VINACHEM

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Tổng hợp Case Western Reserve, Cleveland (Mỹ), đã sáng chế phương pháp sản xuất amoniăc không dựa vào các chất xúc tác đắt tiền như trong các quá trình công nghiệp hiện nay. Đây là phương pháp điện phân, sử dụng điện tử tự do của plasma, tương tự như tia sét giữa các đám mây.

ở trạng thái phân tử, khí N₂ đặc biệt bền vững và thường không tham gia các phản ứng nếu không có xúc tác. Trong thiên nhiên, các phân tử N₂ chỉ có thể bị phá vỡ bởi các tia sét trong các cơn giông bão, nhưng quá trình này tạo ra nitrat và nitrit mà không tạo ra amoniăc.

Ngày nay, amoniăc được sản xuất công nghiệp từ khí N₂ bằng quy trình Haber-Bosch nhờ chất xúc tác ở nhiệt độ và áp suất cao. Quá trình này tiêu hao nhiều năng lượng, sản xuất amoniăc chiếm khoảng 2% năng lượng tiêu thụ trên thế giới. Hơn nữa, phương pháp Haber-Bosch đòi hỏi phải có nguồn nguyên liệu H₂ từ nhiên liệu hóa thạch, vì vậy phát thải các khí gây hiệu ứng nhà kính và góp phần làm biến đổi khí hậu trên Trái Đất.

Trong nghiên cứu của mình, các nhà khoa học Mỹ nói trên đã tạo ra amoniăc bằng quá trình điện phân nước không cần xúc tác. Họ sử dụng plasma nitơ làm một trong hai điện cực của bình điện phân. Các quy trình điện hóa khác để tổng hợp amoniăc thường tạo ra đồng thời cả H₂ và NH₃, nhưng ở dòng điện thấp phương pháp plasma này chỉ tạo ra NH₃.

Theo một chuyên gia điện hóa tại ĐHTH Luân Đôn (Anh), nghiên cứu trên là ví dụ rất tốt cho thấy việc sử dụng điện tử tự do trong plasma làm tác nhân phản ứng có thể trở thành công cụ hóa học mạnh mẽ như thế nào để tiến hành các phản ứng khó thực hiện về mặt nhiệt động học.

Tiêu thụ điện năng cao của phương pháp sản xuất amoniăc bằng plasma là nhược điểm lớn của phương pháp này, khiến cho chi phí năng lượng cao hơn đáng kể so với quy trình Haber-Bosch. Tuy nhiên, phương pháp mới sẽ rất có triển vọng nếu kết hợp với nguồn điện tái sinh như điện Mặt Trời hoặc điện gió.

LH

Theo ChemistryWorld, 1/2019