Innowacyjny katalizator rutenowy do syntezy amoniaku

ZCh Police, w których m.in. produkowany jest amoniak

Nowy typ katalizatora rutenowego może zredukować światowe zużycie energii potrzebne do produkcji amoniaku – twierdzą japońscy naukowcy.

W procesie Habera-Boscha przetwarza się atmosferyczny azot, otrzymując rocznie na całym świecie 160 mln ton amoniaku. Większość tego amoniaku jest przetwarzana do siarczanu amonu stosowanego jako nawóz sztuczny. Synteza prowadzona jest z użyciem katalizatora żelazowego i wymaga wysokich temperatur (400 – 600 st. C) i ciśnień (20-40 MPa). W rezultacie proces ten każdego roku pochłania 1 proc. światowej energii.

Od lat prowadzi się badania nad wykorzystaniem katalizatorów rutenowych do obniżenia temperatury i ciśnienia w reakcji Habera-Boscha, jednak napotykają one na problem zatruwania katalizatorów przez wodór. Dzieje się tak, gdy atom wodoru łączy się z powierzchnią zbudowaną z rutenu. W ostatnim czasie zespół naukowców z Tokyo Institute of Technology opracował efektywny katalizator, który ogranicza zjawisko zatruwania wodorem.

Nowy katalizator nie ulega zatruciu przez wodór dzięki odpowiednim ligandom. Japońscy naukowcy zauważyli, że [Ca24Al28O64]4+(e-)4 jest ligandem o cechach silnego donora elektronów dla rutenu i wspomaga proces rozbicia potrójnego wiązania azot-azot. Dodatkowo jego zdolność do absorbowania w swojej strukturze krystalicznej jonów wodoru ogranicza ich destruktywne działanie.

Energia aktywacji takiego katalizatora jest 2 razy niższa, nie ulegają one zatruwaniu wodorem, nawet przy wysokich ciśnieniach oraz są stabilne w powietrzu w porównaniu do dotychczas opracowanych katalizatorów. Ruten, pomimo że jest droższy od żelaza, łagodząc warunki reakcji syntezy amoniaku w ostatecznym rachunku może znacząco obniżyć koszty poprzez zmniejszenie temperatury i ciśnienia. Naukowcy pracują nad wykorzystaniem wspomnianego ligandu w połączeniu z innymi metalami.

(pj)