VINACHEM

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Tổng hợp Notre Dame (Mỹ) đang phát triển phương pháp tổng hợp amoniăc bằng cách sử dụng năng lượng tái sinh. Amoniăc là thành phần thiết yếu của phân bón và đang hỗ trợ có hiệu quả cho sản xuất lương thực thực phẩm trên toàn cầu, tuy nhiên quy trình Haber-Bosch được phát triển từ đầu những năm 1900 để sản xuất amoniăc phải dựa vào các nguồn nhiên liệu hóa thạch không thể tái tạo và chỉ có thể được áp dụng một cách tập trung ở những nhà máy hóa chất quy mô lớn.

Quy trình mới của các nhà khoa học tại ĐHTH Notre Dame sử dụng plasma kết hợp với các chất xúc tác kim loại thông thường để tạo ra amoniăc ở những điều kiện nhẹ nhàng hơn nhiều so với quy trình Haber-Bosch. ở quy trình này, năng lượng trong plasma kích thích các phân tử nitơ, cho phép chúng phản ứng dễ dàng hơn trên chất xúc tác. Do năng lượng cho phản ứng đến từ plasma mà không phải là năng lượng của nhiệt độ cao và áp suất lớn nên quá trình sản xuất có thể được thực hiện ở quy mô nhỏ. Đặc điểm này khiến cho quy trình mới rất thích hợp để sử dụng với các nguồn năng lượng không liên tục và có thể sản xuất amoniăc theo phương thức phân tán.

Theo các nhà khoa học tham gia trong nghiên cứu trên, từ trước đến nay nhiều nhà khoa học đã xem xét sử dụng plasma như phương pháp sản xuất amoniăc không phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và có tiềm năng áp dụng theo phương thức ít tập trung hơn. Tuy nhiên, thách thức lớn của việc áp dụng phương pháp này là tìm ra sự kết hợp thích hợp giữa plasma và chất xúc tác. Bằng cách liên kết các mô hình phân tử với các kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, các nhà khoa học tại ĐHTH Notre Dame đã tìm ra những phương thức kết hợp mà từ trước đến nay chưa bao giờ được xem xét.

Nhóm nghiên cứu tại ĐHTH Notre Dame đã phát hiện ra rằng, do các phân tử nitơ được kích hoạt bằng plasma nên các yêu cầu về chất xúc tác kim loại ít nghiêm ngặt hơn, vì vậy cho phép sử dụng những kim loại không đắt tiền làm chất xúc tác trong toàn bộ quá trình. Phương pháp này vượt qua những giới hạn cơ bản của quy trình Haber-Bosch dựa trên nhiệt năng, nhờ đó phản ứng tổng hợp amoniăc với hiệu suất tương đương có thể được thực hiện ở những điều kiện nhẹ nhàng hơn nhiều.

Các nhà khoa học cho biết, mục đích của họ là phát triển phương pháp thay thế để sản xuất amoniăc, nhưng những kiến thức mà họ thu được trong nghiên cứu này có thể được áp dụng cho các quá trình sản xuất hóa chất khó khăn khác, ví dụ chuyển hóa CO2 thành sản phẩm ít có hại hơn và hữu ích hơn. Trong quá trình nghiên cứu phương pháp tổng hợp amoniăc bằng plasma, họ cũng xem xét cách sử dụng plasma và chất xúc tác cho các phản ứng hóa học khác.

TN

Theo ScienceDaily, 3/2018