Искусственные молнии могут изменить технологию производства аммиака

Аммиак — одно из важнейших химических соединений в мире. Без него невозможно представить современное сельское хозяйство: почти половина мирового производства продуктов питания зависит от удобрений на его основе. Однако традиционный метод синтеза аммиака — процесс Габера-Боша — крайне энергозатратен и наносит огромный ущерб климату, поскольку требует сжигания ископаемого топлива.

Но теперь исследователи из Сиднейского университета предложили революционный подход, который может сделать производство аммиака экологически чистым. Вдохновляясь природными молниями, они использовали плазменные разряды для получения аммиака напрямую из воздуха, минуя сложные и дорогостоящие стадии традиционного синтеза. Этот метод не только снижает углеродный след, но и открывает путь к децентрализованному производству «зеленого аммиака», который может стать ключевым элементом водородной энергетики будущего.

Почему аммиак так важен и в чем проблема его производства?

Аммиак (NH₃) — это основа современных удобрений, без которых невозможно обеспечить продовольственную безопасность растущего населения Земли. Кроме того, он рассматривается как перспективный носитель водорода и даже как безуглеродное топливо для судоходства, ответственного за 3% глобальных выбросов CO₂.

Однако сегодня 90% аммиака производится по методу Габера-Боша, разработанному еще в начале XX века. Этот процесс требует огромных объемов природного газа, высоких температур (400–500 °C) и давления (до 250 атмосфер), что делает его одним из самых углеродоемких в химической промышленности. Кроме того, производство аммиака возможно только на крупных заводах, что создает логистические сложности и увеличивает затраты.

Прорыв Сиднейского университета: плазма и электролиз вместо ископаемого топлива

Команда профессора Патрика Дж. Каллена предложила принципиально новый способ получения аммиака, который не требует ни высоких температур, ни давления. Вместо этого исследователи использовали плазму — ионизированный газ, создаваемый электрическими разрядами, — чтобы активировать молекулы азота (N₂) из воздуха.

Ключевое отличие от предыдущих попыток в том, что новый метод позволяет получать аммиак сразу в газообразной форме (NH₃), а не в виде раствора аммония (NH₄⁺), который требует дополнительной переработки. Это достигается за счет мембранного электролизера — устройства, которое преобразует возбужденные плазмой молекулы в чистый аммиак.

Преимущества и перспективы технологии

1. Экологичность – метод не зависит от ископаемого топлива и может работать на возобновляемой энергии.
2. Децентрализация – установки можно размещать локально, снижая затраты на транспортировку.
3. Масштабируемость – технология подходит как для небольших фермерских хозяйств, так и для крупных предприятий.
4. Многофункциональность – аммиак может использоваться не только как удобрение, но и как топливо или источник водорода.

Что дальше?

Хотя технология уже доказала свою работоспособность, ученые продолжают оптимизировать энергоэффективность процесса, особенно электролизера. Если им удастся снизить затраты энергии, это может привести к полному отказу от процесса Габера-Боша в пользу «зеленого» аммиака.

Это открытие — важный шаг к устойчивому будущему, где аммиак будет производиться без вреда для климата, а сельское хозяйство и энергетика станут менее зависимыми от ископаемых ресурсов. Возможно, через несколько десятилетий мы будем вспоминать процесс Габера-Боша так же, как сегодня вспоминаем паровые двигатели — как технологию прошлого, уступившую место более чистой и эффективной альтернативе.