En grøn tilgang til fremstilling af ammoniak kunne hjælpe med at brødføde verden

Et UCF-forskerhold med samarbejdspartnere ved Virginia Tech har udviklet en ny "grøn" tilgang til fremstilling af ammoniak, der kan hjælpe med at gøre fodring af den stigende verdensbefolkning mere bæredygtig.

"Denne nye tilgang kan lette ammoniakproduktion ved hjælp af vedvarende energi, elektricitet produceret fra sol eller vind, " sagde fysikassistent Xiaofeng Feng. "Dybest set, denne nye tilgang kan hjælpe med at fremme en bæredygtig udvikling af vores menneskelige samfund."

Ammoniak, en forbindelse af nitrogen og brint, er afgørende for alt liv på planeten og er en vital ingrediens i de fleste gødninger, der bruges til fødevareproduktion. Siden Første Verdenskrig, ammoniakken i gødning er primært blevet fremstillet efter Haber-Bosch-metoden, som er energi- og fossilt brændstofkrævende. Der har været betydelige hindringer for at forbedre processen, indtil nu.

Forskerholdets nye tilgang er dokumenteret i Naturkommunikation tidsskrift udgivet online i dag.

Den største hindring for ammoniaksyntese er den høje energibarriere for at aktivere nitrogenmolekyler. For at den kemiske proces kan ramme en høj reaktionshastighed, nitrogen- og brintmolekyler skal opvarmes til en temperatur på 662 til 1, 022 oF under et tryk på 2, 200?5, 100 pund per kvadrattomme med tilstedeværelsen af ​​jernbaserede katalysatorer. Oversættelse:Den kemiske reaktion sker kun under meget høje temperatur- og trykforhold.

Der er mange bestræbelser på at forfølge ammoniaksyntese under mildere forhold, og en af ​​dem er at bruge elektrisk energi. I en elektrokemisk metode ved stuetemperatur, aktive elektroner bruges til at drive reaktionen med vand som brintkilde, men elektronerne, der passerer gennem en elektrode, kan ikke bruges effektivt, og reaktionshastigheden er meget lav.

"Vores forskning opdagede en ny mekanisme, hvorved elektroner kan bruges mere effektivt via katalysatoren af ​​palladiumhydrid. Denne nye tilgang kan ikke kun give en ny rute for ammoniaksyntese med minimal elektrisk energi, men også inspirere peer-forskere til at bruge princippet til at imødegå andre udfordrende reaktioner på vedvarende energiomdannelse, såsom at omdanne kuldioxid til brændstoffer, " sagde Feng.

Medforfatter Hongliang Xin, en assisterende professor ved Virginia Tech, sagde, at der er så meget mere at opdage i dette nye forskningsområde.

"Dette er en meget spændende forskning i at omdanne nitrogen til ammoniak ved stuetemperatur. Kvantekemiske simuleringer har foreslået en unik reaktionsvej for palladiumkatalysatoren med en lavere energibarriere, " sagde Xin. "Men, den detaljerede mekanisme, især dens konkurrence med elektronstjælende brintudvikling og virkningen af ​​driftsspænding, er stadig stort set ukendt."