Korea Institute of Machinery and Materials (KIMM), en institution som omfattas av ministeriet för vetenskap och IKT, har utvecklat en innovativ process som använder förnybar energi för att producera ammoniak vid rumstemperatur och normalt tryck. Denna teknik förväntas dramatiskt bidra till att uppnå koldioxidneutralitet i framtiden, genom utvecklingen av en ammoniakproduktionsprocess som ger noll koldioxidutsläpp.

Under ledning av huvudforskaren Dr Dae Hoon Lee, KIMM -forskargruppen vid Institutionen för plasmateknik lyckades utveckla en innovativ, kol-noll-process för att producera ammoniak. Den 5 augusti, de publicerade sina forskningsresultat i ACS Energy Letters .

Den organiska processen att syntetisera ammoniak (Haber-Bosch-metoden), utvecklad av Fritz Haber och Karl Bosch 1913, producerar ammoniak för användning som gödningsmedel, och betraktas som en upptäckt som kraftigt ökade jordbrukets produktivitet och fungerade som grund för jordbruksinnovation. Nyligen, ammoniak har uppmärksammats som ett miljövänligt bränsle utan koldioxidutsläpp. Detta beror på att ammoniak, som är en förening av kväve och väte, släpper inte ut koldioxid även vid förbränning.

Dock, för att syntetisera ammoniak med hjälp av Haber-Bosch-metoden, högtrycks- och högtemperaturvillkor måste uppfyllas, med ett tryck på minst 200 atm och en temperatur på minst 400 grader Celsius. Också, eftersom fossila bränslen som naturgas används för att producera väte, en stor mängd energi förbrukas, vilket leder till höga koldioxidutsläpp.

Enligt en rapport från 2020 av Royal Society, Haber-Bosch-metoden förbrukar cirka 1,8% av världens energi för att producera ammoniak, och halterna av koldioxid som släpps ut i denna process står för 1,8% av världens totala koldioxidutsläpp.

Processen för att producera ammoniak som utvecklats av KIMM -forskargruppen innefattar att kombinera vatten med kväveplasma, vilket producerar väte och kväveoxider. Dessa resulterande oxider reduceras till ammoniak med katalysatorer. Mer än 99% av kväveoxiderna som produceras av denna plasmareaktion blir kvävemonoxid, som lätt kan reduceras till ammoniak. Nitromonoxiden reagerar sedan på det samproducerade vätet för att producera ammoniak med över 95% hög selektivitet, och värmen som alstras under plasmanedbrytningsprocessen används för den katalytiska syntesprocessen.

Eftersom denna process inte använder några fossila bränslen och är en teknik som kan producera 'grön ammoniak' med noll koldioxidutsläpp, det kan uppnå ett utbyte 300 till 400 gånger större än det för befintlig elektrokemisk ammoniakproduktionsteknik, som anses vara de viktigaste alternativen till Haber-Bosch-metoden.

Dessutom, denna process kan relativt enkelt expanderas i stor skala genom ett modulsystem på grund av att reaktionen sker med vatten och kväve vid rumstemperatur/tryckförhållanden, till skillnad från de högtemperatur-/tryckförhållanden som måste uppfyllas för befintliga metoder för ammoniakproduktion. Vidare, en vattenlösning av nitrat, en biprodukt som genereras som ett resultat av ammoniakproduktionsprocessen, kan användas som en jordbruksnäringslösning och oxidationsmedel.

I framtiden, KIMM-forskargruppen hoppas kunna förbättra kostnaden och effektiviteten för ammoniakproduktion genom att utveckla skalning och kommersialiseringsteknik. Teamet syftar också till att samarbeta med inhemska och utländska verkstadsföretag för att utöka sina ansträngningar för ammoniakfabriker, särskilt små och medelstora anläggningar som kan fungera vid normala tryck- och rumstemperaturförhållanden.

Huvudforskaren Dr Dae Hoon Lee betonade att han och hans team har utvecklat en miljövänlig ammoniakproduktionsprocess som kan appliceras på faktiska anläggningar och, i teorin, avger inget kol. Han förklarade också att han och hans team kommer att göra sitt bästa för att genomföra uppföljande forskning och utveckling för att dramatiskt minska de globala koldioxidutsläppen