Исследователи из Сиднейского университета использовали искусственные молнии для разработки более эффективного метода получения аммиака — одного из важнейших химических веществ в мире. Аммиак также является основным ингредиентом удобрений, на долю которых приходится почти половина всего мирового производства продуктов питания.
Исследование опубликовано в издании Angewandte Chemie International.
Команда успешно разработала более простой метод получения аммиака (NH 3 ) в газообразной форме. Предыдущие попытки других лабораторий производили аммиак в растворе (аммоний, NH 4 + ), что требует больше энергии и процессов для его преобразования в конечный газообразный продукт.
Текущий метод получения аммиака, процесс Габера-Боша, сопряжен с большими климатическими издержками, оставляя огромный углеродный след. Кроме того, чтобы сделать его экономически эффективным, его необходимо проводить в больших масштабах и вблизи источников дешевого природного газа.
Химический процесс, который накормил мир, и команда из Сиднея стремятся произвести в нём революцию
Природный аммиак (в основном в виде птичьего помета) когда-то пользовался таким большим спросом, что становился причиной войн.
Изобретение процесса Габера-Боша в 19 веке сделало возможным производство аммиака человеком и произвело революцию в современном сельском хозяйстве и промышленности. В настоящее время 90% мирового производства аммиака зависит от процесса Габера-Боша.
«Потребность промышленности в аммиаке только растёт. В течение последнего десятилетия мировое научное сообщество, включая нашу лабораторию, стремилось найти более устойчивый способ производства аммиака, не зависящий от ископаемого топлива.
«В настоящее время для получения аммиака требуется централизованное производство и транспортировка продукта на большие расстояния. Нам нужен недорогой, децентрализованный и масштабируемый «зеленый аммиак»», — сказал ведущий исследователь профессор П. Дж. Каллен из Школы химической и биомолекулярной инженерии Сиднейского университета и Института Net Zero.
Его команда уже шесть лет работает над производством «зеленого аммиака».
«В ходе этого исследования мы успешно разработали метод, позволяющий преобразовывать воздух в аммиак в газообразной форме с помощью электричества. Это огромный шаг к нашим целям».
Аммиак содержит три молекулы водорода , что означает, что он может быть использован в качестве эффективного носителя и источника водорода в качестве источника энергии, даже потенциально в качестве эффективного средства хранения и транспортировки водорода. Промышленные организации обнаружили, что они могут получить доступ к водороду путём «крекинга» аммиака для разделения молекул для использования водорода.
Аммиак также является сильным кандидатом на использование в качестве безуглеродного топлива из-за его химического состава. Это привлекло интерес судоходной отрасли, которая несёт ответственность примерно за 3% всех мировых выбросов парниковых газов.
Разгадывая химическую головоломку
Новый метод получения аммиака, разработанный командой профессора Каллена, основан на использовании силы плазмы путём электризации или возбуждения воздуха.
Но звездой является мембранный электролизер, на первый взгляд ничем не примечательный серебряный ящик, где происходит преобразование в газообразный аммиак.
В процессе Габера-Боша аммиак (NH 3 ) производится путём соединения азота (N 2 ) и водорода (H 2 ) при высоких температурах и давлении в присутствии катализатора (вещества, ускоряющего химическую реакцию).
Разработанный группой профессора Каллена плазменный метод использует электричество для возбуждения молекул азота и кислорода в воздухе. Затем группа передает эти возбужденные молекулы в мембранный электролизер для преобразования возбужденных молекул в аммиак.
Исследователи утверждают, что это более простой путь производства аммиака.
Профессор Каллен сказал, что результаты знаменуют собой новый этап в создании возможности получения зелёного аммиака. Сейчас команда работает над тем, чтобы сделать метод более энергоэффективным и конкурентоспособным по сравнению с процессом Габера-Боша.
«Этот новый подход представляет собой двухэтапный процесс, а именно объединение плазмы и электролиза. Мы уже сделали плазменный компонент жизнеспособным с точки зрения энергоэффективности и масштабируемости.
«Чтобы создать более комплексное решение для устойчивого производства аммиака, нам необходимо повысить энергоэффективность электролизера», — сказал профессор Каллен.
Ведёт расследования о коррупции в любых эшелонах власти
