Химики открыли новый способ использовать энергию аммиака

Аммиак изображение

Команда исследователей в Университете штата Висконсин — Мэдисон определил новый способ для преобразования аммиака в газообразный азот через процесс, который может быть шагом к замене аммиака на основе углерода топлива.

Об открытии этого метода, который использует металлический катализатор и высвобождает, а не требует энергии, было сообщено в журнале Nature Chemistry. Этот метод получил предварительный патент от Исследовательского фонда выпускников Висконсина.

«В настоящее время мир работает на основе углеродного топлива. Приятно видеть, как решается старая проблема», — объясняет Кристиан Уоллен, автор статьи и бывший научный сотрудник лаборатории химика Джона Берри из Калифорнийского университета в Мэдисоне.

Чтобы приблизиться к цели ООН по обеспечению углеродно-нейтрального мира к 2050 году, ученые должны рассмотреть экологически ответственные способы создания энергии из элементов, отличных от углерода, и команда UW-Madison предлагает экономику энергии азота, основанную на взаимном преобразовании азот и аммиак.

Ученые были взволнованы, обнаружив, что добавление аммиака к металлическому катализатору, содержащему платиноподобный элемент рутений, спонтанно приводит к образованию азота, а это означает, что не требуется дополнительной энергии. Вместо этого этот процесс можно использовать для производства электричества с протонами и газообразным азотом в качестве побочных продуктов. Кроме того, металлический комплекс может быть переработан под воздействием кислорода и использован многократно, что намного чище, чем при использовании топлива на основе углерода.

«Мы выяснили, что мы не только производим азот, но и делаем его в совершенно беспрецедентных условиях. Возможность завершить реакцию превращения аммиака в азот в условиях окружающей среды — и получить энергию — очень важно», — говорит Берри, профессор химии Лестера МакНолла, который сосредоточивает свои исследования на химии переходных металлов.

Аммиак сжигают в качестве источника топлива в течение многих лет. Во время Второй мировой войны он использовался в автомобилях, и сегодня ученые рассматривают способы сжигания его в двигателях в качестве замены бензина, особенно в морской промышленности. Однако при сжигании аммиака выделяются токсичные газы оксида азота.

Новая реакция позволяет избежать этих токсичных побочных продуктов. Если бы реакция была размещена в топливном элементе, где аммиак и рутений реагируют на поверхности электрода, он мог бы чисто производить электричество без необходимости в каталитическом нейтрализаторе.

«Для топливного элемента нам нужна электрическая мощность, а не вход. Мы обнаружили химические соединения, которые катализируют превращение аммиака в азот при комнатной температуре без какого-либо приложенного напряжения или добавления химикатов. Насколько нам известно, это первый процесс, позволяющий это сделать», — говорит Валлен.

«У нас есть налаженная инфраструктура для распределения аммиака, который уже массово производится из азота и водорода в процессе Габера-Боша. Эта технология может обеспечить безуглеродную экономию топлива, но это лишь половина проблемы. Одним из недостатков синтеза аммиака является то, что водород, который мы используем для производства аммиака, получают из природного газа и ископаемого топлива», — говорит Майкл Тренерри, аспирант и автор статьи.

Однако эта тенденция меняется, поскольку производители аммиака пытаются производить «зеленый» аммиак, в котором атомы водорода поставляются путем углеродно-нейтрального электролиза воды вместо энергоемкого процесса Габера-Боша.

По словам Берри, по мере решения задач синтеза аммиака использование аммиака в качестве обычного источника энергии или топлива принесет много преимуществ. Он сжимается, как пропан, его легко транспортировать и хранить. Хотя некоторые аммиачные топливные элементы уже существуют, они, в отличие от этого нового процесса, требуют дополнительной энергии, например, сначала для расщепления аммиака на азот и водород.

Ученые теперь пытаются выяснить, как спроектировать топливный элемент, который использует преимущества нового открытия, и рассмотрение экологически безопасных способов создания необходимых исходных материалов.

Ранее Курсор писал, что ученые заявили, что йод успешно прошел испытания в спутниковых ионных двигателях. Команда исследователей из ThrustMe, работая с коллегами из Сорбонского университета, успешно протестировала использование йода в качестве ионизирующего агента в двигателе космического корабля с ионной тягой.

Курсор уже сообщал, что на Луне подтверждено существование холодных ловушек, собирающих углекислый газ. Астрономы США подтвердили существование на Луне холодных ловушек (cold traps), в которых может содержаться твердый углекислый газ. Открытие способно повлиять на судьбу будущих миссий на спутник Земли и возможность постоянного присутствия на нем роботов.

Читайте последние новости Израиля и мира на канале Курсора в Telegram.

Автор материала:
Таня Нати
ТЭГИ: