L’ammoniac est couramment utilisé dans les engrais car il a la teneur en azote la in addition élevée des engrais commerciaux, ce qui le rend essentiel pour la output agricole. Cependant, deux molécules de dioxyde de carbone sont fabriquées pour chaque molécule d’ammoniac produite, contribuant à l’excès de dioxyde de carbone dans l’atmosphère.
Une équipe du département de génie chimique Artie McFerrin de la Texas A&M University, composée du Dr Abdoulaye Djire, professeur adjoint, et de l’étudiant diplômé Denis Johnson, a mis au place une méthode de manufacturing d’ammoniac par des procédés électrochimiques, contribuant à réduire les émissions de carbone. Cette recherche vise à remplacer le procédé thermochimique Haber-Bosch par un procédé électrochimique as well as resilient et moreover sûr pour l’environnement.
Les chercheurs ont récemment publié leurs découvertes dans Nature Scientific Experiences.
Depuis le début des années 1900, le procédé Haber-Bosch est utilisé pour produire de l’ammoniac. Ce processus fonctionne en faisant réagir de l’azote atmosphérique avec de l’hydrogène gazeux. Un inconvénient du procédé Haber-Bosch est qu’il nécessite une pression et une température élevées, ce qui laisse une grande empreinte énergétique. Le procédé nécessite également une charge d’alimentation en hydrogène, qui est dérivée de ressources non renouvelables. Il n’est pas long lasting et a des implications négatives sur l’environnement, ce qui accélère le besoin de nouveaux procédés respectueux de l’environnement.
Les chercheurs ont proposé d’utiliser la réaction électrochimique de réduction de l’azote (NRR) pour produire de l’ammoniac à partir d’azote et d’eau atmosphériques. Les avantages de l’utilisation d’une méthode électrochimique comprennent l’utilisation d’eau pour fournir des protons et la capacité de produire de l’ammoniac à température et pression ambiantes. Ce procédé nécessiterait potentiellement moins d’énergie et serait moins coûteux et as well as respectueux de l’environnement que le procédé Haber-Bosch.
Le NRR fonctionne en utilisant un électrocatalyseur. Pour que ce processus réussisse, l’azote doit se lier à la surface et se décomposer pour produire de l’ammoniac. Dans cette étude, les chercheurs ont utilisé MXene, un nitrure de titane, comme électrocatalyseur. Ce qui différencie ce catalyseur des autres est que l’azote est déjà dans sa framework, permettant une formulation d’ammoniac plus efficace.
“Il est additionally facile pour l’ammoniac de se previous motor vehicle les protons peuvent se fixer à l’azote dans la construction, former l’ammoniac, puis l’ammoniac sortira de la framework”, a déclaré Johnson. “Un trou est fait dans la construction qui peut aspirer l’azote gazeux et séparer la triple liaison.”
Les chercheurs ont découvert que l’utilisation de nitrure de titane induit un mécanisme Mars-van Krevelen, un mécanisme populaire pour l’oxydation des hydrocarbures. Ce mécanisme fit une voie d’énergie inférieure qui permettrait des taux de generation d’ammoniac et une sélectivité furthermore élevés en raison de l’azote du catalyseur de nitrure de titane.
Sans modification des matériaux, les chercheurs ont atteint une sélectivité de 20 %, soit le rapport du produit souhaité formé par rapport au produit indésirable formé. Leur méthode pourrait potentiellement atteindre un pourcentage de sélectivité additionally élevé avec des modifications, ouvrant une nouvelle voie à la generation d’ammoniac par des procédés électrochimiques.
“Le ministère de l’Énergie s’est fixé pour objectif une sélectivité de 60 %, ce qui est un chiffre difficile à atteindre”, a déclaré Johnson. “Nous avons pu atteindre 20 % en utilisant notre matériel, présentant une méthode dont nous pourrions peut-être tirer parti pour aller de l’avant. Si nous mettons à niveau notre matériel, pouvons-nous atteindre 60 % bientôt ? C’est la question sur laquelle nous continuerons à travailler. répondre.”
Cette recherche pourrait potentiellement réduire l’empreinte carbone et la consommation mondiale d’énergie à furthermore grande échelle.
“A l’avenir, cela pourrait être une réforme scientifique majeure”, a déclaré Djire. “Environ 2% de l’énergie totale mondiale est utilisée pour la production d’ammoniac. Réduire ce nombre énorme réduirait considérablement notre empreinte carbone et notre consommation d’énergie.”
Cette étude a été financée par le Startup Analysis Fund. Les autres contributeurs à la publication sont Eric Kelley du département de génie chimique de Texas A&M, Brock Hunter de l’Université d’Auburn et Jevaun Christie et Cullan King de l’Université Prairie Watch A&M.