Průlom v čisté energii: Nový katalyzátor odemyká bezuhlíkové teplo z amoniaku pro těžký průmysl.
InovaceVědci z Národní univerzity v Singapuru (National University of Singapore) vyvinuli revoluční katalyzátor, který umožňuje čisté a efektivní spalování amoniaku.
Vědci z Národní univerzity v Singapuru (National University of Singapore) vyvinuli revoluční katalyzátor, který umožňuje čisté a efektivní spalování amoniaku. Tento objev otevírá cestu k dekarbonizaci těžkého průmyslu, jako je výroba oceli, cementu a chemikálií, který je v současnosti silně závislý na fosilních palivech pro získávání vysoce kvalitního tepla.
Amoniak je slibným palivem budoucnosti, protože jej lze vyrábět ze vzduchu, vody a obnovitelné elektřiny a snadno skladovat a přepravovat. Dosud však jeho širokému využití bránily problémy s obtížným zažehnutím, pomalým hořením a produkcí škodlivých oxidů dusíku (NOx) při vysokých teplotách. Nový katalyzátor tyto překážky překonává, což znamená, že průmysl by mohl jednoho dne využívat amoniak k výrobě intenzivního tepla bez produkce oxidu uhličitého nebo škodlivých výfukových plynů.
Proč bylo teplo z amoniaku obtížné využít
Průmyslové pece a reaktory vyžadují intenzivní, kontrolovatelné teplo dodávané na vyžádání. Amoniak by teoreticky mohl toto teplo poskytnout bez uhlíku, ale v praxi je to složité. Amoniak má úzký rozsah hořlavosti, což znamená, že čistě hoří pouze v přesně vymezeném poměru paliva a vzduchu. Navíc je jeho teplota zažehnutí vysoká a plameny mohou být nestabilní. Když operátoři zvýší teplotu, aby udrželi plamen, obvykle stoupá i produkce NOx. Cílem výzkumníků bylo vyřešit oba problémy najednou: usnadnit zažehnutí amoniaku a udržet nízké emise NOx i při vysokých teplotách.
Odolný katalyzátor, postavený atom po atomu
Řešení vědci našli v materiálu, který rozptyluje jednotlivé atomy platiny – každý z nich funguje jako miniaturní reakční místo – po odolném nosiči vyrobeném z oxidu hlinitého zpevněného zirkoniem. Tato konstrukce zabraňuje shlukování atomů kovu při vysokých teplotách a pomáhá katalyzátoru udržet jeho strukturu i při více než 1000 °C. Při laboratorních testech katalyzátor zažehl amoniak při teplotě kolem 215 °C, což je výrazně méně než obvykle potřebných 500 °C a více. Následně udržel stabilní hoření při 1100 °C. Každá molekula amoniaku byla přeměněna, nezůstaly žádné nespálené stopy a téměř žádná tvorba NOx. Katalyzátor se navíc s používáním zlepšoval: po prvním cyklu se jeho výkon zvýšil a zůstal stabilní i při opakovaných vysokoteplotních cyklech.
Při nižších teplotách jednotlivé atomy platiny pomáhají molekulám amoniaku rozkládat se a rekombinovat s kyslíkem za vzniku dusíku a vody, což je nejčistší možný výsledek spalování. Při vyšších teplotách struktura katalyzátoru odklání reakci od tvorby NOx. Pokročilé zobrazovací techniky potvrdily, že i po 80 hodinách provozu zůstaly atomy platiny rozptýlené a aktivní, což dokazuje tepelnou odolnost katalyzátoru.