I ricercatori dell'Università di Notre Dame stanno sviluppando un approccio alle energie rinnovabili per sintetizzare ammoniaca, un componente essenziale dei fertilizzanti che supportano le esigenze di produzione alimentare mondiale. Il processo Haber-Bosch sviluppato nei primi anni del 1900 per la produzione di ammoniaca si basa su combustibili fossili non rinnovabili e ha applicazioni limitate solo per grandi, impianti chimici centralizzati.

Il nuovo processo, pubblicato in Catalisi della natura , utilizza un plasma, un gas ionizzato, in combinazione con catalizzatori di metalli non nobili per generare ammoniaca in condizioni molto più miti di quanto sia possibile con Haber-Bosch. L'energia nel plasma eccita le molecole di azoto, uno dei due componenti che contribuiscono alla produzione dell'ammoniaca, permettendo loro di reagire più prontamente sui catalizzatori. Poiché l'energia per la reazione proviene dal plasma piuttosto che dal calore elevato e dalla pressione intensa, il processo può essere eseguito su piccola scala. Questo rende il nuovo processo particolarmente adatto per l'uso con fonti energetiche rinnovabili intermittenti e per la produzione distribuita di ammoniaca.

"I plasmi sono stati considerati da molti come un modo per produrre ammoniaca che non dipende dai combustibili fossili e aveva il potenziale per essere applicato in modo meno centralizzato, " ha detto William Schneider, H. Clifford e Evelyn A. Brosey Professore di Ingegneria, membro affiliato di ND Energy e coautore dello studio. "La vera sfida è stata trovare la giusta combinazione di plasma e catalizzatore. Combinando i modelli molecolari con i risultati in laboratorio, siamo stati in grado di concentrarci su combinazioni che non erano mai state prese in considerazione prima."

Il gruppo di ricerca guidato da Schneider; Davide Vai, Professore Associato della Famiglia Rooney di Ingegneria in ingegneria aerospaziale e meccanica; e Jason Hicks, professore associato di ingegneria chimica e biomolecolare, scoperto che poiché le molecole di azoto sono attivate dal plasma, i requisiti sui catalizzatori metallici sono meno rigorosi, consentendo di utilizzare materiali meno costosi durante tutto il processo. Questo approccio supera i limiti fondamentali del processo Haber-Bosch guidato dal calore, permettendo che la reazione sia condotta a velocità Haber-Bosch a condizioni molto più miti.

"L'obiettivo del nostro lavoro era sviluppare un approccio alternativo alla produzione di ammoniaca, ma le intuizioni che sono emerse da questa collaborazione tra i nostri gruppi di ricerca possono essere applicate ad altri difficili processi chimici, come convertire l'anidride carbonica in un prodotto meno dannoso e più utile. Mentre continuiamo a studiare la sintesi plasma-ammoniaca, considereremo anche in che altro modo plasma e catalizzatori potrebbero beneficiare di altre trasformazioni chimiche, " ha detto Hick.