Исследователи Сиднейского университета разработали способ получения аммиака из воздуха с использованием электричества и технологии, напоминающей искусственную молнию. Новый метод может стать устойчивой и децентрализованной заменой традиционному процессу Габера—Боша, который сегодня обеспечивает основную часть мирового производства аммиака, но сопровождается значительными выбросами углерода.
Аммиак — ключевой компонент удобрений, необходимых для производства почти половины всей продовольственной продукции на планете. Однако классическое его производство требует высоких температур, давления и потребляет ископаемое топливо, из-за чего считается одним из самых энергоёмких и загрязняющих химических процессов.
Как работает технология
Австралийская команда использует плазму для возбуждения молекул азота и кислорода из воздуха. Эти активированные молекулы затем проходят через электролизёр с мембраной, где превращаются в аммиак в газообразной форме. В отличие от предыдущих лабораторных разработок, в которых получался аммиак только в виде жидкого аммония (что требовало дополнительной переработки), новая технология позволяет сразу получать пригодный к использованию газ.
«Мы успешно разработали метод, который позволяет преобразовывать воздух в газообразный аммиак с использованием только электричества. Это большой шаг к нашим целям», — поясняет профессор Пи Джей Каллен, руководитель исследования из Школы химической и биомолекулярной инженерии Сиднейского университета.
Одним из ключевых преимуществ новой технологии является её потенциал для дешёвого, масштабируемого и децентрализованного производства так называемого «зелёного» аммиака. Это особенно актуально для отдалённых и не подключённых к сетям регионов, где традиционные методы невозможны или слишком дороги.
«В течение последнего десятилетия научное сообщество, в том числе наша лаборатория, стремилось найти устойчивый способ производства аммиака, не зависящий от ископаемого топлива», — отметил Каллен.
Перспективы для энергетики
Помимо сельского хозяйства, аммиак всё чаще рассматривается как перспективное топливо и носитель водорода. Благодаря наличию трёх атомов водорода в каждой молекуле, его удобно использовать для хранения и транспортировки водорода, особенно в условиях, когда необходима высокая плотность энергии. Ведутся исследования по «расколу» аммиака на водород и азот для дальнейшего использования.
Чистый углеродный профиль аммиака делает его привлекательным кандидатом на роль топлива будущего. Особенно в нём заинтересована судоходная отрасль, на долю которой приходится около 3% глобальных выбросов.
Разработка австралийских учёных основывается на компактном мембранном электролизёре — серебристом боксе, в котором происходит финальная стадия преобразования. В отличие от процесса Габера—Боша, где используется сочетание водорода и азота при высоких температурах и давлениях, в новой методике воздух активируется с помощью плазмы и затем направляется в электролизёр.
«Наша двухступенчатая схема — это комбинация плазменной активации и электрохимического преобразования. Мы уже сделали плазменную часть достаточно эффективной с точки зрения энергии и масштабирования, но для комплексного устойчивого решения нужно доработать электролизёр», — объяснил Каллен.
Работа опубликована в журнале Angewandte Chemie International Edition.
