Ученые из Северо-Западного университета разработали высокоэффективный, экологически чистый метод преобразования аммиака в водород. Исследование, опубликованное в журнале Joule — важный шаг на пути к созданию экономики с нулевыми выбросами и использованием водородного топлива.

Идея использования аммиака в качестве носителя для доставки водорода в последние годы приобрела популярность. Дело в том, что это бинарное неорганическое химическое соединение намного легче сжижать, чем водород. А, значит, его проще хранить и транспортировать.

Чтобы преобразовать аммиак, ученые построили уникальную электрохимическую ячейку с протонпроводящей мембраной и интегрировали ее с катализатором расщепления.

Сначала аммиак «встречается» с катализатором, который расщепляет его на азот и водород. Полученный водород немедленно превращается в протоны, которые затем электрически перемещаются через мембрану в электрохимической ячейке. Постоянно отбирая водород, ученые продвигают реакцию все дальше. Такой тип проведения реакции известен как принцип Ле Шателье — Брауна. Удаляя один из продуктов расщепления аммиака — а именно водород, процесс движется за пределы того, что может сделать обычный катализатор.

Полученный водород можно использовать в топливном элементе. Как и батареи, топливные элементы вырабатывают электроэнергию путем преобразования энергии, полученной в результате химических реакций. В отличие от батарей, они производят электричество, пока есть топливо, и никогда не теряют свой заряд. Водород — это чистое топливо, которое при потреблении производит воду в качестве единственного побочного продукта. Такие свойства отличают его от ископаемого, чьи побочные продукты — двуокись углерода, метан и закись азота — меняют климат и нагревают планету.

Новый метод отличается своей экологичностью. Для преобразования аммиака в водород используется возобновляемая электроэнергия вместо тепловой на ископаемом топливе. Весь процесс происходит при более низких температурах, чем традиционные методы расщепления (250 °C вместо 500–600 °C). Кроме того, новая технология генерирует чистый водород, который не нужно отделять от непрореагировавшего аммиака или других продуктов. Также процесс эффективен — весь электрический ток, подаваемый на устройство, непосредственно производит водород без каких-либо потерь на паразитные реакции.

Авторы исследования прогнозируют, что новая технология может сильно изменить транспортный сектор. По данным Агентства по охране окружающей среды США, в 2018 году на перемещение людей и товаров на автомобилях, грузовиках, поездах, кораблях, самолетах и других транспортных средствах пришлось 28% выбросов парниковых газов в Северной Америке — больше, чем в любом другом секторе экономики.