Istraživači predvođeni Satošijem Kamigučijem iz RIKEN Centra za nauku o održivim resursima (CSRS) u Japanu otkrili su zeleniji način proizvodnje amonijaka, esencijalnog jedinjenja koje se koristi u đubrivima.
Studija, objavljena u Chemical Science, opisuje novi katalizator koji radi stabilno na relativno niskim temperaturama, čime se smanjuje količina energije i novca potrebnih za sintezu amonijaka. Pošto je amonijak odličan način za bezbedno skladištenje vodonika, kao i odlično alternativno gorivo samo po sebi, ovo otkriće će olakšati prelazak sa fosilnih goriva na ekonomiju bez ugljenika i zelene energije.
Đubriva su način da se biljkama obezbedi dodatni azot, koji im pomaže da rastu i povećavaju prinose useva. Azot u đubrivima potiče od amonijaka, koji se dobija razbijanjem molekula vodonika (H 2 ) i azota (N 2 ) i spajanjem pojedinačnih elemenata u gas amonijaka (NH 3 ) kroz Haber-Boš proces. Reakcija zahteva izuzetno visok pritisak i temperaturu, kao i gvozdeni katalizator.
Ekstremno visoki pritisak i temperature — oko 200 atm i 500 °C — potrebni za reakciju zahtevaju veliku količinu energije. Pošto se amonijak tako široko koristi u đubrivima i drugim industrijama, proizvodnja širom sveta troši ogromnu količinu energije. Da bi se smanjio energetski otisak amonijaka, istraživači RIKEN CSRS razvili su ekološki i energetski prihvatljiviju reakciju koja može stabilno da se odvija na mnogo nižim temperaturama bez deaktivacije.
Najveća prepreka je bilo razbijanje gasa azota jer postoji jaka trostruka veza između dva atoma azota unutar molekula gasa azota. „Trik je bio da se koriste ultramale čestice metala molibdena pripremljene od heksanuklearnog molekularnog metalnog halida, koji je zatim aktiviran gasom vodonika“, kaže Kamiguči.
Jednom aktivirani, višestruki atomi molibdena rade zajedno da razbiju jake azot-azotne veze i brzo pokreću sintezu amonijaka. Kada je testiran, ovaj novi metod je bio u stanju da stvara amonijak iz gasova azota i vodonika neprekidno više od 500 sati na 200°C, što je značajno smanjilo potrebnu temperaturu kada se koristi konvencionalni Haber-Bosch proces.
Pored uticaja na industriju đubriva, novi način proizvodnje amonijaka mogao bi indirektno pomoći u smanjenju emisije ugljenika ako bi se amonijačno gorivo koristilo širom sveta. Gorivo sa amonijakom može se sagorevati direktno u motorima sa unutrašnjim sagorevanjem bez emisije CO 2 , ali nije postalo praktična alternativa zbog visokoenergetskog Haber-Bosch procesa.
Jedna od prednosti nove metode je da bi omogućila proizvodnju amonijaka sa nižom energijom, što bi u velikoj meri smanjilo emisije ugljenika ako se amonijačno gorivo koristi u velikim razmerama.
U isto vreme kada amonijak skladišti azot za đubriva, on takođe čuva vodonik. To ga čini idealnim nosačem vodonika, koji neki smatraju idealnim izvorom energije. Kada je uskladišteni vodonik potreban, može se osloboditi iz amonijaka i koristiti kao gorivo bez emisije ugljen-dioksida.
„Zamena Haber-Bosch procesa našim novim metodom trebalo bi da rezultira uštedom energije širom sveta“, kaže Kamiguči. „Ako se amonijačno gorivo i vodonično gorivo koriste u mnogo većim količinama, značajno smanjenje energije potrebne za sintezu amonijaka će dovesti do nižih emisija CO 2 i pomoći u sprečavanju daljeg globalnog zagrevanja.
Jedan problem i dalje ostaje. Vodonik potreban za proizvodnju amonijaka i dalje se proizvodi korišćenjem fosilnih goriva, a u neophodnim velikim količinama bi takođe dovelo do ogromnih emisija CO 2 i potrošnje energije. Kamiguči, stoga, primećuje: „Kada se naš sistem katalizatora kombinuje sa zelenom proizvodnjom H 2 iz obnovljivih izvora energije, emisija CO 2 koja se globalno zagreva mogla bi se još više smanjiti.“
Trenutno se istraživački tim fokusira na dodavanje promotera katalizatoru na bazi molibdena koji će sintezu amonijaka učiniti efikasnijom.
