Производство аммиака — основа современной химии и сельского хозяйства. Без него не было бы большинства удобрений, а значит, и тех урожаев, которые сегодня кормят миллиарды людей. Но есть и обратная сторона — каждый год на производство аммиака уходит около 2% всей мировой энергии, и столько же составляет его вклад в глобальные выбросы CO₂. Это один из самых энергоемких и «грязных» процессов в промышленной химии.
Ученые всего мира ищут способы сделать его более экологичным. И недавно группа исследователей под руководством профессора Есиаки Нисибаяси из Токийского университета сделала важный шаг в этом направлении. Им удалось разработать метод, при котором аммиак синтезируется из атмосферного азота и воды под действием солнечного света без высоких температур, давления и затрат большого количества энергии. Работа опубликована в журнале Nature Communications.
В основе процесса два катализатора — вещества, ускоряющие химические реакции. Один из них, на основе иридия, активируется солнечным светом и помогает извлекать протоны из молекул воды. Второй, молибденовый, связывает эти протоны с молекулами азота. В результате и образуется аммиак.
Особенно важно, что эффективность этого фотокаталитического процесса оказалась в десять раз выше, чем у предыдущих аналогов. По сути речь идет об искусственном фотосинтезе — аналогичном тому, как растения и цианобактерии с помощью солнечного света превращают атмосферный азот в аммиак в процессе биологической фиксации.
У новой технологии есть и промышленный потенциал. Некоторые ее компоненты можно сделать более экологичными, например, синтезировать третичные фосфины с использованием солнечной энергии или перерабатывать из уже отработанных соединений. Пока остаются вопросы безопасности и масштабирования, но сам факт успешной демонстрации этого процесса уже можно назвать настоящим научным прорывом.
Ранее мы рассказывали о запуске первого в России производства лактулозы.