کشف کاتالیزوری جدید جهت تولید هیدروژن از آمونیاک

آمونیاک ، یک منبع عاری از کربن را می توان با کمک کاتالیزورهای فلزی مانند نیکل (Ni) به گازهای نیتروژن و هیدروژن تبدیل کرد. این یافته جدید دانشمندان ما را به تولید پایدار سوخت هیدروژن امیداور میکند.

این واکنش ها اغلب در دمای بسیار بالا رخ میدهند ولی دانشمندان با استفاده از کاتالیزرو Ni یا همان نیکل با ترکیب ایمیدکلسیم (CaNH) یک کاتالیزور ترکیبی کارآمد ایجاد کرده اند که آمونیاک را در دمای معمولی کمتر از 100 درجه سانتی گراد به نیتروژن و هیدروژن تبدیل میکند.

کشف کاتالیزوری جدید جهت تولید هیدروژن از آمونیاک

شرایط اضطراری جهانی آب و هوا و کاهش سریع منابع انرژی کره زمین باعث شده است که به دنبال جایگزین های تمیزتری مانند سوخت هیدروژن باشیم.

گاز هیدروژن بر خلاف سوخت های فسیلی هنگام ترکیب با اکسیژن و سوزانده شدن ، هیچ یک از گازهای گلخانه ای مضر را تولید نمی کند و این یک مزیت بسیار مهم می باشد. ولی امروزه منبع اصلی تولید انرژی گاز طبیعی یا سوخت های فسیلی هستند که در نهایت میزان تولید کربن را افزایش می دهدند.

آمونیاک (NH3) ، یک ترکیب هیدروژنی خنثی از کربن به دلیل چگالی بالای انرژی و ظرفیت ذخیره بالای هیدروژن میتواند جایگزین مناسبی برای سوخت های فسیلی باشد. آمونیاک قابلیت تجزیه و تبدیل به گازهای نیتروژن و هیدروژن را دارد و براحتی میتوان آنرا در حالت مایع ذخیره و حمل و نقل کرد و در صورت نیاز به سوخت هیدروژنی تبدیل کرد.

تنها چالشی که در تبدیل آمونیاک به گاز هیدروژن وجود داشت ، سرعت واکنش بود و کاتالیزورهای فلزی موجود بسیار کند تر از انتظار عمل می کردند و این مسئله دانشمندان شیمی را وادار به کشف ترکیبی جدید کرد.

آزمایشات اخیر دانشمندان نشان داد که نیکل (Ni) یک کاتالیزور امیدوار کننده برای تجزیه آمونیاک می باشد. آمونیاک بر روی سطح کاتالیزورهای Ni جذب شده و به دنبال آن پیوندهای موجود بین نیتروژن و هیدروژن موجود در آمونیاک شکسته می شوند و به صورت گازهای جداگانه آزاد می شوند.

دانشمندان باز هم با چالش دیگری روبرو شدند و آن دمای بسیار بالای واکنش بود که انجام واکنش را تا حدی دچار مشکل می کرد. و ایجاد دمای واکنش کار راحتی نبود.

برای حل این چالش ، یک تیم تحقیقاتی به نام Tokyo Tech به سرپرستی پروفسور Masaaki Kitano ، راه حلی را برای غلبه بر مسائل پیش روی کاتالیزورهای مبتنی بر Ni ارائه کردند.

آنها یک کاتالیزور نیکل با ترکیبی از کلرید ایمید کلسیم (CaNH) تولید کردند که می تواند در دماهای پایین تر تبدیل آمونیاک به هیدروژن و نیتروژن را انجام دهد .

بنابر توضیحات دکتر کیتانو : هدف ما ایجاد یک کاتالیزور بسیار فعال بود که از نظر انرژی کارآمد باشد. افزودن فلز ایمید به سیستم کاتالیزور نه تنها فعالیت کاتالیزوری آن را بهبود بخشید بلکه به ما کمک کرد تا مکانیسم کاری گریزان چنین سیستم هایی را کشف کنیم.

این تیم تحقیقاتی به این نتیجه رسید که وجود CaNH منجر به تشکیل NH2- vacancies (VNH) در سطح کاتالیزور می شود. این گونه های فعال منجر به بهبود عملکرد کاتالیزوری Ni/CaNH در دمای واکنش شده و آنرا به کمتر از 100 درجه سانتی گراد می رسانند.

کاتالیزور Ni/CaNH بسیار فعال و پایدار می توانند  برای تولید گاز هیدروژن از آمونیاک مورد استفاده قرار بگیرند. همچنین ، بینش مکانیسم کاتالیزوری ارائه شده توسط این مطالعه می تواند برای توسعه نسل جدیدی از کاتالیزورها مورد استفاده قرار گیرد.

دکتر کیتانو نتیجه می گیرد: “از آنجا که کل جهان برای ساختن آینده ای پایدار با هم همکاری می کنند ، تحقیقات ما در جهت رفع چالش هایی است که در مسیر صرفه جویی مصرف سوخت هیدروژنی با آن مواجه هستیم.