Voor de implementatie van een effectieve waterstofeconomie in de komende jaren, waterstof geproduceerd uit bronnen zoals steenkool en aardolie moet van de productielocaties naar de eindgebruiker worden getransporteerd, vaak over lange afstanden en om tot succesvolle waterstofhandel tussen landen te komen. Drs. Hyuntae Sohn en Changwon Yoon en hun team van het Center for Hydrogen-fuel Cell Research van het Korea Institute of Science and Technology (KIST) hebben een nieuwe nanometaalkatalysator aangekondigd, 60% minder ruthenium (Ru), een duur edelmetaal dat wordt gebruikt om waterstof te extraheren via ammoniakontleding.

Ammoniak is onlangs naar voren gekomen als een vloeibaar opslag- en transportmedium dat veelbelovende stabiliteit heeft getoond voor waterstoftransport over lange afstanden. Bij 108 kg H ₂ /m ³ , vloeibare ammoniak (NH ₃ ) kan 50% meer waterstof opslaan dan vloeibare waterstof. Wanneer ammoniak bij hoge temperaturen wordt afgebroken, alleen waterstof- en stikstofgassen worden geproduceerd, met een minimale uitstoot van kooldioxide. Omdat er momenteel jaarlijks meer dan 200 miljoen ton ammoniak wordt geproduceerd voor industrieel gebruik over de hele wereld, de infrastructuur voor massaopslag en langeafstandstransport bestaat al en kan eenvoudig worden hergebruikt voor waterstoftransport.

De behoefte aan grote hoeveelheden warmte is een dringend probleem geweest dat de wijdverbreide toepassing van ammoniak voor gebruik bij het transport en de opslag van waterstof in de weg staat. echter. De ontledingsreactie waardoor waterstof uit ammoniak wordt gewonnen, kan alleen plaatsvinden bij hoge temperaturen, wat een hoge energie-input vereist. Een katalysator in de vorm van een vast poeder kan tijdens de ontledingsreactie worden toegevoegd om de reactietemperatuur te verlagen; echter, bestaande katalysatoren op basis van rutheniummetaal zijn erg duur en hebben een lage stabiliteit, waardoor regelmatige vervanging nodig is.

Het KIST-onderzoeksteam heeft een katalysator ontwikkeld voor waterstofproductie uit ammoniakontleding waarbij rutheniummetaaldeeltjes en zeoliet sterk worden gebonden door calcineren onder vacuüm, wat resulteert in de insluiting van sub-nanometer en nanometer (een miljardste van een meter) rutheniummetaaldeeltjes in elke porie van de zeolietdrager. Deze nieuwe katalysator vertoont 2,5 keer hogere ammoniakontledingsprestaties dan conventionele commerciële katalysatoren en bereikt deze efficiëntie terwijl slechts 40% rutheniummetaal wordt gebruikt. Omdat nanometergrote (of kleinere) rutheniummetaaldeeltjes aanwezig zijn en hun stabiliteit behouden tijdens het ammoniakontledingsproces, zelfs bij hoge reactietemperaturen, het gebruik van de voorgestelde katalysator kan het probleem van lage stabiliteit overwinnen, die de commercialisering van bestaande katalysatoren aanzienlijk heeft beperkt.

"De ontwikkelde katalysator heeft een gunstige structuur doordat de rutheniummetaaldeeltjes ter grootte van een nanometer gelijkmatig over zeoliet zijn verdeeld, een kristallijn mineraal. Dus, deze katalysator heeft betere prestaties en stabiliteit laten zien dan eerder gerapporteerde katalysatoren en zal naar verwachting de commercialisering van het proces voor de productie van waterstof met een hoge zuiverheid uit ammoniak vergemakkelijken, " zei Dr. Hyuntae Sohn, KIST.

"Het belang van waterstoftransport met grote capaciteit op basis van ammoniak neemt snel toe, met felle concurrentie tussen geavanceerde landen over de ontwikkeling en verwerving van verwante technologieën. De toepassing van de voorgestelde katalysator voor waterstofproductie met grote capaciteit via ammoniakontleding, die momenteel wordt onderzocht en ontwikkeld, uiteindelijk zal helpen bij de commercialisering van van ammoniak afgeleide waterstof en waterstoftransport met hoge capaciteit tussen landen, " zei dr. Changwon Yoon.