Ένας νέος καταλύτης για την παραγωγή υδρογόνου από αμμωνία σε χαμηλή θερμοκρασία

-. Πίστωση: Tokyo Tech

Η τρέχουσα παγκόσμια κλιματική έκτακτη ανάγκη και η ταχεία μείωση των ενεργειακών μας πόρων ωθούν τους ανθρώπους να αναζητήσουν πιο καθαρές εναλλακτικές λύσεις όπως το υδρογόνο. Όταν καίγεται παρουσία οξυγόνου, το αέριο υδρογόνο παράγει τεράστιες ποσότητες ενέργειας αλλά κανένα από τα επιβλαβή αέρια του θερμοκηπίου, σε αντίθεση με τα ορυκτά καύσιμα. Δυστυχώς, το μεγαλύτερο μέρος του καυσίμου υδρογόνου που παράγεται σήμερα προέρχεται από φυσικό αέριο ή ορυκτά καύσιμα, γεγονός που τελικά αυξάνει το αποτύπωμα άνθρακα.


Αμμωνία (ΝΗ3), έναν ουδέτερο άνθρακα υδρογόνο ένωση, έχει κερδίσει πρόσφατα μεγάλη προσοχή, λόγω της υψηλής ενεργειακής πυκνότητας και της υψηλής χωρητικότητας αποθήκευσης υδρογόνου. Μπορεί να αποσυντεθεί για να απελευθερώσει αέρια αζώτου και υδρογόνου. Η αμμωνία μπορεί εύκολα να υγροποιηθεί, να αποθηκευτεί, να μεταφερθεί και να μετατραπεί σε καύσιμο υδρογόνου αν είναι απαραίτητο. Ωστόσο, η παραγωγή υδρογόνου από αμμωνία είναι μια αργή αντίδραση με πολύ υψηλές ενεργειακές απαιτήσεις. Για να επιταχυνθεί η παραγωγή, μεταλλικούς καταλύτες χρησιμοποιούνται συχνά, γεγονός που συμβάλλει επίσης στη μείωση της συνολικής κατανάλωσης ενέργειας κατά την παραγωγή υδρογόνου.

Πρόσφατες μελέτες έχουν δείξει ότι το νικέλιο (Ni) είναι ένας πολλά υποσχόμενος καταλύτης για την κλασματοποίηση της αμμωνίας. Η αμμωνία απορροφάται στην επιφάνεια των καταλυτών Ni, μετά την οποία οι δεσμοί μεταξύ αζώτου και υδρογόνου στην αμμωνία σπάνε και απελευθερώνονται ως μεμονωμένα αέρια. Ωστόσο, η απόκτηση καλής μετατροπής αμμωνίας με τη χρήση καταλύτη Ni συχνά συνεπάγεται πολύ υψηλές θερμοκρασίες λειτουργίας.

Σε πρόσφατη μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Κατάλυση ACS, μια ομάδα ερευνητών από το Tokyo Tech, με επικεφαλής τον Αναπληρωτή Καθηγητή Masaaki Kitano, περιέγραψαν μια λύση για να ξεπεραστούν τα προβλήματα που αντιμετωπίζουν οι καταλύτες με βάση το Ni. Έχουν αναπτύξει έναν προηγμένο καταλύτη Ni που υποστηρίζει ιμίδιο ασβεστίου (CaNH) ο οποίος μπορεί να επιτύχει καλή μετατροπή αμμωνίας σε χαμηλότερες θερμοκρασίες λειτουργίας. Ο Δρ Kitano εξηγεί: «Ο στόχος μας ήταν να αναπτύξουμε έναν εξαιρετικά ενεργό καταλύτη που θα ήταν ενεργειακά αποδοτικός. Η προσθήκη μεταλλικού ιμιδίου στο καταλυτικό σύστημα όχι μόνο βελτίωσε το σύστημα καταλυτική δραστηριότητα αλλά επίσης μας βοήθησε να ξεδιαλύνουμε τον άπιαστο μηχανισμό λειτουργίας τέτοιων συστημάτων ».

Η ομάδα διαπίστωσε ότι η παρουσία CaNH είχε ως αποτέλεσμα τον σχηματισμό NH2- κενές θέσεις (VΝΗ) στην επιφάνεια του καταλύτη. Αυτά τα ενεργά είδη κατέστησαν δυνατή τη βελτίωση της καταλυτικής απόδοσης του Ni / CaNH σε θερμοκρασίες αντίδρασης 100 ° C. χαμηλότερες από αυτές που απαιτούνται για τη λειτουργία καταλυτών με βάση το Ni. Οι ερευνητές ανέπτυξαν επίσης μοντέλα υπολογιστών και έκαναν ισοτοπική επισήμανση για να καταλάβουν τι συνέβαινε στην επιφάνεια του καταλύτη. Οι υπολογισμοί πρότειναν έναν μηχανισμό Άρη – van Krevelen ο οποίος περιελάμβανε την προσρόφηση αμμωνίας στην επιφάνεια του CaNH, την ενεργοποίησή του σε επίπεδο ΝΗ2- κενές θέσεις, σχηματισμός αερίου αζώτου και υδρογόνου, και τέλος αναγέννηση κενών θέσεων που προωθούνται από νανοσωματίδια Ni.

Ο εξαιρετικά δραστικός και ανθεκτικός καταλύτης Ni / CaNH μπορεί να αναπτυχθεί επιτυχώς για τη δημιουργία αέριο υδρογόνο αμμωνία. Επιπλέον, η επισκόπηση του μηχανισμού κατάλυσης που παρέχεται από αυτή τη μελέτη μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανάπτυξη νέας γενιάς καταλυτών. «Καθώς όλος ο κόσμος συνεργάζεται για την κατασκευή ενός βιώσιμο μέλλον, η έρευνά μας στοχεύει στην επίλυση των προβλημάτων που αντιμετωπίζονται στο δρόμο για μια καθαρότερη οικονομία καυσίμου υδρογόνου », καταλήγει ο Δρ Kitano.

Είναι ένας φάρος ελπίδας για την παγκόσμια αποστολή χαμηλών εκπομπών άνθρακα.


Αποσύνθεση αμμωνίας για εξοικονόμηση υδρογόνου, βελτιώνοντας την αποτελεσματικότητα της εξαγωγής υδρογόνου


Περισσότερες πληροφορίες:
Kiya Ogasawara et al, Αποσύνθεση αμμωνίας σε καταλύτες Ni που υποστηρίζονται από CaNH μέσω μηχανισμού Mars-van Krevelen με τη μεσολάβηση NH2-Vacancy-Mediation, Κατάλυση ACS (2021). DOI: 10.1021 / acscatal.1c01934

Παραθέτω, αναφορά: Σπάσιμο αμμωνίας: ένας νέος καταλύτης για την παραγωγή υδρογόνου από αμμωνία χαμηλής θερμοκρασίας (2021, 30 Αυγούστου) ανακτήθηκε στις 31 Αυγούστου 2021 από https://phys.org/news/2021-08-αμμωνία -καταλύτης-υδρογόνο-θερμοκρασίες.html

Αυτό το έγγραφο υπόκειται σε πνευματικά δικαιώματα. Εκτός από την εύλογη χρήση για ιδιωτικούς σκοπούς μελέτης ή έρευνας, κανένα μέρος δεν μπορεί να αναπαραχθεί χωρίς γραπτή άδεια. Το περιεχόμενο παρέχεται μόνο για ενημέρωση.

READ  Νέα απολιθώματα αποκαλύπτουν παράξενο Νεάντερταλ στο Ισραήλ | Επιστήμη

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *