Den nye alkymi i kulstofneutralitet:At forvandle vand til ammoniak med kun vedvarende energi

Korea Institute of Machinery and Materials (KIMM), en institution, der er underlagt ministeriet for videnskab og IKT, har udviklet en innovativ proces, der bruger vedvarende energi til at producere ammoniak ved stuetemperatur og normalt tryk. Denne teknologi forventes at bidrage dramatisk til at opnå CO2 -neutralitet i fremtiden, gennem udviklingen af ​​en ammoniakproduktionsproces, der producerer nul kulstofemissioner.

Anført af hovedforsker Dr. Dae Hoon Lee, det lykkedes KIMM -forskerteamet ved Institut for Plasma Engineering at udvikle en innovativ, kulstof-nul-proces til fremstilling af ammoniak. Den 5. august, de offentliggjorde deres forskningsresultater i ACS Energy Letters .

Den organiske proces til syntetisering af ammoniak (Haber-Bosch-metoden), udviklet af Fritz Haber og Karl Bosch i 1913, producerer ammoniak til brug som gødning og betragtes som en opdagelse, der i høj grad øgede landbrugets produktivitet og tjente som grundlag for landbrugsinnovation. For nylig, ammoniak har fået opmærksomhed som et miljøvenligt brændstof med nul kulstofemissioner. Det skyldes, at ammoniak, som er en forbindelse af nitrogen og brint, udsender ikke kuldioxid, selv når det forbrændes.

Imidlertid, at syntetisere ammoniak ved hjælp af Haber-Bosch-metoden, højtryks- og højtemperaturbetingelser skal være opfyldt, med et tryk på mindst 200 atm og en temperatur på mindst 400 grader Celsius. Også, da fossile brændstoffer som naturgas bruges til at producere brint, der forbruges en stor mængde energi, hvilket fører til høje niveauer af kuldioxidemissioner.

Ifølge en rapport fra 2020 fra Royal Society, Haber-Bosch metoden bruger omkring 1,8% af verdens energi til at producere ammoniak, og niveauerne af kuldioxid, der udsendes i denne proces, tegner sig for 1,8% af verdens samlede kuldioxidemissioner.

Processen til fremstilling af ammoniak udviklet af KIMM -forskerholdet involverer kombination af vand med nitrogenplasma, derved producerer hydrogen og nitrogenoxider. Disse resulterende oxider reduceres til ammoniak med katalysatorer. Mere end 99% af nitrogenoxiderne, der produceres ved denne plasma -reaktion, bliver nitrogenmonoxid, som let kan reduceres til ammoniak. Nitromonoxidet reagerer derefter på det co-producerede hydrogen for at producere ammoniak med over 95% af høj selektivitet, og varmen, der genereres under plasmadekomponeringsprocessen, bruges til den katalytiske synteseproces.

Da denne proces ikke bruger fossile brændstoffer og er en teknologi, der kan producere 'grøn ammoniak' med nul kuldioxidemissioner, det kan opnå et udbytte 300 til 400 gange større end det for eksisterende elektrokemiske ammoniakproduktionsteknologier, der betragtes som hovedalternativerne til Haber-Bosch-metoden.

Ud over, denne proces kan let udvides i stor skala gennem et modulsystem på grund af det faktum, at reaktionen sker med vandet og nitrogenet ved stuetemperatur/tryk -tilstand, i modsætning til de høje temperatur-/trykbetingelser, der skal opfyldes for eksisterende metoder til ammoniakproduktion. Desuden, en vandig opløsning af nitrat, et biprodukt genereret som følge af ammoniakproduktionsprocessen kan bruges som en landbrugs næringsopløsning og oxidationsmiddel.

I fremtiden, KIMM-forskerteamet håber at forbedre omkostningerne og effektiviteten ved ammoniakproduktion ved at udvikle opskalering og kommercialiseringsteknologi. Teamet har også til formål at samarbejde med indenlandske og udenlandske ingeniørvirksomheder om at udvide deres indsats for ammoniakfabrikker, især små og mellemstore anlæg, der kan fungere ved normale tryk- og stuetemperaturforhold.

Hovedforsker Dr. Dae Hoon Lee understregede, at han og hans team har udviklet en miljøvenlig ammoniakproduktionsproces, der kan anvendes på faktiske faciliteter og, i teorien, udsender ikke noget kulstof. Han erklærede også, at han og hans team vil gøre deres bedste for at gennemføre opfølgende forskning og udvikling for at bidrage dramatisk til at reducere de globale kulstofemissioner