Een UCF-onderzoeksteam met medewerkers van Virginia Tech heeft een nieuwe "groene" benadering ontwikkeld om ammoniak te maken die kan helpen om de stijgende wereldbevolking duurzamer te voeden.

"Deze nieuwe aanpak kan de ammoniakproductie met hernieuwbare energie vergemakkelijken, zoals elektriciteit opgewekt uit zon of wind, " zei natuurkunde assistent-professor Xiaofeng Feng. "Kortom, deze nieuwe aanpak kan bijdragen aan een duurzame ontwikkeling van onze menselijke samenleving."

ammoniak, een verbinding van stikstof en waterstof, is essentieel voor al het leven op aarde en is een essentieel ingrediënt in de meeste meststoffen die worden gebruikt voor de voedselproductie. Sinds de Eerste Wereldoorlog, de ammoniak in kunstmest is voornamelijk geproduceerd volgens de Haber-Bosch-methode, die energie- en fossiele brandstofintensief is. Er zijn aanzienlijke obstakels geweest voor het verbeteren van het proces, tot nu.

De nieuwe aanpak van het onderzoeksteam is gedocumenteerd in de Natuurcommunicatie tijdschrift vandaag online gepubliceerd.

Het grootste obstakel voor ammoniaksynthese is de hoge energiebarrière om stikstofmoleculen te activeren. Om ervoor te zorgen dat het chemische proces een hoge reactiesnelheid bereikt, stikstof- en waterstofmoleculen moeten worden verwarmd tot een temperatuur van 662 tot 1, 022 oF onder een druk van 2, 200?5, 100 pond per vierkante inch met de aanwezigheid van op ijzer gebaseerde katalysatoren. Vertaling:De chemische reactie vindt alleen plaats onder zeer hoge temperatuur- en drukomstandigheden.

Er zijn veel pogingen om de ammoniaksynthese onder mildere omstandigheden na te streven, en een daarvan is het gebruik van elektrische energie. Bij een elektrochemische methode bij kamertemperatuur, actieve elektronen worden gebruikt om de reactie aan te drijven met water als waterstofbron, maar de elektronen die door een elektrode gaan, kunnen niet efficiënt worden gebruikt en de reactiesnelheid is erg laag.

"Ons onderzoek heeft een nieuw mechanisme ontdekt waardoor elektronen efficiënter kunnen worden gebruikt via de katalysator van palladiumhydride. Deze nieuwe benadering biedt mogelijk niet alleen een nieuwe route voor ammoniaksynthese met minimale elektrische energie, maar inspireer ook peer-onderzoekers om het principe te gebruiken om andere uitdagende reacties voor de conversie van hernieuwbare energie aan te pakken, zoals het omzetten van koolstofdioxide in brandstoffen, ' zei Feng.

Co-auteur Hongliang Xin, een assistent-professor aan Virginia Tech, zei dat er nog veel meer te ontdekken valt op dit nieuwe onderzoeksgebied.

"Dit is een zeer opwindend onderzoek voor het omzetten van stikstof in ammoniak bij kamertemperatuur. Kwantumchemische simulaties hebben een unieke reactieroute gesuggereerd voor de palladiumkatalysator met een lagere energiebarrière, " zei Xin. "Echter, het gedetailleerde mechanisme, met name de concurrentie met elektronenstelende waterstofontwikkeling en het effect van bedrijfsspanning, is nog grotendeels onbekend."