Une équipe de recherche de l'UCF avec des collaborateurs de Virginia Tech a développé une nouvelle approche « verte » pour fabriquer de l'ammoniac qui pourrait contribuer à rendre l'alimentation de la population mondiale croissante plus durable.

« Cette nouvelle approche peut faciliter la production d'ammoniac à partir d'énergies renouvelables, comme l'électricité produite à partir du solaire ou du vent, " a déclaré le professeur adjoint de physique Xiaofeng Feng. " Fondamentalement, cette nouvelle approche peut aider à faire avancer un développement durable de notre société humaine. »

Ammoniac, un composé d'azote et d'hydrogène, est essentiel à toute vie sur la planète et est un ingrédient essentiel dans la plupart des engrais utilisés pour la production alimentaire. Depuis la Première Guerre mondiale, l'ammoniac contenu dans les engrais a été principalement produit selon la méthode Haber-Bosch, qui consomme beaucoup d'énergie et de combustibles fossiles. Il y a eu des obstacles substantiels à l'amélioration du processus, jusqu'à maintenant.

La nouvelle approche de l'équipe de recherche est documentée dans le Communication Nature revue publiée en ligne aujourd'hui.

Le plus grand obstacle à la synthèse de l'ammoniac est la barrière à haute énergie pour activer les molécules d'azote. Pour que le processus chimique atteigne une vitesse de réaction élevée, les molécules d'azote et d'hydrogène doivent être chauffées à une température de 662 à 1, 022 oF sous une pression de 2, 200?5, 100 livres par pouce carré avec la présence de catalyseurs à base de fer. Traduction :La réaction chimique ne se produit que dans des conditions de température et de pression très élevées.

De nombreux efforts sont déployés pour poursuivre la synthèse de l'ammoniac dans des conditions plus douces, et l'un d'eux est d'utiliser l'énergie électrique. Dans une méthode électrochimique à température ambiante, les électrons actifs sont utilisés pour conduire la réaction avec l'eau comme source d'hydrogène, mais les électrons traversant une électrode ne peuvent pas être utilisés efficacement et la vitesse de réaction est très faible.

"Notre recherche a découvert un nouveau mécanisme par lequel les électrons peuvent être utilisés plus efficacement via le catalyseur d'hydrure de palladium. Cette nouvelle approche peut non seulement fournir une nouvelle voie pour la synthèse de l'ammoniac avec une énergie électrique minimale, mais aussi inspirer les chercheurs pairs à utiliser le principe pour aborder d'autres réactions difficiles pour la conversion des énergies renouvelables, comme transformer le dioxyde de carbone en carburants, " dit Feng.

Co-auteur Hongliang Xin, professeur assistant à Virginia Tech, dit qu'il y a tellement plus à découvrir dans ce nouveau domaine de recherche.

"Il s'agit d'une recherche très excitante pour convertir l'azote en ammoniac à température ambiante. Des simulations chimiques quantiques ont suggéré une voie de réaction unique pour le catalyseur au palladium avec une barrière énergétique plus faible, " dit Xin. " Cependant, le mécanisme détaillé, en particulier sa concurrence avec le dégagement d'hydrogène voleur d'électrons et l'effet de la tension de fonctionnement, est encore largement méconnu."