Un team di ricerca dell'UCF con i collaboratori della Virginia Tech ha sviluppato un nuovo approccio "verde" alla produzione di ammoniaca che potrebbe aiutare a rendere più sostenibile l'alimentazione della crescente popolazione mondiale.

"Questo nuovo approccio può facilitare la produzione di ammoniaca utilizzando energia rinnovabile, come l'elettricità generata da energia solare o eolica, ", ha detto l'assistente professore di fisica Xiaofeng Feng. "Fondamentalmente, questo nuovo approccio può aiutare a promuovere uno sviluppo sostenibile della nostra società umana".

Ammoniaca, un composto di azoto e idrogeno, è essenziale per tutta la vita sul pianeta ed è un ingrediente vitale nella maggior parte dei fertilizzanti utilizzati per la produzione alimentare. Dalla prima guerra mondiale, l'ammoniaca nei fertilizzanti è stata prodotta principalmente con il metodo Haber-Bosch, che è ad alta intensità di energia e combustibili fossili. Ci sono stati ostacoli sostanziali al miglioramento del processo, fino ad ora.

Il nuovo approccio del team di ricerca è documentato nel Comunicazioni sulla natura rivista pubblicata oggi online.

Il più grande ostacolo alla sintesi dell'ammoniaca è la barriera ad alta energia per attivare le molecole di azoto. Affinché il processo chimico raggiunga un'elevata velocità di reazione, le molecole di azoto e idrogeno devono essere riscaldate a una temperatura compresa tra 662 e 1, 022 oF sotto una pressione di 2, 200?5, 100 libbre per pollice quadrato con la presenza di catalizzatori a base di ferro. Traduzione:la reazione chimica avviene solo in condizioni di temperatura e pressione molto elevate.

Ci sono molti sforzi per perseguire la sintesi dell'ammoniaca in condizioni più miti, e uno di questi è quello di utilizzare l'energia elettrica. In un metodo elettrochimico a temperatura ambiente, gli elettroni attivi sono usati per guidare la reazione con l'acqua come fonte di idrogeno, ma gli elettroni che passano attraverso un elettrodo non possono essere utilizzati in modo efficiente e la velocità di reazione è molto bassa.

"La nostra ricerca ha scoperto un nuovo meccanismo in base al quale gli elettroni possono essere utilizzati in modo più efficiente tramite il catalizzatore dell'idruro di palladio. Questo nuovo approccio potrebbe non solo fornire un nuovo percorso per la sintesi dell'ammoniaca con un'energia elettrica minima, ma anche ispirare i ricercatori pari a utilizzare il principio per affrontare altre reazioni impegnative per la conversione dell'energia rinnovabile, come trasformare l'anidride carbonica in combustibili, " ha detto Feng.

Co-autore Hongliang Xin, un assistente professore alla Virginia Tech, detto che c'è molto altro da scoprire in questa nuova area di ricerca.

"Questa è una ricerca molto eccitante per convertire l'azoto in ammoniaca a temperatura ambiente. Le simulazioni chimiche quantistiche hanno suggerito un percorso di reazione unico per il catalizzatore al palladio con una barriera energetica inferiore, "Xin ha detto. "Tuttavia, il meccanismo dettagliato, in particolare la sua competizione con l'evoluzione dell'idrogeno che ruba elettroni e l'effetto della tensione operativa, è ancora in gran parte sconosciuto».