Ammoniaknedbrydning for brintøkonomi, forbedring af brintudvindingseffektiviteten

For implementeringen af ​​en effektiv brintøkonomi i de kommende år, brint produceret fra kilder som kul og olie skal transporteres fra dets produktionssteder til slutbrugeren, ofte over lange afstande og for at opnå en vellykket brinthandel mellem landene. Drs. Hyuntae Sohn og Changwon Yoon og deres team ved Center for Hydrogen-fuel Cell Research ved Korea Institute of Science and Technology (KIST) har annonceret en ny nanometal katalysator, udgør 60 % mindre ruthenium (Ru), et dyrt ædelmetal, der bruges til at udvinde brint via ammoniaknedbrydning.

Ammoniak er for nylig dukket op som et væskeopbevarings- og transportmedium, der har vist lovende stabilitet til langdistancetransport af brint. Ved 108 kg H ₂ /m ³ , flydende ammoniak (NH ₃ ) kan lagre 50 % mere brint end flydende brint. Når ammoniak nedbrydes ved høje temperaturer, der produceres kun brint- og nitrogengasser, med minimal kuldioxidudledning. Fordi over 200 millioner tons ammoniak i øjeblikket produceres årligt til industriel brug over hele kloden, infrastrukturen til masselagring og langdistancetransport eksisterer allerede og kan ganske enkelt genanvendes til brinttransport.

Behovet for store mængder varme har været et presserende problem, der forhindrer den udbredte anvendelse af ammoniak til brug i brinttransport og -lagring, imidlertid. Nedbrydningsreaktionen, hvorigennem brint udvindes fra ammoniak, kan kun forløbe ved høje temperaturer, som kræver høj energitilførsel. En katalysator i form af et fast pulver kan tilsættes under nedbrydningsreaktionen for at sænke reaktionstemperaturen; imidlertid, eksisterende ruthenium-metal-baserede katalysatorer er meget dyre og har lav stabilitet, kræver derfor regelmæssig udskiftning.

KIST-forskerholdet har udviklet en katalysator til brintproduktion fra ammoniaknedbrydning, hvor rutheniummetalpartikler og zeolit ​​er stærkt bundet ved kalcinering under vakuum, hvilket resulterer i indeslutning af sub-nanometer og nanometer (en milliardtedel af en meter) rutheniummetalpartikler i hver pore af zeolitbæreren. Denne nye katalysator udviser 2,5 gange højere ammoniaknedbrydningsevne end konventionelle kommercielle katalysatorer og opnår denne effektivitet, mens der kun bruges 40% rutheniummetal. Fordi rutheniummetalpartikler på nanometerstørrelse (eller mindre) er til stede og opretholder deres stabilitet under ammoniaknedbrydningsprocessen selv ved høje reaktionstemperaturer, brugen af ​​den foreslåede katalysator kan overvinde problemet med lav stabilitet, hvilket i høj grad har begrænset kommercialiseringen af ​​eksisterende katalysatorer.

"Den udviklede katalysator har en fordelagtig struktur, idet de nanometerstore rutheniummetalpartikler er ensartet spredt over zeolit, et krystallinsk mineral. Dermed, denne katalysator har vist højere ydeevne og stabilitet end tidligere rapporterede katalysatorer og forventes at lette kommercialiseringen af ​​processen til højrent brintproduktion fra ammoniak, " sagde Dr. Hyuntae Sohn, KIST.

"Betydningen af ​​brinttransport med stor kapacitet baseret på ammoniak er hastigt stigende, med hård konkurrence blandt avancerede lande om udvikling og erhvervelse af relaterede teknologier. Anvendelsen af ​​den foreslåede katalysator til brintproduktion med stor kapacitet via nedbrydning af ammoniak, som i øjeblikket er under forskning og udvikling, vil i sidste ende hjælpe med kommercialiseringen af ​​ammoniakafledt brint og højkapacitetsbrinttransport mellem lande, " sagde Dr. Changwon Yoon.