Новый метод синтеза аммиака продемонстрировал увеличение выхода в 5,6 раза, предлагая многообещающую альтернативу традиционным, энергоёмким и углеродоёмким производственным процессам. Исследование опубликовано онлайн в [Nature Communications](https://www.nature.com/articles/s41467-025-60715-3).
В основе прогресса — использование нитрида кремния (Si₃N₄), материала, который можно получить из переработанных отходов солнечных панелей. Это подчёркивает его потенциал для преодоления ограничений методов, основанных на ископаемом топливе, и содействия устойчивому управлению ресурсами.
Под руководством профессора Джонг-Бёма Бэка из Школы энергетики и химической инженерии в UNIST исследовательская группа объявила об успешном повышении эффективности механохимического синтеза аммиака за счёт добавления нитрида кремния.
Аммиак — жизненно важное соединение в мировом сельском хозяйстве, лежащее в основе производства удобрений, которыми питается примерно половина населения мира. Помимо сельскохозяйственного значения, аммиак всё чаще рассматривается как экологически чистый носитель топлива, особенно для хранения и транспортировки водорода, что повышает спрос на него в будущем.
Однако текущее производство аммиака основано на вековом процессе Габера-Боша, который требует высоких температур выше 400 °C и давления более 200 атмосфер — условий, потребляющих огромное количество энергии и вносящих более 2% глобальных выбросов углекислого газа.
В ответ исследователи обращаются к механохимическому синтезу аммиака как к устойчивой альтернативе. Этот процесс включает перекатывание стальных шариков в герметичном контейнере для индуцирования столкновений между молекулами азота (N₂) и водорода (H₂) на каталитических поверхностях, способствуя реакциям при значительно более низких температурах и давлениях.
Этот метод не только снижает потребление энергии и выбросы парниковых газов, но также хорошо подходит для децентрализованного, мелкомасштабного производства — позволяя напрямую производить аммиак на фермах и местных объектах, где он наиболее необходим.
В своём последнем исследовании команда включила небольшое количество нитрида кремния в процесс, что привело к увеличению выхода аммиака в 5,6 раза по сравнению с традиционными методами. Анализ показал, что нитрид кремния индуцирует дефекты высокой плотности на поверхности железного катализатора, эффективно способствуя диссоциации молекул азота до атомарного азота и их последующему гидрированию.
Нитрид кремния известен своей исключительной устойчивостью к ударам, химической коррозии и теплу, что обеспечивает долгосрочную каталитическую активность. Важно, что его можно производить из переработанных кремниевых материалов, извлечённых из отработавших солнечных панелей, что соответствует целям устойчивого использования энергии и переработки ресурсов.
По данным Международного энергетического агентства, к 2050 году в мире ожидается более 49 миллионов тонн отходов солнечных панелей, что подчёркивает важность восстановления ресурсов из отходов возобновляемой энергетики.
Профессор Бэк прокомментировал: «Эта технология значительно повышает эффективность производства аммиака в условиях низких температур и давлений, способствуя децентрализованному производству. Более того, поскольку она использует переработанные отходы солнечных панелей, она решает задачи декарбонизации и цикличности ресурсов, становясь комплексным решением для устойчивого производства аммиака».
Предоставлено [Ulsan National Institute of Science and Technology](https://phys.org/partners/ulsan-national-institute-of-science-and-technology/).