(Phys.org)—L'hydrogène a le potentiel de fournir une alternative, source d'énergie propre, particulièrement appliqué à la technologie des piles à combustible. Les sources de combustibles actuelles impliquent des combustibles fossiles contenant du carbone ou des molécules organiques contenant du carbone, qui se traduisent par la production de CO en excès 2 , un gaz à effet de serre. Plusieurs initiatives, dont une initiative nationale au Japon, chercher à créer une société à faible consommation de carbone en utilisant des sources de carburant alternatives.

L'initiative Energy Carriers au Japon est un projet national qui examine spécifiquement les moyens de stocker et de transporter efficacement l'hydrogène. Une façon d'y parvenir est d'utiliser l'ammoniac comme source d'hydrogène. Cependant, la découverte d'un procédé efficace pour décomposer l'ammoniac s'est avérée difficile, en grande partie parce que le processus catalytique pour décomposer l'ammoniac nécessite l'ajout continu de chaleur, ce qui peut être prohibitif.

Katsutoshi Nagaoka, Takaaki Eboshi, Yuma Takeishi, Ryô Tasaki, Honda de Kyoto, Kazuya Imamura, et Katsutoshi Sato de l'Université d'Oita au Japon ont développé une méthode utilisant un nouveau catalyseur pour produire de l'hydrogène à partir d'ammoniac sans ajout de chaleur externe par le biais du cycle catalytique. Leur travail apparaît dans Avancées scientifiques .

La décomposition de l'ammoniac en hydrogène et azote est un processus endothermique, ce qui signifie qu'il nécessite l'ajout d'énergie pour obtenir des produits. Cela signifie que les réactions de décomposition catalytique traditionnelles nécessitent l'ajout d'une grande quantité de chaleur pour obtenir une quantité utile d'hydrogène gazeux.

Nagaoka et al. développé un catalyseur composé d'un RuO 2 nanoparticule supportée sur γ-Al 2 O 3 lit de catalyseur. Après avoir purgé leur catalyseur de H 2 O et CO 2 , de l'ammoniac et de l'oxygène ont été ajoutés au réacteur où l'ammoniac a été adsorbé sur la surface catalytique, entraînant une augmentation de la température. Cette augmentation de température a catalysé la décomposition oxydative de l'ammoniac, un processus exothermique. Cela a réchauffé la réaction, lequel, à son tour, fourni l'énergie nécessaire à la décomposition endothermique de l'ammoniac en hydrogène et azote.

Le prétraitement du catalyseur a nécessité un chauffage pour éliminer l'eau et le dioxyde de carbone, mais il n'a pas nécessité de réchauffage ultérieur. Des tests sur le cyclage du catalyseur ont montré qu'après le prétraitement initial du RuO 2 /γ-Al 2 O 3 catalyseur à l'hélium à 300 ^o C, le catalyseur a pu effectuer trois cycles tout en produisant de l'hydrogène avec des rendements maximaux. Par ailleurs, ces études comprenaient une passivation oxydative pour s'assurer qu'aucune chaleur n'était produite par l'oxydation du Ru en RuO 2 . En pratique, la passivation oxydante ne sera pas nécessaire. Donc, même si un chauffage est nécessaire pour prétraiter le catalyseur, le chauffage n'est pas nécessaire pour des cycles supplémentaires du catalyseur.

Dans un effort pour comprendre comment la RuO 2 /γ-Al 2 O 3 le catalyseur fonctionne, Nagaoka et al. comparé la température maximale du lit catalytique résultant de l'auto-échauffement de RuO 2 / -Al 2 O 3 à RuO 2 /La 2 O 3 , un catalyseur connu de décomposition de l'ammoniac. Ils ont constaté que le catalyseur à base d'aluminium chauffé à une température maximale de 97 ^o C, tandis que le catalyseur à base de lanthane chauffé à une température maximale de 53 ^o C. Ceci est important car la température d'auto-inflammation pour la combustion oxydante de l'ammoniac est de 90 ^o C, et cela explique pourquoi de meilleurs rendements de réaction ont été observés avec RuO 2 / -Al 2 O 3 .

Les auteurs soulignent que cette différence de température d'adsorption est probablement due à l'interaction favorable entre l'ammoniac, une molécule basique, et Al 2 O 3 , qui est un acide de Lewis. La 2 O 3 , d'autre part, est une base de Lewis.

En outre, les auteurs ont examiné la différence entre l'utilisation de γ-Al nu 2 O 3 comme catalyseur et RuO 2 / -Al 2 O 3 . Ils ont constaté que 90 % de l'ammoniac s'adsorbe sur le γ-Al2O3 nu par rapport au lit de catalyseur et au RuO. 2 nanoparticule. Cela implique que l'ammoniac est chimisorbé sur la nanoparticule et γ-Al 2 O 3 , ce qui favorise alors la physisorption multicouche.

Globalement, ce type de catalyseur est utile pour fournir suffisamment de chaleur pour surmonter les besoins en chaleur nécessaires à la décomposition endothermique de l'ammoniac en hydrogène et azote gazeux. Cette étude montre que la catalyse auto-échauffante est une option viable pour explorer des solutions aux difficultés pratiques liées à l'utilisation de l'ammoniac comme source d'hydrogène.

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