I en världsnyhet, Monash University-forskare har utvecklat en ny, miljövänlig process som kan driva den framtida produktionen av grön ammoniak.

Ammoniak (NH ₃ ) är en globalt viktig handelsvara för konstgödselproduktion för att hjälpa till att upprätthålla livsmedelsproduktionen. Det produceras för närvarande via en metallkatalyserad reaktion mellan kvävgas och väte från naturgas, med en etablerad teknik som kallas Haber-Bosch-processen.

Produktionen av varje metriskt ton ammoniak bidrar till utsläppet av ungefär 1,9 ton koldioxid, och står för ungefär 1,8 procent av de globala koldioxidutsläppen.

Ett team av Monash University-forskare, ledd av professor Doug MacFarlane, Dr Bryan Suryanto och Dr Alexandr Simonov, har upptäckt en process baserad på fosfoniumsalter som representerar ett genombrott för att övervinna detta kolintensiva problem.

Forskningen, publicerad i den prestigefyllda tidskriften Vetenskap , frigör potentialen att producera ammoniak och gödningsmedel från förnybar energi i reaktorer, litet som ett kylskåp, som skulle kunna rullas ut på den enskilda gårds- eller samhällsnivån.

Direkt, Ammoniaksyntesmetoder som för närvarande undersöks inkluderar den elektrokemiska kvävereduktionsreaktionen, som kan producera ammoniak vid rumstemperatur och tryck från inget annat än luft, vatten och förnybar energi.

Men tidigare försök att få detta att fungera har tidigare bara kunnat påvisa mycket små mängder ammoniak, delvis på grund av behovet av "uppoffrande" protonkällor, sa Dr. Suryanto från Monash School of Chemistry.

"I vår studie, vi har funnit att ett fosfoniumsalt kan användas som en "protonskyttel" för att lösa denna begränsning, " sa Dr Suryanto.

"År 2019, den totala globala produktionen av ammoniak nådde 150 miljoner ton per år, vilket gör den till den näst mest producerade kemiska varan i världen. Med ökande global befolkning, efterfrågan på ammoniak kommer att nå 350 miljoner ton per år år 2050. Ytterligare tillväxt i efterfrågan på ammoniak förväntas på grund av det växande intresset för dess användning som energibärare eller bränsle.

"Haber-Bosch-processen som för närvarande används för att producera ammoniak är extremt kolintensiv. Dessutom, det kräver också höga temperaturer och tryck och kan endast uppnås i stora reaktorer i stora industrianläggningar.

"Vår studie har gjort det möjligt för oss att producera ammoniak vid rumstemperatur vid hög, praktiska priser och effektivitet."

Professor MacFarlane, en internationellt känd kemist, Parlamentet tror att användningen av koldioxidneutral produktionsteknik också skulle kunna se ammoniak användas som bränsle och ersätta fossila bränslen till 2050.

Ammoniak anses redan allmänt vara det ideala koldioxidfria bränslet för internationell sjöfart i framtiden, en marknad som förutspås vara värd mer än 150 miljarder USD år 2025.

"Tekniken som vi har utvecklat öppnar också upp ett brett utbud av möjligheter för framtida skala upp till mycket stora produktionsanläggningar för export, kopplade till dedikerade sol- och vindkraftsparker, " sa professor MacFarlane.

"Dessa skulle kunna placeras på idealiska platser som genererar förnybar energi, såsom norra områden i västra Australien.

"Våra upptäckter har licensierats till en ny Monash spin-out kallad Jupiter Ionics P/L som kommer att skala upp processen för att demonstrera drift i kommersiella tillämpningar."

Monash University Faculty of Science dekan, Professor Jordan Nash, sade att studien representerade ett stort bidrag till utvecklingen av ett hållbart bränsle för framtiden.

"Jag lovordar det enastående arbetet av våra forskare i världsklass vars upptäckter kommer att hjälpa Australien att positionera sig som en ledare inom ammoniakekonomin, " han sa.