A kutatók biztonságos, egyszerű és megfizethető módszert fedeztek fel a hidrogén tárolására és visszanyerésére

A japán RIKEN Center for Emerging Materials Science (CEMS) kutatói felfedeztek egy vegyületet, amely kémiai reakciót alkalmaz az ammónia tárolására, ami biztonságosabb és egyszerűbb módot jelenthet ennek a fontos vegyszernek a tárolására.

Ezt a felfedezést ben tették közzé Az American Chemical Society folyóirata Július 10-én nemcsak az ammónia biztonságos és kényelmes tárolására van lehetőség, hanem a fontos hidrogén szállítását is lehetővé teszi. Ennek az eredménynek hozzá kell járulnia egy szén-dioxid-semleges társadalomhoz, amely gyakorlatias hidrogéngazdasággal működik.

Ahhoz, hogy a társadalom áttérhessen a szénalapú energiáról a hidrogén alapú energiára, biztonságos módra van szükségünk a hidrogén tárolására és szállítására, amely maga is nagyon éghető. Ennek egyik módja az, hogy egy másik molekula részeként tároljuk, és szükség szerint extraháljuk. Ammónia, kémiailag NH-ként írva₃jó hidrogénhordozó, mivel minden molekulában három hidrogénatom van, és az ammónia körülbelül 20 tömeg%-a hidrogén.

A probléma azonban az, hogy az ammónia erősen korrozív gáz, ami megnehezíti a tárolást és a felhasználást. Jelenleg az ammóniát általában úgy tárolják, hogy jóval fagypont alatti hőmérsékleten, nyomásálló tartályokban cseppfolyósítják. A porózus vegyületek szobahőmérsékleten és nyomáson is képesek tárolni az ammóniát, de a tárolási kapacitásuk kicsi, és az ammónia nem mindig kinyerhető könnyen.

Az új tanulmány a perovszkit felfedezéséről számol be, egy jellegzetes, ismétlődő kristályszerkezettel rendelkező anyag, amely könnyen tárolja az ammóniát, és lehetővé teszi annak könnyű és teljes visszanyerését viszonylag alacsony hőmérsékleten.

A Masuki Kawamoto által vezetett kutatócsoport a RIKEN CEMS-nél a perovszkit-etilammónium-ólom-jodidra (EAPbI) összpontosított.₃), kémiailag CH₃CH₂New Hampshire₃PbI₃. Azt találták, hogy egydimenziós oszlopos szerkezete szobahőmérsékleten és nyomáson ammóniával kémiai reakción megy keresztül, dinamikusan átalakulva kétdimenziós szerkezetté, amelyet ólom-jodid-hidroxidnak vagy Pb(OH)I-nek neveznek.

Ennek a folyamatnak az eredményeként az ammónia kémiai átalakítás révén réteges szerkezetben raktározódik. Így az EAPbI₃ A korrozív ammónia biztonságosan tárolható nitrogénvegyületként, sokkal olcsóbb eljárással, mint a cseppfolyósítás -33°C-on (-27,4°F) nyomás alatti tartályokban. Ennél is fontosabb, hogy a tárolt ammónia visszanyerésének folyamata nagyon egyszerű.

„Meglepetésünkre az etil-ammónium-ólom-jodidban tárolt ammónia finom melegítéssel könnyen kivonható” – mondja Kawamoto. A tárolt nitrogénvegyület 50 °C-on (122 °F) vákuum alatt fordított reakción megy keresztül, és ammóniává alakul. Ez a hőmérséklet jóval alacsonyabb, mint a 150 °C (302 °F) vagy annál magasabb, amely az ammónia porózus vegyületekből való kinyeréséhez szükséges, így az EAPbI₃ Kiváló közeg korrozív gázok kezelésére, egyszerű és költséghatékony eljárással.

Ezenkívül az egydimenziós oszlopos szerkezethez való visszatérés után a perovszkitok újra felhasználhatók, lehetővé téve az ammónia ismételt tárolását és extrakcióját. További bónusz volt, hogy a természetesen sárga vegyület a reakció után kifehéredett. Kawamoto szerint „A vegyület színváltoztatási képessége az ammónia tárolása során azt jelenti, hogy kolorimetriás ammóniaérzékelőket lehet kifejleszteni a tárolt ammónia mennyiségének meghatározására.”

Az új tárolási módnak számos felhasználási módja van. A kutatók rövid távon egy biztonságos módot fejlesztettek ki az ammónia tárolására, amelynek a társadalomban már számos felhasználási területe van, a műtrágyáktól kezdve a gyógyszereken át a textíliákig. „Hosszú távon reméljük, hogy ez az egyszerű és hatékony módszer része lehet a megoldásnak a szén-dioxid-semleges társadalom elérésében az ammónia szén-mentes hidrogén hordozóként történő felhasználásával” – mondja Yoshihiro Ito, a RIKEN CEMS társszerzője. .

Ez a kutatás segít elérni az Egyesült Nemzetek Szervezete által meghatározott 2016-os Fenntartható Fejlődési Célokat (SDG), különösen a 7. célt: Tiszta, megfizethető energia és a 13. célt: Klímapolitika.