Группа ученых из Корейского института энергетических исследований под руководством доктора Ки Ён Ку разработала более дешевый способ создания катализаторов для разложения аммиака. Это открытие может ускорить переход к водородной энергетике, ведь аммиак — идеальный переносчик водорода: его легко хранить и перевозить на большие расстояния.

Результаты опубликованы в издании Small.

Проблема в том, что для расщепления аммиака нужен редкий и дорогой металл — рутений. Обычно его используют в виде наночастиц, но их производство сложное и затратное. Корейские исследователи нашли способ обойти это ограничение. Они применили полиольный метод, но без стабилизаторов, которые мешают частицам слипаться. Вместо этого они подобрали спирт с длинной углеродной цепью — бутиленгликоль, — который сам предотвращает агломерацию.

Получился катализатор, где рутениевые частицы размером 2,5 нм равномерно распределены и образуют активные центры — так называемые B5-сайты. В них молекулы аммиака расщепляются особенно эффективно. Новый катализатор работает в 1,7 раза быстрее аналогов, а его энергия активации на 20% ниже. Если сравнивать объемную производительность, преимущество становится трехкратным.

B5-сайты — это «горячие точки» на поверхности катализатора, где атомы рутения расположены особым образом: три — на ступеньке кристалла, и два — на краю уступа. Такая структура легко разрывает связи в молекуле аммиака (N-H), высвобождая водород. Чем больше таких сайтов, тем быстрее идет реакция.

Наша технология решает главную проблему — высокую стоимость производства нанокатализаторов, — говорит доктор Ку. — Следующий шаг — испытания в промышленных условиях, включая создание гранулированных версий и интеграцию в разные системы.

Главный плюс — снижение стоимости водорода. Если аммиак станет удобным «контейнером» для его транспортировки, а разложение — дешевым, это изменит логистику энергетики. Например:

• Морские перевозки — уже сейчас аммиак перевозят танкерами, и не нужно строить новую инфраструктуру.
• Долговременное хранение — в отличие от чистого водорода, аммиак не требует криогенных температур.
• Промышленность — металлургия и химическое производство смогут перейти на водород без огромных затрат.

Но ключевое — масштабируемость. Если метод действительно упростит синтез катализаторов, это приблизит водородную экономику.

Исследование не учитывает долговечность катализатора. Рутений, даже в наноформе, подвержен отравлению примесями (например, серой) и спеканию при высоких температурах. Без данных о стабильности после 1000+ часов работы трудно говорить о коммерческой жизнеспособности. Кроме того, бутиленгликоль — не самый экологичный реагент, и его утилизация может добавить затрат.

Ранее российские ученые разработали катализатор для водорода, который в семь раз лучше аналогов.