Cercetătorii dezvoltă un nou tip de electod care reduce energia necesară pentru producția de amoniac verde
O echipă de cercetători de la Universitatea Monash din Melbourne, Australia, împreună cu colegi de la Universitatea RMIT, a dezvoltat un nou tip de catod pe bază de aliaje de litiu care reduce semnificativ energia necesară pentru conversia azotului din aer în amoniac. Rezultatele au fost publicate în revista Cell Press Blue.
Amoniacul este esențial pentru agricultura globală, în special ca bază pentru îngrășămintele cu azot, și este tot mai mult explorat ca combustibil fără carbon și vector energetic. Producția convențională de amoniac se bazează însă pe instalații mari, centralizate, care nu pot exploata cu ușurință energia regenerabilă dispersată geografic.
Cercetarea abordază unul dintre principalele obstacole ale producției electrochimice de amoniac: eficiența energetică. Cea mai consacrată abordare electrochimică folosește litiul pentru a activa azotul molecular, o moleculă extrem de stabilă. Deși metoda poate produce amoniac la rate practice, chimia sa impune o limită intrinsecă a eficienței energetice.
În loc să producă litiu metalic pe un electrod convențional, cercetătorii au folosit materiale pe bază de galiu care se combină cu litiul. Acest lucru permite reacția mediată de litiu la potențiale electrice mult mai favorabile, păstrând în același timp capacitatea de a activa azotul și de a produce amoniac.
În condiții experimentale optimizate, cercetătorii au obținut o eficiență faradaică de 96% ± 6%, ceea ce înseamnă că aproape întregul curent electric a fost direcționat către producția de amoniac. Rezultatele sugerează o eficiență energetică estimată de cel puțin 22%.
Dr. Rebecca Hodgetts, autoarea principală a studiului, a declarat că noile materiale catodice au schimbat efectiv limitele a ceea ce era considerat posibil. „Sinteza electrolitică a amoniacului din surse regenerabile este posibilă, dar tehnologia actuală este limitată fundamental de eficiențe energetice scăzute și costuri ridicate”, a spus Hodgetts. „Noile noastre materiale catodice schimbă regulile jocului prin redefinirea acestei limite fundamentale și deschid oportunități neexplorate anterior pentru o producție mai eficientă energetic și mai rentabilă a amoniacului verde.”
Profesorul emerit Douglas MacFarlane a explicat că descoperirea extinde chimia disponibilă cercetătorilor. „Domeniul a fost practic limitat la un singur proces catodic bazat pe reducerea azotului mediată de litiu”, a spus MacFarlane. „Introducerea materialelor care aliază litiul lărgește considerabil această chimie. În loc să fim constrânși la o singură compoziție, putem începe să explorăm diferite combinații de materiale capabile să activeze molecula de azot extrem de nereactivă în condiții relativ blânde.”
Profesorul Alexandr Simonov a subliniat că următoarea provocare este transpunerea descoperirii din laborator în electrolizoare practice. „Următorul nostru pas cheie este să integrăm aceste noi catoduri care aliază litiul în prototipuri de electrolizoare care imită mai îndeaproape condițiile necesare pentru producția practică de amoniac”, a spus Simonov. „Lucrăm de asemenea la scalarea catodurilor și la demonstrarea producției de amoniac pe termen lung la o eficiență energetică competitivă. Acest lucru va fi critic pentru a duce această tehnologie spre aplicare comercială.”
Cercetătorii spun că lucrarea ar putea contribui în cele din urmă la o producție de amoniac mai durabilă și descentralizată, folosind energie electrică regenerabilă pentru a produce amoniac mai aproape de locul unde este necesar, valorificând energia regenerabilă dispersată geografic.
