Исследователи из Сиднейского университета придумали, как использовать искусственную молнию для производства аммиака — одного из самых важных химических веществ в мире.

Аммиак — основа удобрений, от которых зависит почти половина мирового производства продуктов.

Результаты опубликованы в издании Angewandte Chemie International Edition.

Команда разработала простой способ получать аммиак (NH₃) сразу в газообразной форме.

Раньше его получали в растворе (аммоний, NH₄⁺), а потом тратили дополнительную энергию, чтобы превратить в газ.

Сейчас аммиак производят по методу Габера—Боша, но он требует огромных затрат энергии, оставляет гигантский углеродный след и выгоден только в промышленных масштабах рядом с месторождениями дешевого газа.

Когда-то аммиак добывали из птичьего помета, и он был настолько ценен, что из-за него даже начинались войны. В XIX веке метод Габера—Боша изменил все: теперь 90% аммиака производят именно так.

Спрос на аммиак растет, но нам нужен способ получать его без ископаемого топлива, — говорит профессор PJ Каллен, руководитель исследования. — Сейчас производство централизованное, а нам нужен дешевый, локальный и масштабируемый «зеленый аммиак».

Его команда шесть лет работала над этой задачей, и теперь им удалось создать метод, который с помощью электричества превращает воздух в газообразный аммиак.

Почему это важно

• Аммиак содержит три атома водорода, а значит, может быть его источником.
• Его можно «расколоть», чтобы выделить водород для энергетики.
• Он может стать экологичным топливом — это особенно интересует судоходство, на которое приходится 3% мировых выбросов.

Как это работает

Исследователи использовали плазму — ионизированный газ, который получается, когда воздух пропускают через электрический разряд. Главный элемент — мембранный электролизер (небольшая серебристая коробка), где и происходит превращение в аммиак.

Плазма — это ионизированный газ, где часть атомов потеряла электроны. По сути, это состояние вещества, похожее на молнию или северное сияние. В этом исследовании плазма нужна, чтобы «раскачать» молекулы азота и кислорода перед превращением в аммиак.

В методе Габера—Боша азот и водород соединяют под высоким давлением и температурой с катализатором. Здесь же воздух сначала возбуждают электричеством, а потом пропускают через электролизер.

Это более прямой путь, — объясняет Каллен. — Следующий шаг — сделать электролизер энергоэффективным, чтобы метод мог конкурировать с традиционным.

Если технологию удастся масштабировать, она может:

• Снизить углеродный след сельского хозяйства и промышленности.
• Упростить логистику — производить аммиак можно будет локально, без гигантских заводов.
• Дать толчок водородной энергетике — аммиак удобнее хранить и перевозить, чем чистый водород.
• Сделать экологичнее судоходство — корабли смогут использовать аммиак вместо мазута.

Пока метод требует доработки: ключевая проблема — энергоэффективность электролизера. Если на него будет уходить больше энергии, чем при традиционном производстве, технология останется нишевой. Кроме того, неясно, как поведет себя система в долгосрочной эксплуатации.

Ранее ученые разработали новый метод получения аммиака с помощью солнечного света.