Специалисты из ФИЦ «Институт катализа СО РАН» и Центра компетенций НТИ «Водород как основа низкоуглеродной экономики» при поддержке Российский научный фонд поддерживает исследования, направленные на получение чистого водорода из аммиака посредством фотокаталитических и фотоэлектрохимических методов, осуществляемых при комнатной температуре. Данная технология представляется многообещающей для переработки аммиака, образующегося в значительных количествах на объектах, например, на очистных сооружениях.
Изучение возможности использования аммиака в качестве исходного материала для производства водорода стартовало относительно недавно, в 2000-х годах. Наблюдается растущий интерес к данному методу, например, ранее сообщалось, что во Франции создадут пилотную установку крекинга аммиака.
Разложение аммиака обычно осуществляется посредством термокатализа, требующего температуры выше 600 °C и катализаторов, содержащих 5–10% платины по массе. В Институте химии СО РАН провели исследования фотокаталитических и фотоэлектрохимических методов, работающих при комнатной температуре, и начали эксперименты с содержанием платины в 1.
Использовались полупроводники: диоксид титана, оксид вольфрама, оксид цинка и фосфат серебра. Системы, объединяющие полупроводник и нанесенный на него металл, обеспечивают двухстадийный процесс конверсии: восстановление аммиака происходит на металлических частицах, а окисление — на поверхности полупроводника. Благодаря такому пространственному разделению зарядов, процесс становится более экономичным с точки зрения энергопотребления.
Снижение содержания платины также представляет собой важный аспект, помимо энергоэффективности. Предыдущие исследования продемонстрировали возможность значительного уменьшения количества платины без ущерба для активности, а также поиск эффективных и более экономичных альтернатив.
«Фотокаталитическое и фотоэлектрохимическое разложение аммиака имеет ряд ключевых преимуществ, в том числе возможность применения возобновляемых источников энергии, таких как солнечная, и проведение реакций при комнатной температуре и атмосферном давлении. Это позволяет существенно сократить потребление энергии. Также эти системы демонстрируют большой потенциал для использования в экологических целях. Например, их можно интегрировать в системы очистки сточных вод на промышленных предприятиях», — говорит научный сотрудник Отдела гетерогенного катализа ИК СО РАН и Центр компетенций НТИ, специализирующийся на водородных технологиях для создания низкоуглеродной экономики» к.х.н. Дина Марковская.
По мнению исследователя, фотокаталитический реактор, использующий солнечную энергию, способен не только удалять аммиак из воды, но и одновременно генерировать дополнительный водород, формируя тем самым замкнутый цикл. Ввиду огромных объемов промышленных сточных вод, данная технология обладает существенным практическим значением.
В настоящее время ученые проводят углубленное изучение скорости и закономерностей разложения аммиака на созданных ими катализаторах. Это требуется для определения реальной возможности применения данных технологий. В дальнейшем планируется разработка сложных композитных фотокатализаторов с улучшенными окислительно-восстановительными характеристиками.