Bilye ile Haber-Bosch Amonyak Sentezi
Haber-Bosch ile amonyak sentezi yeşil bir prosese dönüşebilir mi ?
Yoğun sera gazı içeren Haber – Bosch prosesinin saltanatı, “endüstriyel amonyak sentez kalesinin kralı” olarak devam ediyor. Yüzyıldan fazla bir süre önce BASF’de 1913’te geliştirilmesinden bu yana, bilim insanları prosesi daha ılımlı sıcaklık ve basınçta çalıştırabilmek amacıyla bu güçlü teknolojiyi elektrokimya ve fotokimya yoluyla değiştirmek istiyor. Tüm Haber – Bosch sonrası daha çevre dostu amonyak sentezi girişimlerinde ortak özellik, prosesi termo, elektro veya fotokimyasal olarak etkinleştirilmiş yenilenebilir elektrikle yürütmektir.
Göz alıcı bir güncel raporda, amonyak sentezi işleminin mekanik olarak güçlendirilebileceği, 45 ° C ve 1 atmosfer gibi oldukça temel koşullar altında basit bir bilyalı değirmen laboratuvar deneyinde gösterildi. Mekanokimyasal amonyak veriminin Haber-Bosch’tan önemli ölçüde daha yüksek olduğu bulundu.
Katalizör bol toprak içeren demir tozuydu ve değirmendeki bilyalar sertleştirilmiş çelikten yapılmıştı. Deney kimyasal döngü modunda çalıştırıldı. Katalitik amonyak sentezinde termodinamik denge yasasının veya kinetik ölçekleme yasasının kısıtlamalarını aşmak için tasarlanmış stratejide, endotermik N2 ayrışma aşaması bir takım bilyalı değirmen koşulları altında, ekzotermik H2 indirgeme aşaması ise başka koşullarda gerçekleştirildi.
Demir tozu-bilye çarpışmalarından elde edilen mekanik enerji, güçlü bir şekilde adsorbe edilmiş ve hidrojenlenmiş nitrojen ara ürünlerinin nitrojen ayrışması ve desorpsiyonu için gereken yerel ısıtmayı, basıncı ve aktif alanları sağlar. Bu mekanokimya türünün kolaylığı ve erişilebilirliği, sadeliği açısından oldukça iyi ve teknolojik sonuçları açısından etkileyicidir.
Bu deney neredeyse gerçek olamayacak kadar iyi görünüyor ve gerçekten de şeytan ayrıntılarda gizli olabilir. Kütle açısından NH3 veriminin, mekanokimyasal kimyasal döngülemede çoğu fotokatalitik ve elektrokatalitik amonyak senteziyle aynı olduğu görüldü; ancak teknoloji harikası termokatalitik Ni / LaN ve termokimyasal döngü Ni-BaH2 malzemelerine göre çok daha düşük olduğu bulundu.
N2 + 3H2 = 2NH3 için endüstriyel Haber – Bosch sentez döngüsünün ekzotermik olması, ilgili termodinamik açısından mekanokimyasal yolun geliştirilmesinde zorluklar yaratmaktadır. Bu, yalnızca termal yönetimin bilyeli öğütme amonyak sentezi sürecini zorlaştıracağı anlamına gelmez, yani ek enerji gerektiren bir ekzotermik reaksiyon için reaktör soğutması gerekir, ama aynı zamanda da enerji verimliliği Haber – Bosch’a kıyasla daha düşüktür. Aslında, Haber-Bosch prosesi için yaklaşık % 70’lik yüksek enerji verimliliğine meydan okuyan bir rakip görmek şaşırtıcı olurdu. Amonyak üretmenin en büyük maliyeti enerji masrafları olduğundan, verimlilik de bir sermaye yatırımı sorunuyla sonuçlanır.
Mekanokimya, fotokimya veya elektrokimya yoluyla sürdürülebilir bir amonyak süreci için ileriye dönük en çevre dostu yol, prosesleri yenilenebilir enerji ile güçlendirmektir. Bu yeşil amonyak üretimi için öngörülen bir uygulama senaryosu da, bölümlere ayrılmış, bağımsız, kendine yetebilen, büyük merkezi tesisler yerine çiftliklerde yapılan gübre üretimi için güneş veya rüzgar enerjisi ile çalışan, küçük amonyak sentez modüllerini entegre etmektir. Bu senaryo sürdürülebilir tarım için gelecek vadediyor.
Kaynak : advancedsciencenews.com
