Химики из Японии разработали пористый материал, в котором можно хранить аммиак без вреда для экологии. Это перспективная разработка для развития водородной энергетики: будущие водородные автомобили и хранилища топлива могут стать безопаснее для пассажиров и окружающей среды.

В краткосрочном плане новый материал можно использовать для хранения аммиака на предприятиях, использующих этот газ: он применяется в качестве удобрения, в фармацевтике, производстве текстиля. «В долгосрочном плане, мы надеемся, что этот простой и эффективный метод запасания аммиака найдет применение в глобальных проектах по декарбонизации, где аммиак будет использоваться в качестве источника водорода», — сказал руководитель научной группы в RIKEN Йосихиро Ито, чьи слова приводит пресс-служба института.

Повсеместное использование водородных источников энергии сегодня ограничивается тем, что для их изготовления и производства водорода нужны катализаторы на базе платины и других дорогостоящих благородных металлов. Еще одна большая проблема — отсутствие систем запасания водорода, которые позволяли бы хранить этот горючий газ в безопасной стабильной форме.

Как отмечают авторы работы, есть перспективное решение этой проблемы — оно заключается в хранении не чистого водорода (H), а аммиака (NH3), из которого водород можно при необходимости извлекать. Молекулы аммиака состоят из атомов азота и водорода, причем 20 % массы аммиака приходится на водород.

Аммиак значительно менее взрывоопасен, чем водород, однако при этом его достаточно сложно хранить из-за высокой химической активности и опасности для организма человека. Сейчас аммиак обычно хранят в жидком виде под давлением, для чего его охлаждают до минусовых температур. Это ресурсозатратный и дорогостоящий процесс.

Японские химики выяснили, что аммиак можно хранить в твердой форме при комнатной температуре, если закачать его внутрь созданного ими пористого материала, аналога природного минерала перовскита.

Это соединение свинца, йода и углеводородов с особой молекулярной структурой: между его молекулами много пустого пространства. В эти пустоты могут проникать молекулы аммиака, которые активно вступают в реакции с соседними атомами, что приводит к изменениям в структуре кристаллов перовскита. В результате аммиак оказывается запертым внутри материала.

Как обнаружили японские химики, аммиак очень просто высвободить из подобных кристаллов, если нагреть их до 50 градусов Цельсия. В результате молекулы аммиака покидают материал, а кристаллы перовскита принимают исходное строение, что позволяет повторно использовать их для хранения новой порции аммиака. Все эти процедуры требуют значительно меньших расходов энергии, чем сжижение аммиака или его извлечение из других твердотельных пористых материалов.

Дополнительным бонусом стало то, что после реакции с аммиаком перовскит меняет цвет — из желтого он становится белым. Ученые пишут, что это свойство можно использовать для создания сенсоров, которые показывают концентрацию аммиака в материале.