить энергоэффективность электролизерного компонента», — сказал профессор Каллен.
Предоставлено Сиднейским университетом (https://phys.org/partners/university-of-sydney/)