Ученые и инженеры из Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) в Сиднее, которые несколько лет назад придумали, как делать «зеленый» аммиак без гигантских выбросов CO₂, теперь взяли на вооружение искусственный интеллект. С его помощью они ускорили процесс и сделали его еще эффективнее.

Аммиак — ключевой компонент удобрений, и без него в XX веке миллионы людей могли бы умереть от голода. Но за это спасение природа заплатила высокую цену: традиционное производство аммиака — один из самых «грязных» промышленных процессов. Он требует температуры выше 400°C и давления в 200 атмосфер, а на его долю приходится 2% всех мировых выбросов парниковых газов.

В 2021 году команда UNSW показала, что аммиак можно получать из воздуха и воды с помощью возобновляемой энергии при комнатной температуре. Но тогда метод был сыроват: КПД оставлял желать лучшего, энергии тратилось много, а выход аммиака был скромным.

Главная проблема — найти идеальный катализатор, который ускорит реакцию, но сам при этом не «сгорит».

Катализатор — вещество, которое ускоряет химическую реакцию, но само при этом не расходуется. Например, в выхлопной системе автомобиля катализатор дожигает вредные газы, но сам не «сгорает».

В новом исследовании, опубликованном в журнале Small, ученые объясняют, как им помог ИИ.

Сначала они отобрали 13 металлов, каждый из которых хорошо справлялся с частью задачи: один лучше связывал азот, другой — водород. Но комбинаций этих металлов могло быть больше 8000, и перебирать их вручную — бессмысленная трата времени.

Тут на сцену вышло машинное обучение. Ученые загрузили в алгоритм данные о свойствах металлов и поручили ему найти лучшие сочетания. Вместо 8000 экспериментов пришлось провести всего 28.

Победителем стала смесь железа, висмута, никеля, олова и цинка. Результат превзошел ожидания:

• Скорость производства аммиака выросла в 7 раз.
• КПД приблизился к 100% — почти вся энергия шла в дело, а не впустую.

Теперь аммиак можно получать при 25°C — в десять раз холоднее, чем в традиционном процессе Габера-Боша.

Что это значит на практике

• Фермеры смогут делать удобрения прямо на месте, без гигантских заводов и перевозок.
• Водородная энергетика получит дешевый способ хранить и транспортировать водород (в форме аммиака он удобнее, чем в чистом виде).
• Уже тестируются модульные установки размером с контейнер — их можно быстро развернуть где угодно.

Как говорит химик Али Джалили:

Наш метод ломает столетнюю парадигму: вместо гигантских заводов, которые строятся годами, можно создавать небольшие модули. Это дешевле, быстрее и гибче.

Это исследование решает три глобальные проблемы:

1. Сельское хозяйство — локальное производство удобрений снизит зависимость от логистики и колебаний цен.
2. Энергетика — аммиак может стать идеальным носителем для водорода, который слишком летуч и взрывоопасен в чистом виде.
3. Экология — если метод масштабировать, углеродный след промышленности сократится на сотни мегатонн.

Особенно важно, что технология уже тестируется в реальных условиях, а не пылится в лаборатории.

Главный вопрос, который мешает безоговорочно радоваться успехам — масштабируемость. Пока метод проверен только в лабораторных условиях. Как поведет себя катализатор после 10 000 часов работы? Не деградирует ли он? Сколько будет стоить его замена? Без ответов на эти вопросы рано говорить о коммерческом успехе.

Ранее мы разбирались, чем будут заправлять корабли и самлеты будущего.