Ученые предложили боле чистый и дешевый способ производства аммиака

Применив существующее лабораторное оборудование, исследователи из Токийского университета изготовили аммиак из пригодных к переработке химикатов и с минимальными затратами энергии.

Самарий-водный синтез аммиака (SWAP) сократит масштабы производства вещества и увеличит доступность удобрений для фермеров, сообщает sciencedaily.com. Выводы исследования опубликованы в журнале Nature.

С 1900-го численность населения Земли выросла на 5 млрд человек. Частично этому способствовало развитие пищевой промышленности за счет активного использования аммиачных удобрений. Их источником стал процесс Габера-Боша. Его продолжают использовать, несмотря на недостатки. За раз реакция преобразует 10% сырья – требуется несколько циклов для его полного использования. Процесс протекает при высоких (400-600°С) температурах и давлении (100-200 атмосфер), потребляя много энергии. Профессор Йошиаки Нишибаяши с коллегами из Токийского университета надеются улучшить ситуацию методикой SWAP.

«У бобовых есть симбиотические азотофиксирующие бактерии, производящие аммиак при атмосферных температурах и давлении. Мы изолировали этот механизм и изготовили его функциональный компонент – нитрогеназу», — сказал специалист.

Команда несколько лет использовала катализаторы в попытках воспроизвести поведение вещества. Этим занимались и другие ученые, но их системы вырабатывали дюжины или сотни молекул аммиака до выхода из строя. Молибденовый катализатор Нишибаяши произвел 4 350 частиц примерно за 4 часа, прежде чем распасться.

«SWAP синтезирует аммиак в 300-500 раз быстрее реакции Габера-Боша и с КПД 90%», — сказал специалист.

Использовать процесс может любой человек с доступом к сырью и настольной химической лаборатории.

«Надеюсь, реакция демократизирует производство удобрений, — сказал Нишибаяши. – Технология увеличивает их доступность для фермеров».

SWAP берет азот (N2) из воздуха, как и процесс Габера-Боша. Молибденовый катализатор соединяет элемент с протонами (Н+) из воды и электронами самария (SmI2 или реагент Кагана). Обработка электричеством восстанавливает последний для повторного использования.

«Это – первая искусственная азотофиксирующая реакция, по скорости близкая к показателям нитрогеназы. Пассивный, как и в природе, процесс меньше вредит окружающей среде», — сказал Нишибаяши.