Путь к «зеленому аммиаку» открывается в результате комбинированного экспериментального и вычислительного исследования


Производство аммиака составляет около 200 мегатонн в год. Это делает его вторым по величине производимым химическим веществом в мире, уступая только серной кислоте.

Есть несколько способов производства аммиака, но процесс Габера-Боша остается наиболее распространенным, составляя около 90% от общего объема производства. В любом случае, Haber- и другие процессы, задействованные в промышленном производстве, требуют высоких температур (более 400 ° C) и высокого давления (более 150 бар). Эти условия необходимы для разрыва прочных связей в азоте и реакции с водородом с образованием аммиака (NH3).

Эти процессы, на которые приходится около 1% мирового потребления энергии, в основном основаны на ископаемом топливе. Таким образом, аммиак – это химическая реакция с наиболее интенсивным выбросом парниковых газов в мире, на долю которого приходится примерно 1,5% от общего количества выбросов CO в мире.2 выбросы. Кроме того, ожидается, что в ближайшие годы спрос на аммиак только увеличится, в основном из-за его использования в синтетических удобрениях, необходимых для прокормления растущего населения мира.

«Одной из основных проблем в области климата, энергетики и продовольствия является производство аммиака. Сегодня его производят на некоторых из крупнейших заводов мира. Единственный действительно эффективный способ производства аммиака – это при высоких температурах. «под высоким давлением и с использованием углеродного сырья», – говорит профессор Тейс Вегге из DTU Energy и Центра науки об устойчивом топливе и химикатах VILLUM (V-Sustain). Он руководил исследованиями вместе с профессором Пинг Ченом из Даляньского института химической физики (DICP) Китайской академии наук.


«Природа очень хорошо умеет производить аммиак при атмосферном давлении и температуре с помощью таких ферментов, как нитрогеназа. Однако этот процесс очень медленный и его невозможно масштабировать до промышленного производства», – говорит Тейс Вегге.

Потенциальный переломный момент

На протяжении десятилетий ученые упорно трудились, чтобы найти новые и более устойчивые способы производства аммиака. Вместе с командой из DICP Тейс Вегге и его коллеги из DTU, доктор Джейсри Пэн и доцент Хайне А. Хансен представили потенциальный фактор, изменивший правила игры, с новым классом сложных металлогидридных катализаторов, которые позволили им достичь желанной мягкости. условия синтеза аммиака. Они считают, что их метод может проложить путь к новым и более устойчивым способам производства аммиака. Их статья была опубликована в Nature Catalysis.

Их процесс позволяет им синтезировать аммиак при температуре до 300 ° C и давлении до 1 бар. Практическое применение этих катализаторов перспективно для мелкосерийного производства аммиака на основе возобновляемых источников энергии. Для таких систем обычно требуются катализаторы, работающие при давлении около 50 бар и температуре ниже 400 ° C.

«Мы считаем, что наше исследование выделяется тем, что этот новый класс катализаторов на самом деле находится где-то между биологическими и промышленными процессами. В нем есть что-то от человеческого, искусственного процесса – гетерогенного катализа – и что-то от того, что происходит в ферментативных и гомогенных процессах. катализ. Это совершенно новый способ производства аммиака, и мы используем лучшее из обоих миров, что позволяет нам значительно снизить температуру и давление ».