Une nouvelle méthode de production d'ammoniac pourrait ouvrir la voie aux carburants de substitution et au stockage de l'énergie
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L'Ammoniac, un composé d'azote et d'hydrogène (NH3) communément connu pour son utilisation comme nettoyant ménager, pourrait être utilisé comme carburant alternatif pour les véhicules ou comme moyen potentiel de stockage d'énergie. Cependant, les méthodes traditionnelles de production d'ammoniac à partir d'oxyde d'azote (NO) à grande échelle ne sont pas efficaces sur le plan énergétique, et certains des efforts les plus récents pour produire de l'ammoniac à partir d'une réaction de réduction du NO ont de faibles rendements en ammoniac. Des chercheurs de Tsinghua University Press, en Chine, ont mis au point une méthode écologique et économe en énergie pour produire de l'ammoniac par une réaction électrocatalytique de réduction du NO.
La batterie Zn-NO assemblée présente des performances supérieures pour la production d'ammoniac.
Nano Research Energy, Tsinghua University Press
Les travaux ont été publiés dans la revue Nano Research Energy le 7 juillet.
"La production de NH3 au niveau industriel repose encore largement sur le procédé Haber-Bosch, qui nécessite des conditions de réaction drastiques en raison de sa cinétique lente, et l'aspect énergétique du procédé entraîne inévitablement une grande quantité d'émissions de gaz à effet de serre", a déclaré l'auteur correspondant, Xijun Liu, de l'école des ressources, des environnements et des matériaux de l'université de Guangxi à Nanning, en Chine. Sa référence au procédé Haber-Bosch renvoie à l'un des premiers procédés de production de NH3 - et, depuis son développement au début des années 1900, l'un des plus courants.
En raison de ces inconvénients, des recherches antérieures ont exploré la production électrocatalytique - simplement, un catalyseur dans une réaction électromagnétique - d'ammoniac dans l'eau, en raison de son rendement sans carbone, en utilisant des matériaux à base de métaux nobles, des matériaux à base de carbone et des catalyseurs à atome unique. Toutefois, le taux de rendement était bien inférieur à l'objectif fixé par le ministère américain de l'énergie, selon les chercheurs.
Les chercheurs ont étudié la réduction par réaction du NO (NORR) en ammoniac en utilisant la synthèse d'un film de nitrure de vanadium (VN) nanoporeux supporté par un tissu de fibres de carbone (appelé np-VN/CF). Ils ont testé la nouvelle méthode, dont la nouveauté réside dans l'utilisation des matériaux existants du film de VN d'une nouvelle manière et dans un nouveau but, avec une batterie d'oxyde de zinc-azote.
"Ce catalyseur conçu présente une densité de puissance élevée et un taux de rendement élevé en ammoniac lorsqu'il est utilisé comme cathode dans une batterie Zn-NO assemblée à la maison", a déclaré Liu. "Nous avons également constaté que l'efficacité Faraday ¾ ou la façon dont les électrons, ou la charge, sont transférés dans une transformation électrochimique ¾ était améliorée. Les paramètres de performance NORR obtenus sont comparables aux meilleurs résultats récemment rapportés."
La haute efficacité Faraday peut être attribuée en partie au fait qu'une partie de l'azote a été "dopée" dans le tissu en fibre de carbone, ce qui le rend plus susceptible d'être hautement conducteur et donc de favoriser le transfert de charge.
Pour tester la méthode avec la batterie, les chercheurs ont fait barboter du gaz d'alimentation NO dans la chambre de la cathode - ou partie chargée négativement d'une batterie - de la batterie, qui était séparée de la charge positive par une membrane bipolaire. Selon les chercheurs, les performances de la batterie Zn-NO obtenues ont dépassé les résultats précédemment rapportés. Les mesures obtenues lors des expériences ont été testées dans un système à trois électrodes et comparées à l'activité NORR d'une poudre commerciale de VN - par opposition à un film coulé sur un tissu en fibre de carbone. La version film VN a surpassé la version poudre, qui avait été utilisée dans des recherches précédentes, dans toutes les mesures effectuées. Les chercheurs ont également effectué des calculs de théorie fonctionnelle de la densité afin d'offrir une vision approfondie de NORR.
"Nos travaux montrent l'application potentielle des matériaux nanoporeux pour la production électrochimique de NH3 à haute performance", a déclaré M. Liu.
Les prochaines étapes de la recherche comprendront des efforts pour mettre à l'échelle la preuve de concept démontrée dans cette expérience.
"Ces travaux confirment que l'électroréduction du NO est une stratégie prometteuse pour la synthèse de l'ammoniac dans l'air ambiant et qu'elle doit être développée en permanence", a déclaré M. Liu.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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