Un diagramma schematico della struttura catalitica per la decomposizione dell'ammoniaca sviluppato dai ricercatori KIST. Credito:Korea Institute of Science and Technology (KIST)
Per l'attuazione di un'efficace economia dell'idrogeno nei prossimi anni, l'idrogeno prodotto da fonti come carbone e petrolio deve essere trasportato dai suoi siti di produzione all'utente finale, spesso su lunghe distanze e per raggiungere con successo il commercio di idrogeno tra i paesi. Dott. Hyuntae Sohn e Changwon Yoon e il loro team presso il Centro per la ricerca sulle celle a combustibile a idrogeno del Korea Institute of Science and Technology (KIST) hanno annunciato un nuovo catalizzatore nanometallico, costituendo il 60% in meno di rutenio (Ru), un costoso metallo prezioso utilizzato per estrarre l'idrogeno tramite la decomposizione dell'ammoniaca.
L'ammoniaca è emersa di recente come mezzo di stoccaggio e trasporto liquido che ha mostrato una stabilità promettente per il trasporto dell'idrogeno a lunga distanza. A 108 kg H 2 /m 3 , ammoniaca liquefatta (NH 3 ) può immagazzinare il 50% in più di idrogeno rispetto all'idrogeno liquido. Quando l'ammoniaca si decompone ad alte temperature, vengono prodotti solo gas idrogeno e azoto, con emissioni minime di anidride carbonica. Poiché attualmente vengono prodotte annualmente oltre 200 milioni di tonnellate di ammoniaca per uso industriale in tutto il mondo, l'infrastruttura per lo stoccaggio di massa e il trasporto a lunga distanza esiste già e può essere semplicemente riutilizzata per il trasporto dell'idrogeno.
La necessità di grandi quantità di calore è stata una questione urgente che ha ostacolato l'adozione diffusa dell'ammoniaca per l'uso nel trasporto e nello stoccaggio dell'idrogeno, però. La reazione di decomposizione attraverso la quale l'idrogeno viene estratto dall'ammoniaca può procedere solo ad alte temperature che richiedono un elevato apporto energetico. Un catalizzatore sotto forma di polvere solida può essere aggiunto durante la reazione di decomposizione per abbassare la temperatura di reazione; però, i catalizzatori esistenti a base di metallo rutenio sono molto costosi e hanno una bassa stabilità, richiedendo quindi una sostituzione periodica.
Il team di ricerca KIST ha sviluppato un catalizzatore per la produzione di idrogeno dalla decomposizione dell'ammoniaca in cui le particelle metalliche di rutenio e la zeolite sono fortemente legate dalla calcinazione sotto vuoto, che si traduce nel contenimento di particelle di metallo rutenio sub-nanometrico e nanometrico (un miliardesimo di metro) in ciascun poro del supporto zeolitico. Questo nuovo catalizzatore mostra prestazioni di decomposizione dell'ammoniaca 2,5 volte superiori rispetto ai catalizzatori commerciali convenzionali e raggiunge questa efficienza utilizzando solo il 40% di rutenio metallico. Poiché le particelle di metallo di rutenio di dimensioni nanometriche (o più piccole) sono presenti e mantengono la loro stabilità durante il processo di decomposizione dell'ammoniaca anche a temperature di reazione elevate, l'uso del catalizzatore proposto può superare il problema della bassa stabilità, che ha notevolmente limitato la commercializzazione dei catalizzatori esistenti.
"Il catalizzatore sviluppato ha una struttura vantaggiosa in quanto le particelle di metallo di rutenio di dimensioni nanometriche sono distribuite uniformemente sulla zeolite, un minerale cristallino. Così, questo catalizzatore ha mostrato prestazioni e stabilità più elevate rispetto ai catalizzatori precedentemente riportati e si prevede che faciliti la commercializzazione del processo per la produzione di idrogeno di elevata purezza dall'ammoniaca, " ha detto il dottor Hyuntae Sohn, KIST.
"L'importanza del trasporto di idrogeno di grande capacità basato sull'ammoniaca sta rapidamente aumentando, con una forte concorrenza tra i paesi avanzati per lo sviluppo e l'acquisizione di tecnologie correlate. L'applicazione del catalizzatore proposto per la produzione di idrogeno di grande capacità tramite la decomposizione dell'ammoniaca, attualmente in fase di ricerca e sviluppo, alla fine aiuterà la commercializzazione dell'idrogeno derivato dall'ammoniaca e il trasporto di idrogeno ad alta capacità tra i paesi, " ha detto il dottor Changwon Yoon.
