Forskere udvikler tilgang til vedvarende energi til fremstilling af ammoniak

Forskere ved University of Notre Dame udvikler en tilgang til vedvarende energi til at syntetisere ammoniak, en væsentlig komponent af gødning, der understøtter verdens fødevareproduktionsbehov. Haber-Bosch-processen, der blev udviklet i begyndelsen af ​​1900-tallet til fremstilling af ammoniak, er afhængig af ikke-fornybare fossile brændstoffer og har begrænsede anvendelser til kun store, centraliserede kemiske anlæg.

Den nye proces, udgivet i Naturkatalyse , anvender et plasma - en ioniseret gas - i kombination med ikke-ædelmetalkatalysatorer til at generere ammoniak under meget mildere forhold, end det er muligt med Haber-Bosch. Energien i plasma exciterer nitrogenmolekyler, en af ​​de to komponenter, der indgår i fremstillingen af ​​ammoniak, giver dem mulighed for at reagere lettere på katalysatorerne. Fordi energien til reaktionen kommer fra plasmaet snarere end høj varme og intenst tryk, processen kan udføres i lille skala. Det gør den nye proces velegnet til brug med intermitterende vedvarende energikilder og til distribueret ammoniakproduktion.

"Plasma er af mange blevet betragtet som en måde at fremstille ammoniak på, der ikke er afhængig af fossile brændstoffer og havde potentialet til at blive anvendt på en mindre centraliseret måde, " sagde William Schneider, H. Clifford og Evelyn A. Brosey professor i ingeniørvidenskab, tilknyttet medlem af ND Energy og medforfatter til undersøgelsen. "Den virkelige udfordring har været at finde den rigtige kombination af plasma og katalysator. Ved at kombinere molekylære modeller med resultater i laboratoriet, vi var i stand til at fokusere på kombinationer, der aldrig var blevet overvejet før."

Forskerholdet ledet af Schneider; David gå, Rooney Family Associate Professor of Engineering i rumfart og maskinteknik; og Jason Hicks, lektor i kemi og biomolekylær teknik, opdagede, at fordi nitrogenmolekylerne aktiveres af plasmaet, kravene til metalkatalysatorer er mindre strenge, gør det muligt at bruge billigere materialer under hele processen. Denne tilgang overvinder grundlæggende grænser for den varmedrevne Haber-Bosch-proces, hvilket gør det muligt at udføre reaktionen ved Haber-Bosch-hastigheder under meget mildere forhold.

"Målet med vores arbejde var at udvikle en alternativ tilgang til fremstilling af ammoniak, men den indsigt, der er kommet fra dette samarbejde mellem vores forskningsgrupper, kan anvendes på andre vanskelige kemiske processer, såsom at omdanne kuldioxid til et mindre skadeligt og mere nyttigt produkt. Mens vi fortsætter med at studere plasma-ammoniaksyntese, vi vil også overveje, hvordan plasma og katalysatorer ellers kunne gavne andre kemiske transformationer, " sagde Hicks.