Аммиак (NH3) является глобально важным сырьем для производства удобрений, помогающим поддерживать производство продуктов питания. В настоящее время он производится посредством катализируемой металлами реакции между газообразным азотом и водородом из природного газа с использованием установленной технологии, известной как процесс Габера-Боша.
Производство каждой метрической тонны аммиака способствует выбросу примерно 1.9 метрических тонн углекислого газа, что составляет примерно 1.8 процентов мировых выбросов углерода.
Группа ученых из Университета Монаш во главе с профессором Дугом Макфарлейном, доктором Брайаном Сурьянто и доктором Александром Симоновым открыла процесс, основанный на солях фосфония, который представляет собой прорыв в преодолении этой углеродоемкой проблемы.
Исследование, опубликованное в журнале Science, раскрывает потенциал производства аммиака и удобрений из возобновляемых источников энергии в реакторах размером с холодильник, которые можно было бы развернуть на уровне отдельной фермы или общины.
В настоящее время исследуются методы прямого синтеза аммиака с нулевым содержанием углерода, включая электрохимическую реакцию восстановления азота, которая может производить аммиак при комнатной температуре и давлении из ничего, кроме воздуха, воды и возобновляемых источников энергии.
Но предыдущие попытки сделать эту работу ранее были способны продемонстрировать только очень небольшие количества аммиака, отчасти из-за необходимости «жертвенных» источников протонов, сказал доктор Сурьянто из школы химии Монаша.
«В нашем исследовании мы обнаружили, что соль фосфония может использоваться в качестве« протонного челнока »для устранения этого ограничения», – сказал д-р Сурьянто.
«В 2019 году общее мировое производство аммиака достигло 150 миллионов метрических тонн в год, что сделало его вторым по величине производимым химическим товаром в мире. С увеличением населения Земли потребность в аммиаке к 2050 году достигнет 350 миллионов метрических тонн в год. Ожидается дополнительный рост спроса на аммиак в связи с растущим интересом к его использованию в качестве энергоносителя или топлива.
«Процесс Габера-Боша, который в настоящее время используется для производства аммиака, чрезвычайно углеродоемок. Более того, это также требует высоких температур и давлений и может быть осуществимо только в больших реакторах на крупных промышленных предприятиях.
«Наше исследование позволило нам производить аммиак при комнатной температуре с высокими практическими расходами и эффективностью."
Профессор Макфарлейн, химик, считает, что использование углеродно-нейтральных производственных технологий может также привести к использованию аммиака в качестве топлива и замене ископаемого топлива к 2050 году.
Аммиак уже широко считается идеальным безуглеродным топливом для международных перевозок в будущем, рынок, по прогнозам, к 2025 году будет стоить более 150 миллиардов долларов.
«Технология, которую мы разработали, также открывает широкий спектр возможностей для будущего масштабирования вплоть до очень крупных производственных объектов на экспорт, связанных с выделенными солнечными и ветряными электростанциями», – сказал профессор Макфарлейн.
«Их можно было бы разместить в идеальных местах для производства возобновляемых источников энергии, таких как северные районы Западной Австралии.
«Наши открытия были переданы по лицензии новому дочернему предприятию Monash под названием Jupiter Ionics P / L, которое будет расширять процесс, чтобы продемонстрировать работу в коммерческих приложениях."
Декан факультета естественных наук Университета Монаша, профессор Джордан Нэш, сказал, что исследование является важным вкладом в разработку устойчивого топлива для будущего.
«Я высоко оцениваю выдающуюся работу наших исследователей мирового уровня, открытия которых помогут Австралии занять лидирующие позиции в аммиачной экономике», – сказал он.