Ny katalysator accelererer frigivelsen af ​​brint fra ammoniak

Tyskland kan formentlig kun opfylde sin efterspørgsel efter klimavenlig brint ved import for eksempel fra Sydamerika eller Australien. Til sådan langdistancetransport kan brint omdannes til ammoniak.

For at lette frigivelsen af ​​brinten bagefter har forskere fra Institut for Uorganisk Kemi ved Kiel Universitet (CAU) og deres samarbejdspartnere udviklet en mere aktiv og omkostningseffektiv katalysator. Resultaterne blev opnået som en del af brintflagskibsprojektet TransHyDE og er for nylig blevet offentliggjort i Nature Communications .

Evnen til at lagre energi fra vind- eller solenergi spiller en nøglerolle i energiomstillingen. "At lagre energi i form af kemiske forbindelser som brint har mange fordele. Energitætheden er høj, og den kemiske industri har også brug for brint til mange processer," siger Malte Behrens, professor i uorganisk kemi ved Kiel Universitet. Derudover kan "grøn brint" fremstilles ved elektrolyse ved hjælp af elektricitet fra vedvarende energikilder uden at producere CO₂ .

Infrastruktur for ammoniak eksisterer allerede

Men at transportere brint direkte fra regioner, hvor vind- og solenergi er billig, er ikke let. Et interessant alternativ er den kemiske omdannelse til ammoniak. Ammoniak i sig selv indeholder en relativt høj mængde brint, og der findes allerede en veludviklet infrastruktur til dets oversøiske transport.

"Ammoniak kan nemt gøres flydende til transport, er allerede produceret i megaton-skala og sendt og forhandlet over hele verden," siger Dr. Shilong Chen, lederen af ​​Kiel-delprojektet i TransHyDE-projektet "AmmoRef."

De to forskere fra CAU's prioriterede forskningsområde, KiNSIS (Kiel Nano, Surface and Interface Science), samarbejder med kolleger fra Berlin, Essen, Karlsruhe og Mülheim/Ruhr. Sammen undersøger de, hvordan brint kan frigives katalytisk fra ammoniak efter transport. Deres nyudviklede katalysator fremskynder denne reaktion betydeligt.

AmmoRef er et af ti TransHyDE-projekter. Forskere fra i alt otte institutioner arbejder på forskellige delprojekter for at forbedre teknologierne til brinttransport. Resultaterne vil blive indarbejdet i anbefalingerne for den nationale brintinfrastruktur.

Metalkombination gør katalysatoren yderst aktiv

"En katalysator accelererer en kemisk reaktion og er derfor direkte ansvarlig for effektiviteten af ​​kemiske processer og energiomdannelse," forklarer Behrens. Jo hurtigere ammoniakreformningsprocessen finder sted, jo lavere er omdannelsestab forårsaget af den kemiske lagring af brint i ammoniak.

"Vores katalysator har to specielle funktioner," siger Chen. "For det første er det lavet af de relativt billige uædle metaller jern og kobolt. For det andet har vi udviklet en speciel synteseproces, der tillader en meget høj metalbelastning af denne katalysator."

Op til 74 % af materialet består af aktive metal-nanopartikler, som er arrangeret mellem støttepartikler på en måde, så der dannes hulrum på nanoskalaen, der ligner en porøs metallisk nano-svamp. "Kombinationen af ​​de to metaller i en legering er også afgørende," forklarer Behrens. I sig selv er begge metaller mindre katalytisk aktive. Kombinationen skaber højaktive bimetaloverflader med egenskaber, som ellers kun kendes fra meget dyrere ædelmetaller.

"Vi vil fortsætte med at undersøge denne katalysator i AmmoRef-konsortiet, hvor industrivirksomheder også er involveret, og overføre den fra grundforskning til anvendelse," siger Behrens og annoncerer de næste skridt. Til dette formål vil teamet i Kiel nu arbejde på at opskalere syntesen.

Flere oplysninger: Shilong Chen et al., Højt belastede bimetalliske jern-kobolt-katalysatorer til brintfrigivelse fra ammoniak, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-023-44661-6

Leveret af Kiel University