Ученые разрабатывают энергоэффективный метод получения зеленого водорода из аммиака

Специалисты ФИЦ «Институт катализа СО РАН» и Центра компетенций НТИ «Водород как основа низкоуглеродной экономики» при поддержке Российского научного фонда ведут исследования по получению чистого водорода из аммиака с помощью фотокаталитических и фотоэлектрохимических процессов, протекающих при комнатной температуре. Технология перспективна для переработки аммиака, который в больших объемах образуется на таких объектах, как очистные сооружения.

Исследования аммиака как сырья для производства водорода начались сравнительно недавно, в 2000-х годах. Интерес к этому способу растет — например, ранее упоминалось, что во Франции создадут пилотную установку крекинга аммиака.

Традиционно процесс разложения аммиака — это термокаталитический процесс, который протекает при температуре свыше 600 °C и требует катализаторов с содержанием платины 5–10 % от массы. Ученые ИК СО РАН решили исследовать фотокаталитические и фотоэлектрохимические методы, которые протекают при комнатных температурах, и «стартовать» с 1 % платины.

Исследователи взяли полупроводники — диоксид титана, оксид вольфрама, оксид цинка, фосфат серебра. Системы, состоящие из полупроводника с нанесенным металлом, позволяют проводить процесс конверсии в две стадии: восстановление аммиака протекает на частицах металла, окисление — на поверхности полупроводника. Это делает процесс более энергоэффективным за счет пространственного разделения зарядов.

Помимо энергоэффективности важным аспектом является снижение содержания платины. Проведенные ранее исследования показали, что можно существенно снизить количество платины без потери активности или даже найти эффективные и более дешевые альтернативы.

«Главные преимущества фотокаталитического и фотоэлектрохимического разложения аммиака — это возможность использования возобновляемой энергии, например, солнечной, и проведение процессов при комнатной температуре и атмосферном давлении. Это кардинально снижает энергозатраты. Кроме того, такие системы обладают значительным потенциалом для экологических приложений. Например, их можно интегрировать в системы очистки сточных вод на промышленных предприятиях», — говорит научный сотрудник Отдела гетерогенного катализа ИК СО РАН и Центра компетенций НТИ «Водород как основа низкоуглеродной экономики» к.х.н. Дина Марковская.

Исследовательница отмечает, что фотокаталитический реактор, работающий на солнечной энергии, мог бы не только очищать воду от примесей аммиака, но и параллельно производить дополнительный водород, создавая замкнутый цикл. Учитывая масштаб объемов промышленных стоков, такая технология имеет значительный практический потенциал.

Сейчас ученые занимаются глубоким исследованием кинетики и механизмов разложения аммиака на разработанных катализаторах. Это необходимо, чтобы дать точную оценку практического потенциала технологий. В перспективе — создание сложных композитных фотокатализаторов, которые обладают улучшенными окислительно-восстановительными свойствами.