I ricercatori della Northwestern University hanno sviluppato un sistema altamente efficace, metodo ecologico per convertire l'ammoniaca in idrogeno. Delineato in una recente pubblicazione sulla rivista Joule , la nuova tecnica è un importante passo avanti per consentire un inquinamento zero, economia alimentata dall'idrogeno.

L'idea di utilizzare l'ammoniaca come vettore per la consegna dell'idrogeno ha guadagnato terreno negli ultimi anni perché l'ammoniaca è molto più facile da liquefare rispetto all'idrogeno ed è quindi molto più facile da immagazzinare e trasportare. La svolta tecnologica di Northwestern supera diversi ostacoli esistenti alla produzione di idrogeno pulito dall'ammoniaca.

"La rovina per le celle a combustibile a idrogeno è stata la mancanza di infrastrutture di consegna, " disse Sossina Haile, autore principale dello studio. "È difficile e costoso trasportare l'idrogeno, ma esiste già un vasto sistema di somministrazione dell'ammoniaca. Ci sono pipeline per questo. Forniamo un sacco di ammoniaca in tutto il mondo per fertilizzante. Se ci dai l'ammoniaca, i sistemi elettrochimici che abbiamo sviluppato possono convertire quell'ammoniaca in celle a combustibile, idrogeno pulito in loco su qualsiasi scala."

Haile è Walter P. Murphy Professore di scienza e ingegneria dei materiali presso la McCormick School of Engineering della Northwestern con incarichi aggiuntivi in ​​fisica applicata e chimica. È anche co-direttore dell'Istituto universitario per la sostenibilità e l'energia della Northwestern.

Nello studio, Haile e il suo team di ricerca riferiscono di essere in grado di condurre la conversione da ammoniaca a idrogeno utilizzando elettricità rinnovabile anziché energia termica alimentata da combustibili fossili perché il processo funziona a temperature molto più basse rispetto ai metodi tradizionali (250 gradi Celsius rispetto a 500-600 gradi Centigrado). Secondo, la nuova tecnica genera idrogeno puro che non ha bisogno di essere separato da ammoniaca o altri prodotti non reagiti. Terzo, il processo è efficiente perché tutta la corrente elettrica fornita al dispositivo produce direttamente idrogeno, senza alcuna perdita per reazioni parassitarie. Come ulteriore vantaggio, perché l'idrogeno prodotto è puro, può essere pressurizzato direttamente per lo stoccaggio ad alta densità semplicemente aumentando la potenza elettrica.

Per realizzare la conversione, i ricercatori hanno costruito una cella elettrochimica unica con una membrana conduttrice di protoni e l'hanno integrata con un catalizzatore per la scissione dell'ammoniaca.

"L'ammoniaca incontra prima il catalizzatore che la divide in azoto e idrogeno, " Ha detto Haile. "Che l'idrogeno viene immediatamente convertito in protoni, che vengono quindi guidati elettricamente attraverso la membrana conduttrice di protoni nella nostra cella elettrochimica. Tirando via continuamente l'idrogeno, guidiamo la reazione ad andare più lontano di quanto farebbe altrimenti. Questo è noto come il principio di Le Chatelier. Rimuovendo uno dei prodotti della reazione di scissione dell'ammoniaca, vale a dire l'idrogeno, spingiamo avanti la reazione, al di là di ciò che il catalizzatore per la scissione dell'ammoniaca può fare da solo."

L'idrogeno generato dalla scissione dell'ammoniaca può quindi essere utilizzato in una cella a combustibile. Come le batterie, Le celle a combustibile producono energia elettrica convertendo l'energia prodotta da reazioni chimiche. A differenza delle batterie, le celle a combustibile possono produrre elettricità fintanto che viene fornito carburante, senza mai perdere la carica. L'idrogeno è un combustibile pulito che, quando consumato in una cella a combustibile, produce acqua come unico sottoprodotto. Ciò è in contrasto con i combustibili fossili, che producono gas a effetto serra che alterano il clima come l'anidride carbonica, metano e protossido di azoto.

Haile prevede che la nuova tecnologia potrebbe essere particolarmente trasformativa nel settore dei trasporti. Nel 2018, la circolazione di persone e merci con autovetture, camion, treni, navi, gli aeroplani e altri veicoli hanno rappresentato il 28% delle emissioni di gas serra negli Stati Uniti, più di qualsiasi altro settore economico secondo l'Environmental Protection Agency.

"I veicoli a batteria sono fantastici, ma c'è sicuramente una questione di gamma e fornitura di materiale, "Haile ha detto. "Convertire l'ammoniaca in idrogeno sul posto e in modo distribuito ti permetterebbe di guidare in una stazione di rifornimento e ottenere idrogeno pressurizzato per la tua auto. C'è anche un crescente interesse per le celle a combustibile a idrogeno per l'industria aeronautica perché le batterie sono così pesanti".

Haile e il suo team hanno fatto grandi progressi nel campo delle celle a combustibile nel corso degli anni. Come passo successivo nel loro lavoro, stanno esplorando nuovi metodi per produrre ammoniaca in modo ecologico.