11 ژوئیه 2023 –© shutterstock/Robert Kyllo
محققان مرکز RIKEN برای علوم مواد اضطراری (CEMS) ترکیبی را یافته اند که ذخیره سازی آمونیاک را ایمن تر و آسان تر می کند.این کشف که در مقاله «ذخیره شیمیایی آمونیاک از طریق تبدیل ساختاری دینامیکی یک ترکیب پروسکایت هیبریدی» منتشر شده است، ذخیره‌سازی ایمن و راحت هیدروژن را نیز ممکن می‌سازد.
نتیجه باید به هموار کردن راه برای یک جامعه کربن زدایی با اقتصاد هیدروژنی عملی کمک کند.
برای انتقال جامعه به انرژی مبتنی بر هیدروژن، یافتن راهی امن برای ذخیره و انتقال هیدروژن بسیار مهم است. این عنصر به خودی خود بسیار قابل احتراق است.یکی از روش های ذخیره سازی هیدروژن، ذخیره آن به عنوان بخشی از مولکول دیگر و استخراج آن در صورت نیاز است.
آمونیاک (NH3) یک حامل هیدروژن خوب است زیرا سه اتم هیدروژن در هر مولکول موجود است. این بدان معناست که از نظر وزنی، تقریبا 20 درصد آمونیاک هیدروژن است.
مشکل فعلی ذخیره سازی آمونیاک چیست؟
آمونیاک یک گاز بسیار خورنده است که ذخیره و استفاده از آن را دشوار می کند.روش‌های فعلی ذخیره‌سازی آمونیاک شامل مایع کردن آن در ظروف مقاوم در برابر فشار در دمای بسیار پایین‌تر از انجماد است.آمونیاک همچنین می تواند در دمای اتاق و فشار در ترکیبات متخلخل ذخیره شود.با این حال، ظرفیت ذخیره سازی کم است و آمونیاک همیشه نمی تواند به راحتی بازیابی شود.روش جدید ذخیره آمونیاک امکان بازیابی آسان و کامل را فراهم می کند
مطالعه جدید از کشف یک پروسکایت، ماده ای با ساختار کریستالی تکراری متمایز خبر می دهد. این ماده برای ذخیره آمونیاک خوب است زیرا امکان بازیابی آسان عنصر را در دماهای نسبتا پایین فراهم می کند.
این تیم به رهبری ماسوکی کاواموتو در RIKEN CEMS بر روی پروسکایت یدید سرب اتیلامونیوم (EAPbI3) تمرکز کردند.
آنها کشف کردند که در دمای اتاق، ساختار ستونی یک بعدی آن تحت یک واکنش شیمیایی با آمونیاک قرار می گیرد. در طی این واکنش به صورت دینامیکی به یک ساختار لایه ای دو بعدی به نام هیدروکسید یدید سرب (Pb(OH)I) تبدیل می شود.
از طریق تبدیل شیمیایی، آمونیاک در ساختار لایه ای به عنوان یک ترکیب نیتروژن ذخیره می شود.
این روش ذخیره سازی آمونیاک بسیار ارزان تر از مایع سازی در 33- درجه سانتی گراد در ظروف تحت فشار است.از همه مهمتر، فرآیند بازیابی آمونیاک ذخیره شده به همین سادگی است.
کاواموتو گفت: “با کمال تعجب، آمونیاک ذخیره شده در یدید سرب اتیلامونیوم را می توان به راحتی با حرارت دادن ملایم استخراج کرد.”
ترکیب نیتروژن ذخیره شده در دمای 50 درجه سانتیگراد تحت خلأ تحت واکنش معکوس قرار می گیرد و به آمونیاک باز می گردد. این دما بسیار کمتر از 150 درجه سانتیگراد است که برای استخراج آمونیاک از ترکیبات متخلخل لازم است.ترکیب جدید مورد استفاده برای ذخیره سازی آمونیاک یک محیط عالی برای جابجایی گازهای خورنده در یک فرآیند ساده و مقرون به صرفه است.
پس از بازگشت به ساختار ستونی یک بعدی، می توان از پروسکایت مجددا استفاده کرد. این اجازه می دهد تا آمونیاک بارها ذخیره و استخراج شود.علاوه بر این، ترکیب زرد معمولی پس از واکنش سفید شد.
کاواموتو اظهار داشت: توانایی این ترکیب در تغییر رنگ هنگام ذخیره آمونیاک به این معنی است که حسگرهای آمونیاک مبتنی بر رنگ را می توان برای تعیین میزان ذخیره آمونیاک توسعه داد.
کاربردهای آینده روش ذخیره سازی جدید
روش جدید ذخیره سازی کاربردهای مختلفی دارد.در کوتاه‌مدت، این تیم روش ذخیره‌سازی آمونیاک ایمن را توسعه داده است که در حال حاضر کاربردهای متعددی در جامعه دارد. به عنوان مثال، در صنعت کود، داروسازی و نساجی.
Yoshihiro Ito یکی از نویسندگان RIKEN CEMS گفت: “در دراز مدت، ما امیدواریم که این روش ساده و کارآمد بتواند بخشی از راه حل برای دستیابی به یک جامعه کربن زدایی شده از طریق استفاده از آمونیاک به عنوان حامل هیدروژن بدون کربن باشد. “
در آینده، این تحقیق به دستیابی به اهداف توسعه پایدار 2016 تعیین شده توسط سازمان ملل کمک خواهد کرد.
