Ingeniører symfoniserer renere ammoniakproduktion
Blandt de mange kemikalier, vi bruger hver dag, er ammoniak en af de værste for atmosfæren. Det nitrogenbaserede kemikalie, der bruges i gødning, farvestoffer, sprængstoffer og mange andre produkter, rangerer kun efter cement med hensyn til kulstofemissioner på grund af de høje temperaturer og energi, der er nødvendig for at fremstille det.
Men ved at forbedre en velkendt elektrokemisk reaktion og orkestrere en "symfoni" af lithium-, nitrogen- og brintatomer har University of Illinois Chicagos ingeniører, ledet af Meenesh Singh, udviklet en ny ammoniakproduktionsproces, der opfylder flere grønne mål.
Processen, kaldet lithium-medieret ammoniaksyntese, kombinerer nitrogengas og en hydrogendonerende væske såsom ethanol med en ladet lithiumelektrode. I stedet for at knække nitrogengasmolekyler fra hinanden med høj temperatur og tryk, klæber nitrogenatomer til lithiumet og kombineres derefter med brint for at danne ammoniakmolekylet.
Reaktionen virker ved lave temperaturer og er også regenerativ, og genopretter de oprindelige materialer med hver cyklus af ammoniakproduktion.
"Der er to sløjfer, der sker. Den ene er regenerering af brintkilden og den anden er regenereringen af lithium," sagde Singh, lektor i kemiteknik ved UIC. "Der er en symfoni i denne reaktion, på grund af den cykliske proces. Det, vi gjorde, var at forstå denne symfoni på en bedre måde og forsøge at modulere den på en meget effektiv måde, så vi kan skabe en resonans og få den til at bevæge sig hurtigere. "
Processen, beskrevet i et papir, der er offentliggjort og vist på forsiden af ACS Applied Materials &Interfaces , er den seneste innovation fra Singhs laboratorium i jagten på renere ammoniak. Tidligere havde hans gruppe udviklet metoder til at syntetisere kemikaliet ved hjælp af sollys og spildevand og skabt en elektrificeret kobbernetskærm, der reducerer mængden af energi, der er nødvendig for at lave ammoniak.
Deres seneste fremskridt er bygget på en reaktion, der næppe er ny. Forskere har kendt til det i næsten et århundrede.
"Den lithium-baserede tilgang kan faktisk findes i enhver lærebog i organisk kemi. Det er meget velkendt," sagde Singh. "Men at få denne cyklus til at køre effektivt og selektivt nok til at nå økonomisk gennemførlige mål var vores bidrag."
Disse mål omfatter høj energieffektivitet og lave omkostninger. Hvis den opskaleres, ville processen producere ammoniak til omkring $450 pr. ton, hvilket er 60 % billigere end tidligere lithiumbaserede tilgange og andre foreslåede grønne metoder, ifølge Singh.
Men selektivitet er også vigtig, da mange forsøg på at gøre ammoniakproduktionen renere er endt med at skabe store mængder uønsket brintgas i stedet.
Singh-gruppens resultater er blandt de første til at opnå niveauer af selektivitet og energiforbrug, der kunne opfylde Department of Energy standarder for industriel produktion af ammoniak. Singh sagde også, at processen, som kan udføres i en modulær reaktor, kan gøres endnu grønnere ved at forsyne den med elektricitet fra solpaneler eller andre vedvarende kilder og fodre reaktionen med luft og vand.
Processen kan også hjælpe med at nå et andet energimål - brugen af brint som brændstof. At nå dette mål er blevet forhindret af vanskelighederne ved at transportere den meget brændbare væske.
"Man ønsker, at brint skal genereres, transporteres og leveres til brintpumpestationer, hvor brint kan tilføres bilerne. Men det er meget farligt," sagde Singh. "Ammoniak kunne fungere som en bærer af brint. Det er meget billigt og sikkert at transportere, og på destinationen kan du omdanne ammoniak tilbage til brint."
I øjeblikket samarbejder forskerne med General Ammonia Co. for at pilotere og opskalere deres lithium-medierede ammoniaksynteseproces på en fabrik i Chicago-området. UIC's Office of Technology Management har indgivet patent på processen.
Flere oplysninger: Nishithan C. Kani et al., Pathway toward Scalable Energy-Efficient Li-Mediated Ammonia Synthesis, ACS Applied Materials &Interfaces (2024). DOI:10.1021/acsami.3c19499
Journaloplysninger: ACS-anvendte materialer og grænseflader
Leveret af University of Illinois i Chicago
Varme artikler
-
Fælles antioxidantenzym kan give potentiel behandling for COVID-19Simpelt diagram, der viser katalase kickstartreaktion, der omdanner hydrogenperoxid til vand og oxygen. Kredit:Yunfeng Lu forskningsgruppe/UCLA Forskere fra UCLA og Kina har fundet ud af, at katal -
Forskere kortlægger tendenser inden for lægemiddeludviklingKredit:Københavns Universitet Fra et narkotikaperspektiv, G-proteinkoblede receptorer er de mest anvendte cellereceptorer i kroppen. De er unikt tilgængelige på celleoverfladen, og en tredjedel af -
En måde at overvinde superkøling påa) HAADF-STEM billeder af replikafilm fremstillet ud fra prøver #1, #2, #11, og #13 af tetra-n-butylammonium 3-methylpentanoat (TBA-3MP) vandige opløsninger. I prøver #11 og #13, sølv nanopartikler 5- -
Et nyt strækbart batteri kan drive bærbar elektronikVedtagelsen af bærbar elektronik er begrænset af deres behov for at udlede strøm fra omfangsrige, stive batterier, der reducerer komforten. Kredit:Unsplash/Nadine Shaabana Elektronik dukker op o