Аммиак — это не только удобрение для спасения сельского хозяйства. Это соединение азота и водорода содержит в себе в 20 раз больше энергии по отношению к весу, чем литиевые аккумуляторы. Огорчают лишь современные «грязные» методы производства аммиака, с чем решили побороться учёные из США. У них получилось.
Художественное представление установки по естественному производству аммиака. Источник изображения: Iwnetim Abate and Yifan Gao
Традиционное производство аммиака, 80 % которого потребляет сельское хозяйство, требует высоких температур и сопровождается выбросами парниковых газов. На каждую тонну этого соединения в атмосферу выбрасывается 2,4 т углекислого газа. В целом эта ниша химической промышленности ответственна за 1 % вклада нашей цивилизации в ежегодные выбросы антропогенных газов. Поэтому предпринимаются попытки производить аммиак с использованием возобновляемых источников энергии, что делает его чистым во всех смыслах.
В августе прошлого года в Дании был запущен первый в мире завод по производству аммиака с использованием солнечной и ветровой энергии. Производство может выпускать до 5000 т аммиака в год. Если говорить об аммиаке как о зелёном топливе, то уже разработаны двигатели внутреннего сгорания на аммиаке. Есть ряд моделей транспортных средств на этом топливе, а также планируется спуск на воду в 2026 году в Норвегии первого в мире контейнеровоза на аммиаке.
Учёные из Массачусетского технологического института (MIT) нашли способ практически естественного воспроизводства аммиака без привлечения любых искусственных источников энергии. К открытию подтолкнуло обнаруженное ещё в 80-х годах явление, когда одна из скважин в Мали начала выдавать чистый водород. Учёные заключили, что глубоко под землёй, с привлечением горных пород и температуры недр, идут процессы, которые естественным образом производят водород из воды в породах.
«Это был отличный момент, — говорят исследователи. — Возможно, мы сможем использовать Землю как фабрику, используя её тепло и давление для производства ценных химических веществ, таких как аммиак, более чистым способом».
На основе сделанного предположения учёные построили модельную систему для ввода обогащённой азотом воды в богатые железом синтетические минералы, имитируя породы, которые находятся под поверхностью земли. В результате процесса был получен аммиак без образования какого-либо CO2 и без необходимости какой-либо дополнительной внешней энергии для активизации химического процесса.
На втором этапе исследователи заменили синтетическую породу оливином, который в природе встречается повсеместно и также богат железом. Также был добавлен медный катализатор и произведён нагрев до 300 °C. Примерно такая температура будет на глубине нескольких километров под поверхностью земли. Было обнаружено, что азот в воде вступает в реакцию с железом в породе с образованием чистого водорода, который, в свою очередь, вступает в реакцию с азотом с образованием аммиака. В результате процесса на тонну оливина было получено 1,8 кг аммиака.
Подобный метод можно реализовать в любой точке мира, ведь оливин есть везде. Более того, под землю можно даже закачивать обычные сточные воды, обычно насыщенные аммиаком. Это буквально неисчерпаемый источник чистой энергии. Учёные рассказали об открытии в журнале Joule и подали заявку на патент. На практике они надеются провести эксперимент в течение следующего года или двух.
