Naukowcy odkrywają bezpieczny, łatwy i niedrogi sposób przechowywania i odzyskiwania wodoru

Naukowcy z RIKEN Center for Emerging Materials Science (CEMS) w Japonii odkryli związek, który wykorzystuje reakcję chemiczną do przechowywania amoniaku, co może zapewnić bezpieczniejszy i łatwiejszy sposób przechowywania tej ważnej substancji chemicznej.

Odkrycie to zostało opublikowane w Dziennik Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego 10 lipca można nie tylko bezpiecznie i wygodnie przechowywać amoniak, ale także przewozić ważny wodór. Wynik ten powinien pomóc utorować drogę do społeczeństwa neutralnego pod względem emisji dwutlenku węgla z praktyczną gospodarką wodorową.

Aby społeczeństwo mogło przejść od energii opartej na węglu do energii opartej na wodorze, potrzebujemy bezpiecznego sposobu przechowywania i transportu wodoru, który sam w sobie jest wysoce łatwopalny. Jednym ze sposobów na to jest przechowywanie go jako części innej cząsteczki i ekstrahowanie w razie potrzeby. Amoniak, zapisany chemicznie jako NH₃stanowi dobry nośnik wodoru, ponieważ w każdej cząsteczce upakowane są trzy atomy wodoru, przy czym około 20% wagowych amoniaku to wodór.

Problem polega jednak na tym, że amoniak jest gazem silnie korozyjnym, co utrudnia jego przechowywanie i użytkowanie. Obecnie amoniak jest zwykle przechowywany poprzez skraplanie go w temperaturach znacznie poniżej zera w pojemnikach odpornych na ciśnienie. Porowate związki mogą również przechowywać amoniak w temperaturze pokojowej i pod ciśnieniem, ale pojemność magazynowania jest niska, a amoniak nie zawsze może być łatwo odzyskany.

Nowe badanie donosi o odkryciu perowskitu, materiału o charakterystycznej powtarzającej się strukturze krystalicznej, który może łatwo magazynować amoniak, a także umożliwia jego łatwe i całkowite odzyskanie w stosunkowo niskich temperaturach.

Zespół badawczy kierowany przez Masuki Kawamoto z RIKEN CEMS skupił się na jodku etyloamoniowym perowskitu (EAPbI).₃), chemicznie zapisany jako CH₃CH₂New Hampshire₃PbI₃. Odkryli, że jego jednowymiarowa kolumnowa struktura ulega reakcji chemicznej z amoniakiem w temperaturze i ciśnieniu pokojowym, dynamicznie przekształcając się w dwuwymiarową strukturę zwaną wodorotlenkiem jodku ołowiu lub Pb(OH)I.

W wyniku tego procesu amoniak jest magazynowany w warstwowej strukturze poprzez przemianę chemiczną. W ten sposób EAPbI₃ Żrący amoniak można bezpiecznie przechowywać jako związek azotu w znacznie tańszym procesie niż skraplanie w temperaturze -33°C (-27,4°F) w pojemnikach pod ciśnieniem. Co ważniejsze, proces odzyskiwania zmagazynowanego amoniaku jest bardzo prosty.

„Ku naszemu zdziwieniu amoniak przechowywany w jodku ołowiu etyloamoniowego można łatwo wydobyć, delikatnie go podgrzewając” – mówi Kawamoto. Przechowywany związek azotu przechodzi odwrotną reakcję w temperaturze 50 ° C (122 ° F) pod próżnią i powraca do amoniaku. Ta temperatura jest znacznie niższa niż 150 ° C (302 ° F) lub więcej potrzebna do ekstrakcji amoniaku z porowatych związków, dzięki czemu EAPbI₃ Doskonałe medium do radzenia sobie z korozyjnymi gazami w prostym i ekonomicznym procesie.

Ponadto, po powrocie do jednowymiarowej struktury kolumnowej, perowskity mogą być ponownie wykorzystane, co pozwala na wielokrotne magazynowanie i ekstrakcję amoniaku. Dodatkową korzyścią było to, że naturalnie żółty związek stał się biały po reakcji. Według Kawamoto: „Zdolność związku do zmiany koloru podczas przechowywania amoniaku oznacza, że ​​można opracować kolorymetryczne czujniki amoniaku do określania ilości przechowywanego amoniaku”.

Nowa metoda przechowywania ma wiele zastosowań. W krótkim okresie naukowcy opracowali bezpieczny sposób przechowywania amoniaku, który ma już wiele zastosowań w społeczeństwie, od nawozów po leki i tekstylia. „W dłuższej perspektywie mamy nadzieję, że ta prosta i skuteczna metoda może być częścią rozwiązania umożliwiającego osiągnięcie społeczeństwa neutralnego pod względem emisji dwutlenku węgla poprzez wykorzystanie amoniaku jako nośnika wodoru bez węgla”, mówi współautor Yoshihiro Ito z RIKEN CEMS .

Badania te pomogą osiągnąć Cele Zrównoważonego Rozwoju (SDG) 2016 wyznaczone przez Organizację Narodów Zjednoczonych, w szczególności Cel 7: Czysta energia po przystępnej cenie i Cel 13: Działania w dziedzinie klimatu.