Группа австралийских ученых разработала новый эффективный способ производства важнейшего сельскохозяйственного продукта аммиака. Исследования могут быть использованы для производства удобрений непосредственно на фермах с использованием возобновляемых источников энергии к концу десятилетия.
Аммиак (нитрид водорода, NH3) - ключевой ингредиент удобрений: только в 2019 году было произведено 150 миллионов метрических тонн. Самый дешевый метод производства требует использования природного газа (метана) и является чрезвычайно энергоемким и углеродоемким.
На производство аммиака приходится около 1,8% мировых выбросов парниковых газов, а из тонны производимого в промышленных масштабах аммиака образуется около 1,9 тонны диоксида углерода.
Но статья исследователей из Университета Монаша, опубликованная в журнале Science, показывает более чистый и более энергоэффективный способ сделать это.
Поскольку аммиак производится из азота и водорода, теоретически его можно получить из воздуха и воды с помощью подходящих катализаторов и энергии.
С 1990-х годов химики знали, что это можно сделать с помощью литиевого катализатора, но, по словам Дугласа Макфарлейна, профессора химии в Университете Монаша и старшего автора статьи, это «не обеспечивает такой производительности, которая была хотя бы отдаленно коммерческой».
Частично это связано с тем, что для работы требуется источник протонов (или H+ ионов водорода), а химики еще не смогли найти источник протонов, генерирующий высокую доходность.
«В нашем исследовании мы обнаружили, что соль фосфония может использоваться в качестве «протонного челнока» для устранения этого ограничения», - говорит Брайан Сурьянто, ведущий автор статьи.
По словам Сурьянто, это позволяет им «производить аммиак при комнатной температуре с высокими практическими уровнями и эффективностью».
«Это действительно большой скачок в производительности», - говорит Макфарлейн. Он добавляет, что теперь этот процесс может конкурировать с традиционным метановым методом.
Соли фосфония не расходуются в процессе, и они легко доступны в коммерческих количествах. «На самом деле они производятся в довольно больших количествах несколькими крупными химическими компаниями по всему миру», - говорит Макфарлейн.
Описываемая ими реакция может также найти применение в других областях органической химии - например, в реакциях Виттига, которые являются очень мощным методом синтеза.
«Наши открытия были переданы по лицензии новому дочернему предприятию Университета Монаша под названием Jupiter Ionics P/L, которое будет расширять процесс, чтобы продемонстрировать работу в коммерческих приложениях», - добавляет он.
Макфарлейн надеется, что через пару лет компания будет продавать небольшие модули, вырабатывающие аммиак, которые могут работать от возобновляемых источников энергии, для использования в теплицах и гидропонике.
Затем цель состоит в увеличении масштабов, в конечном итоге до «транспортного контейнера со всем оборудованием внутри, который можно буквально положить на кузов грузовика и доставить на рабочее место».
«В принципе, такое устройство могло бы производить тонну аммиака в день, что очень интересно для сельского хозяйства».
Ферма может производить собственный аммиак и, следовательно, удобрения, используя возобновляемую энергию, также производимую на ферме.
Макфарлейн говорит, что это коренным образом изменит отрасль производства удобрений.
Он надеется, что такие устройства, вырабатывающие аммиак, появятся в продаже к 2025 году.
Видео, объясняющее исследование:
Источник: Cosmos Magazine
