Ny teknik omdanner problemfrit ammoniak til grøn brint

Northwestern University forskere har udviklet en yderst effektiv, miljøvenlig metode til at omdanne ammoniak til brint. Skitseret i en nylig publikation i tidsskriftet Joule , den nye teknik er et stort skridt fremad for at muliggøre en nul-forurening, brintdrevet økonomi.

Ideen om at bruge ammoniak som bærer til brintlevering har vundet indpas i de senere år, fordi ammoniak er meget lettere at flydende end brint og derfor er meget nemmere at opbevare og transportere. Northwesterns teknologiske gennembrud overvinder flere eksisterende barrierer for produktion af rent brint fra ammoniak.

"Banen for brintbrændselsceller har været manglen på leveringsinfrastruktur, " sagde Sossina Haile, hovedforfatter af undersøgelsen. "Det er svært og dyrt at transportere brint, men der eksisterer allerede et omfattende ammoniakleveringssystem. Der er rørledninger til det. Vi leverer masser af ammoniak over hele verden til gødning. Hvis du giver os ammoniak, de elektrokemiske systemer, vi udviklede, kan omdanne ammoniak til brændselscelle-klar, ren brint på stedet i enhver skala."

Haile er Walter P. Murphy professor i materialevidenskab og teknik ved Northwesterns McCormick School of Engineering med yderligere ansættelser i anvendt fysik og kemi. Hun er også meddirektør ved University-wide Institute for Sustainability and Energy i Northwestern.

I undersøgelsen, Haile og hendes forskerhold rapporterer, at de er i stand til at udføre ammoniak-til-brint-omdannelsen ved hjælp af vedvarende elektricitet i stedet for fossilt brændt termisk energi, fordi processen fungerer ved meget lavere temperaturer end traditionelle metoder (250 grader Celsius i modsætning til 500 til 600 grader). Celsius). Sekund, den nye teknik genererer ren brint, der ikke skal adskilles fra uomsat ammoniak eller andre produkter. Tredje, processen er effektiv, fordi al den elektriske strøm, der leveres til enheden, direkte producerer brint, uden tab til parasitære reaktioner. Som en ekstra fordel, fordi den producerede brint er ren, den kan sættes direkte under tryk til højdensitetsopbevaring ved blot at øge den elektriske strøm.

For at gennemføre konverteringen, forskerne byggede en unik elektrokemisk celle med en protonledende membran og integrerede den med en ammoniakspaltende katalysator.

"Ammoniakken støder først på katalysatoren, der spalter den i nitrogen og brint, " sagde Haile. "At brint bliver straks omdannet til protoner, som så drives elektrisk hen over den protonledende membran i vores elektrokemiske celle. Ved konstant at trække brinten af, vi driver reaktionen til at gå længere, end den ellers ville. Dette er kendt som Le Chateliers princip. Ved at fjerne et af produkterne fra ammoniakspaltningsreaktionen - nemlig brinten - skubber vi reaktionen fremad, ud over hvad den ammoniakspaltende katalysator kan gøre alene."

Brinten, der dannes ved ammoniakspaltningen, kan derefter bruges i en brændselscelle. Ligesom batterier, brændselsceller producerer elektrisk strøm ved at omdanne energi produceret ved kemiske reaktioner. I modsætning til batterier, brændselsceller kan producere elektricitet, så længe der tilføres brændstof, aldrig miste deres ladning. Brint er et rent brændstof, når det forbruges i en brændselscelle, producerer vand som dets eneste biprodukt. Dette står i modsætning til fossile brændstoffer, som producerer klimaforandrende drivhusgasser såsom kuldioxid, metan og lattergas.

Haile forudser, at den nye teknologi kan være særligt transformerende i transportsektoren. I 2018, bevægelse af personer og varer med biler, lastbiler, tog, skibe, fly og andre køretøjer tegnede sig for 28% af drivhusgasemissionerne i USA - mere end nogen anden økonomisk sektor ifølge Environmental Protection Agency.

"Batteridrevne køretøjer er fantastiske, men der er bestemt et spørgsmål om rækkevidde og materialeforsyning, " sagde Haile. "Omdannelse af ammoniak til brint på stedet og på en distribueret måde ville give dig mulighed for at køre ind på en tankstation og få tryksat brint til din bil. Der er også en stigende interesse for brintbrændselsceller til luftfartsindustrien, fordi batterierne er så tunge."

Haile og hendes team har gjort store fremskridt inden for brændselsceller gennem årene. Som et næste skridt i deres arbejde, de udforsker nye metoder til at producere ammoniak på en miljøvenlig måde.