SciTechDaily

ניקולס

"זה מעולם לא נעשה לפני כן" – זרז חדש לשימוש כפול מתגבר על הקניון התרמודינמי

חוקרים מאוניברסיטאות Alliance Ruhr, גרמניה, גילו זרז המאפשר המרת אמוניה למימן וניטריט, מה שעלול למזג ייצור מימן ויצירת דשנים. על ידי שימוש באלקטרודות דיפוזיה של גז וזרז רב מתכת מתאים, הם השיגו שיעור המרת אלקטרונים משמעותי והדגימו את ההיתכנות של שילוב תגובת הבר-בוש ההפוכה עם אלקטרוליזה של מים, אם כי היישום התעשייתי עדיין רחוק.

חוקרים גרמנים יצרו זרז הממיר אמוניה למימן וניטריט, פוטנציאלי לשלב ייצור מימן ויצירת דשנים בתהליך אחד.

צוות מחקר מאוניברסיטאות Alliance Ruhr בגרמניה גילה זרז המסוגל להמיר אמוניה גם למימן, לנושא אנרגיה וגם לניטריט, מבשר לדשן. באופן מסורתי, ייצור מימן ודשן כלל תהליכים כימיים נפרדים.

עם הגישה החדשה, הצוות מאוניברסיטת רוהר בוכום ואוניברסיטת דויסבורג-אסן מוכיח שניתן לשלב את השניים בקנה מידה מעבדתי. הקבוצה מבוססת בוכום בראשות Ieva Cechanaviciute ופרופסור וולפגנג שוהמן מדווחת על התוצאות יחד עם בהוואנה קומארי ופרופסור קורינה אנדרונסקו מאוניברסיטת דואיסבורג-אסן בכתב העת מהדורה בינלאומית של Angewandte Chemie.

ניתן לייצר מימן על ידי פיצול מים (H2O) למימן (H2) וחמצן (O2) באמצעות אנרגיה חשמלית. כדי להפוך תהליך זה לבר-קיימא, האנרגיה צריכה להגיע ממקורות מתחדשים. "אפשר לעשות את זה רק במדינה שבה יש הרבה מקום לכוח רוח והרבה שמש לפוטו-וולטאים, למשל בנמיביה", מסביר וולפגנג שוהמן. על מנת לבנות כלכלה המבוססת על מימן בגרמניה, לכן יש לייבא אותו ממדינות רחוקות. עיקר העניין הוא שדרושה אנרגיה רבה כדי להזיל מימן להובלה, שכן הוא הופך לנוזל רק בטמפרטורות נמוכות במיוחד של מינוס 253 מעלות. צֶלסִיוּס או לחצים גבוהים.

אייבה צ'צ'נאביצ'וט

אייבה צ'צ'נאביצ'וט. קרדיט: RUB, Marquard

אמוניה קלה יותר להובלה מאשר מימן

תפיסות אלטרנטיביות חושפות אפוא המרת מימן לאמוניה באתר הייצור, שכן זה הופך לנוזל במינוס 33 מעלות צלזיוס. יש לו גם צפיפות אנרגיה גבוהה יותר. "מכלית מלאה באמוניה נוזלית תעביר בערך פי 2.5 יותר אנרגיה ממכלית מלאה במימן נוזלי", מסביר שוהמן. לבסוף, אמוניה תצטרך להיות מומרת בחזרה למימן בנקודת השימוש. זה נעשה בדרך כלל באמצעות תגובת Haber-Bosch הפוכה, שבה אמוניה (NH3) הופך לחנקן (N2) ומימן (H2). עם זאת, מבין שני המוצרים, רק המימן ניתן לניצול רווחי.

להכפיל את תפוקת המימן

"לכן היה לנו רעיון לשלב את תגובת הבר-בוש ההפוכה עם אלקטרוליזה שנייה של מים כדי לייצר מוצר שיכול לשמש בקלות לייצור דשן, כמו ניטריט או חנקה, במקום חנקן", מסבירה איווה צ'כנאביוטה. בתגובה זו, אמוניה (NH3) ומים (ח2O) נצרכים לייצור ניטריט (NO2) ומימן (H2). בניגוד לתגובת הבר-בוש ההפוכה, תפוקת המימן מוכפלת ובמקום חנקן בלתי שמיש, נוצר בעיקר ניטריט, אותו ניתן לעבד עוד לדשן.

לצורך התגובה, הצוות השתמש באלקטרודות דיפוזיה של גז שאליהן ניתן להזין אמוניה כגז. "זה מעולם לא נעשה קודם לכן", מסביר וולפגנג שוהמן. "תמיד נעשה שימוש באמוניה בצורה מומסת."

איווה צ'צ'נאביצ'וט ווולפגנג שוהמן

RUB, Marquard חלק מצוות המחקר של בוכום: Ieva Cechanaviciute ו-Wolfgang Schuhmann. קרדיט: RUB, Marquard

התגברות על הקניון התרמודינמי

אחד האתגרים של החוקרים היה למצוא זרז מתאים שבאמצעותו ניתן יהיה לממש את הרעיון שלהם. הסיבה לכך היא שחומר המוצא NH3 נוטה להפוך לחנקן בגלל הקשר המשולש חנקן-חנקן חזק מאוד ולא לניטריט. "קודם כל היינו צריכים לגשר על הגרנד קניון התרמודינמי הזה", מסביר צ'אנאוויצ'יוטה. בעבודה קודמת, הצוות כבר ערך ניסויים בזרזים רב-מתכתיים, שהתגלו כמתאימים למטרה זו. הם הצליחו להמיר 87 אחוז מהאלקטרונים שהועברו לניטריט. הצוות גם הצליח להימנע מחמצן כתוצר לוואי לא רצוי של אלקטרוליזה במים.

"העבודה שלנו מראה שניסוי המחשבה שלנו יכול לעבוד באופן עקרוני", מסכם וולפגנג שוהמן. "אבל אנחנו עדיין רחוקים מיישום טכני בקנה מידה תעשייתי".

המחקר מומן על ידי קרן המחקר הגרמנית ומועצת המחקר האירופית.

ניקולס