Замена углеродного топлива азотом: химики открыли новый способ использовать энергию аммиака

Исследовательская группа из Университета Висконсин-Мэдисон выявила новый способ преобразования аммиака в газообразный азот с помощью процесса, который может стать шагом к замене углеродных видов топлива аммиаком.

Об открытии этого способа, который использует металлический катализатор и высвобождает, а не требует энергии, было рассказано 8 ноября 2021 года в журнале Nature Chemistry, и на него был получен предварительный патент от Фонда исследований выпускников Висконсина.

Энергия из аммиака

"В настоящее время мир работает на углеродном топливе", - объясняет Кристиан Валлен, автор статьи и бывший постдокторант в лаборатории химика Джона Берри из UW-Madison. "Это не очень хорошая экономика, потому что мы сжигаем углеводороды, которые выбрасывают углекислый газ в атмосферу. У нас нет способа замкнуть цикл истинного углеродного цикла, где мы могли бы превратить углекислый газ обратно в полезное топливо".

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Чтобы продвинуться к цели Организации Объединенных Наций - сделать мир углеродно-нейтральным к 2050 году, ученые должны рассмотреть экологически ответственные способы получения энергии из других элементов, кроме углерода, и команда UW-Madison предлагает азотную энергетику, основанную на взаимопревращениях азота и аммиака.

Ученые с волнением обнаружили, что при добавлении аммиака к металлическому катализатору, содержащему платиноподобный элемент рутений, самопроизвольно образуется азот, что означает отсутствие необходимости в дополнительной энергии. Вместо этого процесс можно использовать для производства электроэнергии, а в качестве побочных продуктов получить протоны и газообразный азот. Кроме того, металлический комплекс может быть переработан путем воздействия кислорода и использован повторно - все это гораздо более чистый процесс, чем использование топлива на основе углерода.

"Мы выяснили, что не только производим азот, но и делаем его в совершенно беспрецедентных условиях", - говорит Берри, который является профессором химии Лестера Макнолла и занимается химией переходных металлов. "Возможность завершить реакцию превращения аммиака в азот в условиях окружающей среды - и получить энергию - это очень важно".

Аммиак уже много лет сжигается в качестве источника топлива. Во время Второй мировой войны он использовался в автомобилях, а сегодня ученые рассматривают возможности его сжигания в двигателях в качестве замены бензина, особенно в морской промышленности. Однако при сжигании аммиака выделяются токсичные газы - оксиды азота.

Новая реакция позволяет избежать этих токсичных побочных продуктов. Если эту реакцию поместить в топливный элемент, где аммиак и рутений реагируют на поверхности электрода, она могла бы чисто производить электричество без необходимости в каталитическом преобразователе.

"Для топливного элемента нам нужен электрический выход, а не вход", - говорит Валлен. "Мы обнаружили химические соединения, которые катализируют превращение аммиака в азот при комнатной температуре, без какого-либо приложенного напряжения или добавления химических веществ. Это первый процесс, насколько нам известно, который позволяет это сделать".

"Возможность завершить реакцию превращения аммиака в азот при комнатных условиях - и получить энергию - это очень важно".

- Джон Берри

"У нас есть налаженная инфраструктура для распределения аммиака, который уже массово производится из азота и водорода в процессе Хабера-Боша", - говорит Майкл Тренерри, аспирант и автор статьи. Эта технология может обеспечить экономию топлива без углерода, но это только одна половина головоломки". Одним из недостатков синтеза аммиака является то, что водород, который мы используем для производства аммиака, получают из природного газа и ископаемого топлива".

Однако эта тенденция меняется, так как производители аммиака пытаются производить "зеленый" аммиак, в котором атомы водорода получают путем электролиза воды с нейтральным содержанием углерода вместо энергоемкого процесса Хабера-Боша.

По мере решения проблем синтеза аммиака, по словам Берри, появится множество преимуществ использования аммиака в качестве общего источника энергии или топлива. Он сжимаем, как пропан, его легко транспортировать и легко хранить. Хотя некоторые аммиачные топливные элементы уже существуют, они, в отличие от этого нового процесса, требуют дополнительной энергии, например, путем предварительного расщепления аммиака на азот и водород.

Следующие шаги группы включают выяснение того, как создать топливный элемент, использующий преимущества нового открытия, и рассмотрение экологически чистых способов создания необходимых исходных материалов.

"Одна из следующих задач, над которой я хотел бы подумать, - это получение аммиака из воды, а не из газообразного водорода", - говорит Тренерри. "Мечта - соединить воду, воздух и солнечный свет, чтобы создать топливо". опубликовано econet.ru по материалам scitechdaily.com

Лучшие публикации в Telegram-канале Econet.ru. Подписывайтесь!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet