Tyskland kan sannolikt bara möta sin efterfrågan på klimatvänligt väte genom import från till exempel Sydamerika eller Australien. För sådan långväga transport kan väte omvandlas till ammoniak.
För att underlätta frisättningen av vätgas efteråt har forskare från Institutet för oorganisk kemi vid Kiel University (CAU) och deras samarbetspartners utvecklat en mer aktiv och kostnadseffektiv katalysator. Resultaten erhölls som en del av flaggskeppsprojektet TransHyDE och har nyligen publicerats i Nature Communications .
Förmågan att lagra energi från vind- eller solkraft spelar en nyckelroll i energiomställningen. "Att lagra energi i form av kemiska föreningar som väte har många fördelar. Energitätheten är hög och den kemiska industrin behöver också väte för många processer", säger Malte Behrens, professor i oorganisk kemi vid Kiel University. Dessutom kan "grönt väte" produceras genom elektrolys med el från förnybara energikällor utan att producera CO2 .
Men att transportera vätgas direkt från regioner där vind- och solkraft är billig är inte lätt. Ett intressant alternativ är den kemiska omvandlingen till ammoniak. Ammoniak i sig innehåller en relativt hög mängd väte, och en välutvecklad infrastruktur för dess utlandstransporter finns redan.
"Ammoniak kan lätt göras flytande för transport, produceras redan i megatonskala och skickas och handlas över hela världen", säger Dr. Shilong Chen, ledare för Kiel-delprojektet i TransHyDE-projektet "AmmoRef."
De två forskarna från CAU:s prioriterade forskningsområde, KiNSIS (Kiel Nano, Surface and Interface Science), samarbetar med kollegor från Berlin, Essen, Karlsruhe och Mülheim/Ruhr. Tillsammans undersöker de hur väte kan frigöras katalytiskt från ammoniak efter transport. Deras nyutvecklade katalysator accelererar denna reaktion avsevärt.
AmmoRef är ett av tio TransHyDE-projekt. Forskare från totalt åtta institutioner arbetar med olika delprojekt för att förbättra vätetransporttekniken. Resultaten kommer att införlivas i rekommendationerna för den nationella vätgasinfrastrukturen.
"En katalysator accelererar en kemisk reaktion och är därför direkt ansvarig för effektiviteten av kemiska processer och energiomvandling," förklarar Behrens. Ju snabbare ammoniakreformeringen sker, desto lägre blir omvandlingsförlusterna orsakade av kemisk lagring av väte i ammoniak.
"Vår katalysator har två speciella egenskaper", säger Chen. "För det första är den tillverkad av de relativt billiga basmetallerna järn och kobolt. För det andra har vi utvecklat en speciell syntesprocess som tillåter en mycket hög metallbelastning av denna katalysator."
Upp till 74 % av materialet består av aktiva metallnanopartiklar, som är anordnade mellan stödpartiklar på ett sätt så att håligheter på nanoskalan bildas, som ser ut som en porös metallisk nano-svamp. "Kombinationen av de två metallerna i en legering är också avgörande," förklarar Behrens. På egen hand är båda metallerna mindre katalytiskt aktiva. Kombinationen skapar högaktiva bimetallytor med egenskaper som annars bara är kända från mycket dyrare ädelmetaller.
"Vi kommer att fortsätta att undersöka denna katalysator i AmmoRef-konsortiet, där även industriföretag är inblandade, och överföra den från grundforskning till tillämpning", säger Behrens och tillkännager nästa steg. För detta ändamål kommer teamet i Kiel nu att arbeta med att skala upp syntesen.
Mer information: Shilong Chen et al, Högt laddade bimetalliska järn-koboltkatalysatorer för vätefrigöring från ammoniak, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-023-44661-6
Tillhandahålls av Kiel University
