Η αμμωνία είναι μία από τις σημαντικότερες χημικές ουσίες παγκοσμίως, με χρήση κυρίως στην παραγωγή λιπασμάτων. Ωστόσο, η παραγωγή της καταναλώνει έως και 2% της παγκόσμιας ενέργειας και ευθύνεται για το 1,5% των εκπομπών αερίων θερμοκηπίου. Η παραδοσιακή μέθοδος, γνωστή ως διεργασία Haber-Bosch, βασίζεται σε ορυκτά καύσιμα τόσο για τη θερμότητα όσο και για την παραγωγή υδρογόνου, ενώ η εναλλακτική ηλεκτροχημική μέθοδος δεν έχει καταφέρει ακόμη να γίνει οικονομικά ανταγωνιστική σε μεγάλη κλίμακα.
Αμμωνία: Ένας πιο έξυπνος τρόπος αναζήτησης καταλυτών
Ερευνητές του MIT ανέπτυξαν μέθοδο πρόβλεψης των υλικών που θα μπορούσαν να λειτουργήσουν ως αποτελεσματικοί καταλύτες στην ηλεκτροχημική παραγωγή αμμωνίας. Αντί για δοκιμή και σφάλμα ανάμεσα σε εκατομμύρια πιθανά κράματα, η ομάδα, με επικεφαλής την καθηγήτρια Bilge Yildiz, χρησιμοποίησε υπολογιστική μέθοδο βασισμένη στην κβαντομηχανική, τη λεγόμενη θεωρία συναρτησιακού πυκνότητας, για να εντοπίσει τις βασικές ηλεκτρονικές ιδιότητες που καθορίζουν την καταλυτική δραστηριότητα.
Γιατί τα νιτρίδια μετάλλων ξεχωρίζουν
Οι ερευνητές επικεντρώθηκαν σε ενώσεις νιτριδίων μεταβατικών μετάλλων, καθώς το άζωτο που περιέχεται στον ίδιο τον καταλύτη γίνεται μέρος της αντίδρασης, μειώνοντας την ενέργεια που απαιτείται για τη διάσπαση των ισχυρών δεσμών στα μόρια αζώτου. Παρά ταύτα, η διεργασία παραμένει περιορισμένη από ορισμένα στάδια, όπως η διάσπαση του αζώτου και η μεταφορά υδρογόνου, τα οποία η μελέτη προσπάθησε να εντοπίσει με τη βοήθεια μηχανικής μάθησης.
Από τη θεωρία στην πράξη
Η έρευνα, που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό «EES Catalysis», παραμένει προς το παρόν αμιγώς θεωρητική, καθώς τα προτεινόμενα υλικά πρέπει ακόμη να κατασκευαστούν και να δοκιμαστούν. Ο καθηγητής Dane Morgan του University of Wisconsin, που δε συμμετείχε στη μελέτη, χαρακτήρισε τη δουλειά συναρπαστική, σημειώνοντας όμως ότι απαιτούνται πολλά ακόμη βήματα για πρακτικό αντίκτυπο. Το επόμενο στάδιο θα είναι η κατασκευή ενός εργαστηριακού κελιού αντίδρασης για δοκιμή των καταλυτών υπό πραγματικές συνθήκες λειτουργίας.
