L'attuale emergenza climatica globale e le nostre risorse energetiche in rapida diminuzione spingono le persone a cercare alternative più pulite come il carburante a idrogeno. Quando viene bruciato in presenza di ossigeno, il gas idrogeno genera enormi quantità di energia ma nessuno dei nocivi gas serra, a differenza dei combustibili fossili. Sfortunatamente, la maggior parte del combustibile a idrogeno prodotto oggi proviene da gas naturale o combustibili fossili, che alla fine aumenta la sua impronta di carbonio.

ammoniaca (NH ₃ ), un composto di idrogeno a zero emissioni di carbonio, ha recentemente attirato molta attenzione, grazie alla sua elevata densità di energia e all'elevata capacità di stoccaggio dell'idrogeno. Può essere decomposto per rilasciare gas di azoto e idrogeno. L'ammoniaca può essere facilmente liquefatta, immagazzinato, trasportato, e convertito in combustibile a idrogeno quando richiesto. Però, la produzione di idrogeno dall'ammoniaca è una reazione lenta con un fabbisogno energetico molto elevato. Per accelerare la produzione, vengono spesso utilizzati catalizzatori metallici, che aiutano a ridurre il consumo energetico complessivo anche durante la produzione di idrogeno.

Recenti studi hanno scoperto che il nichel (Ni) è un promettente catalizzatore per la scissione dell'ammoniaca. L'ammoniaca viene assorbita sulla superficie dei catalizzatori al Ni, in seguito i legami tra azoto e idrogeno nell'ammoniaca si rompono e vengono rilasciati come singoli gas. Però, ottenere una buona conversione dell'ammoniaca utilizzando un catalizzatore al Ni comporta spesso temperature di esercizio molto elevate.

In un recente studio pubblicato su Catalisi ACS , un team di ricercatori della Tokyo Tech, guidato dal Professore Associato Masaaki Kitano, descritto una soluzione per superare i problemi affrontati dai catalizzatori a base di Ni. Hanno sviluppato un catalizzatore Ni all'avanguardia supportato da calcio immide (CaNH) in grado di ottenere una buona conversione dell'ammoniaca a temperature di esercizio inferiori. Il dottor Kitano spiega, "Il nostro obiettivo era quello di sviluppare un catalizzatore altamente attivo che fosse efficiente dal punto di vista energetico. La nostra aggiunta dell'immide di metallo al sistema catalitico non solo ha migliorato la sua attività catalitica, ma ci ha anche aiutato a svelare il meccanismo di funzionamento sfuggente di tali sistemi".

Il team ha scoperto che la presenza di CaNH ha portato alla formazione di NH ^2- posti vacanti (V _NH ) sulla superficie del catalizzatore. Queste specie attive hanno determinato il miglioramento delle prestazioni catalitiche del Ni/CaNH a temperature di reazione inferiori di 100°C rispetto a quelle necessarie per il funzionamento dei catalizzatori a base di Ni. I ricercatori hanno anche sviluppato modelli computazionali e condotto l'etichettatura degli isotopi per capire cosa stava succedendo sulla superficie del catalizzatore. I calcoli hanno proposto un meccanismo Mars-van Krevelen che prevedeva l'adsorbimento di ammoniaca sulla superficie CaNH, la sua attivazione al NH ^2- siti vacanti, formazione di azoto e idrogeno gassoso, e infine la rigenerazione dei siti vacanti promossa da nanoparticelle di Ni.

Il catalizzatore Ni/CaNH altamente attivo e durevole può essere impiegato con successo per la generazione di gas idrogeno dall'ammoniaca. Anche, le informazioni sul meccanismo di catalisi fornite da questo studio possono essere utilizzate per sviluppare una nuova generazione di catalizzatori. "Mentre il mondo intero sta lavorando insieme per costruire un futuro sostenibile, la nostra ricerca è finalizzata a risolvere gli intoppi incontrati nel nostro cammino verso un'economia più pulita del combustibile a idrogeno, " conclude il dottor Kitano.

Questo è un raggio di speranza per la missione mondiale a basse emissioni di carbonio.