Чистый аммиак может стать альтернативой водороду. Как новая технология из Австралии приближает будущее без углеродных выбросов, ― рассказываем в статье.
Опасный враг или незаменимый помощник
Резкий запах аммиака, пожалуй, никого не оставит равнодушным. Это бесцветный газ, представляющий собой неорганическое химическое соединение. Молекула аммиака состоит из двух атомов водорода и одного атома азота.
Его плотность почти в два раза меньше, чем у воздуха, легко растворяется в воде, токсичен. При этом относится к малоопасным веществам. Но при взаимодействии с ним осторожность не помешает. Аммиак способен вызывать сильные ожоги, раздражение слизистых оболочек.
В жидком состоянии закипает в три раза быстрее воды, уже при 33,35 °С. Обладает меньшей плотностью и вязкостью в 7 раз ниже, чем у воды. И почти не проводит электрический ток.
Резкий запах хорошо знаком многим. Это вещество используется в составе бытовых и промышленных чистящих средств, жидкостей для мытья окон и зеркал. Дело в том, что производные аммиака отлично справляются с жировыми пленками, налетом, грибком и придают поверхностям блеск. А если вспомнить барышень прошлого века, то практически у каждой были при себе нюхательные соли для приведения в чувство в случае волнения или обморока. В составе таких ароматических жидкостей тоже был аммиак.
Как «щелочной воздух» заменил птичий помет
Впервые чистый аммиак получил британский химик Джозеф Пристли и назвал его «щелочным воздухом». А в 1785 году французский химик Клод Луи Бертолле выяснил его точный химический состав.
В XIX и XX столетиях интенсивный рост населения привел к увеличению спроса на продукты питания. Активное использование земель приводило к истощению почвы, она быстро теряла ценные элементы, необходимые для растений, например, азот. А значит, почва нуждалась в удобрении, в качестве которого использовали птичий помет, вывозимый из Перу. Такой импорт сильно повысил затраты, а значит, и стоимость продуктов. Срочно требовалось решение, и на рубеже XIX и XX вв. начались активные исследования возможности получения аммиака как источника азота. Хоть азот и составляет 75,5% атмосферы Земли, в таком виде он недоступен для растений.
Только в начале ХХ века немецкий агрохимик Фриц Габер изобрел способ синтеза аммиака, который можно использовать в промышленности. К 1911 году построили крупномасштабную версию аппарата Габера, а в 1913 году начал работу первый в мире завод по синтезу аммиака в Оппау.
Аммиак на службе у агрономов и космонавтов
В большей мере аммиак используется для производства азотных удобрений, взрывчатых веществ и полимеров, соды и других химических продуктов. А в жидком состоянии пригоден в качестве растворителя. Холодильная промышленность использует аммиак в качестве хладагента.
В медицине используется для возбуждения дыхания при обморочных состояниях в виде всем известного нашатырного спирта. Для наружной обработки при стерилизации рук, укусах насекомых в виде компрессов, миозитах для растирания препаратами, содержащими аммиак.
Вещество нашло применение и в строительстве в качестве противоморозных добавок для сухих смесей. И даже в цветоводстве. Пары нашатырного спирта способны изменять окраску цветов.
Достоинства аммиака в качестве экологичного топлива
Если в XIX столетии люди активно искали способ выработки аммиака, столкнувшись с продуктовым кризисом, то сейчас мир стоит перед другой серьезной проблемой — изменение климата. И снова внимание обратилось в сторону аммиака из-за высокой плотности энергии и наличия в составе водорода. Кроме того, аммиак обладает серьезным достоинством. Его можно добывать буквально из воздуха.
Его проще хранить, чем водород с его легкой воспламеняемостью. Температура воспламенения аммиака 650 °С, что на 150 больше, чем у водорода. Да и температура хранения аммиака — минус 33 против 253 для водорода. Кроме того, аммиак, хоть и относится к токсичным веществам, но опасность его не столь серьезна. Конечно, можно в некоторых случаях получить паралич дыхания, если вдыхать его в больших количествах. Но кому и зачем это нужно? Даже минимальную утечку способен обнаружить любой человек из-за его резкого запаха. А поскольку вещество почти в 2 раза легче воздуха, оно быстро поднимается вверх, не оставляя вблизи земли ядовитого облака.
Аммиак может стать идеальным хранилищем для водорода. Ведь его молекула состоит из двух атомов водорода и одного азота. При помощи катализаторов его можно преобразовать в водородное топливо для использования в топливных элементах и турбинах.
А между тем аммиак может использоваться как самостоятельное топливо. Он горит без CO₂, имеет показатель плотности энергии выше, чем у водорода. Не требует криогенного хранения и перевозки. Аммиак рассматривается как отличный кандидат для использования в качестве топлива в судоходстве. Он способен обеспечить достаточное количество энергии для дальних рейсов. Вот только объемы использования выше, чем у применяющегося в настоящее время мазута. А значит, и хранение на судне потребует больше места.
В то время, когда популярность водородного топлива как экологически чистого растет во всем мире, аммиак остается в тени, по-прежнему считаясь в большей мере веществом для производства удобрений. Что же с ним не так?
Почему аммиак не используется массово
С ростом интереса к аммиаку увеличиваются и инвестиции на развитие отрасли. Австралийская компания Jupiter Ionics привлекла 9 миллионов долларов для разработки технологии производства чистого аммиака.
Во-первых, сейчас большинство топливных элементов приспособлено для использования чистого водорода. И хоть исследования технологий с использованием аммиака продолжаются, но все это пока находится в начальной стадии. И пока не доказана их эффективность по сравнению с водородными собратьями.
Во-вторых, при сжигании аммиака выделяются оксиды азота, которые весьма опасны и вызывают смог и кислотные дожди. Для контроля подобных выбросов требуются специальные технологии, разработка которых повысит сложность и стоимость использования аммиака в качестве топлива.
В-третьих, технологии добычи аммиака из возобновляемых источников пока не достигли таких масштабов, чтобы обеспечить потребности. Большая часть аммиака сейчас производится из природного газа.
В-четвертых, требуется развитие инфраструктуры и цепочек поставок аммиака, кроме тех, что уже существуют в индустрии удобрений.
Получается, что предстоят огромные финансовые вложения, чтобы аммиак все же стал экологически чистым топливом будущего.
