Поверхность фотоэлектрода из диоксида титана. Источник изображения: ФИЦ ИК СО РАН.
Специалисты Физико-химического института catalysis Сибирского отделения Российской академии наук и Центра компетенций Национальной технологической инициативы «Водород как основа низкоуглеродной экономики» при… поддержке Российский научный фонд проводит исследования по добыче чистого водорода из аммиака посредством фотокаталитических и фотоэлектрохимических процессов при комнатной температуре. Технология перспективна для переработки аммиака, вырабатываемого в больших количествах на объектах, таких как очистные сооружения.
Изучение возможности использования аммиака в производстве водорода началось в начале 2000-х годов. К такому методу проявляется все большая заинтересованность — как, например, демонстрирует пример с Францией. создадут пилотную установку крекинга аммиака.
Разложение аммиака традиционно происходит в термокаталитическом процессе при температуре более 600 °C с использованием катализаторов, содержащих 5–10% платины. Ученые ИК СО РАН намерены изучить фотокаталитические и фотоэлектрохимические методы, протекающие при комнатной температуре, начав с катализаторов, имеющих в составе 1% платины.
Ученые использовали полупроводники: диоксид титана, оксид вольфрама, оксид цинка и фосфат серебра. Системы из полупроводника с нанесенным металлом осуществляют конверсию в два этапа: восстановление аммиака происходит на частицах металла, а окисление — на поверхности полупроводника. Такое разделение зарядов повышает энергоэффективность процесса.
В дополнение к энергосберегающим характеристикам важен вопрос снижения количества используемой платины. Ранние исследования подтвердили возможность значительного уменьшения ее содержания без ухудшения эффективности и даже открыли потенциал для поиска эффективных и более доступных заменителей.
Главные преимущества фотокаталитического и фотоэлектрохимического разложения аммиака — возможность применения возобновляемой энергии, например солнечной, а также проведение процессов при комнатной температуре и атмосферном давлении. Это кардинально снижает энергозатраты. Помимо этого, такие системы обладают большим 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 Центр компетенций Национальной технологической инициативы «Водород — фундамент низкоуглеродной экономики». к.х.н. Дина Марковская.
Исследовательница указывает, что фотокаталитический реактор, функционирующий на солнечной энергии, может очищать воду от аммиака и одновременно вырабатывать водород, формируя замкнутый цикл. Ввиду масштабов промышленных стоков данная технология обладает значительным практическим потенциалом.
В настоящее время ученые проводят углублённое изучение кинетики и механизмов разложения аммиака на созданных катализаторах. Такая оценка необходима для определения практических возможностей технологий. В будущем планируется разработка сложных композитных фотокатализаторов с улучшенными окислительно-восстановительными свойствами.
Источник информации и фото: ФИЦ ИК СО РАН