A világ jelenleg szénalapú üzemanyag-gazdasággal működik. A szénhirdrogének elégetésével szén-dioxidot bocsátunk ki a légkörbe, de arra nincs módszer, hogy bezárjuk ezt a körforgást, hogy szén-dioxidból újra üzemanyagot állítsunk elő - magyarázta meg Christian Wallen, a Wisconsin-Madison Egyetem kutatócsoportjának feje, hogy miért kísérleteztek azzal, hogy ammóniából állítsanak elő üzemanyagot.

Az ammónia (vagy régies nevén légköneg) nitrogén és hidrogén vegyülete. Normálállapotban jellegzetes szúrós szagú, gáz-halmazállapotú anyag. Ettől még a természetben nagy mennyiségben előfordul a talajban ammóniumsók formájában, a levegőben pedig tisztán is, de csak gyenge koncentrációban. Emellett könnyen előállítható: keletkezik elemeiből, így hidrogénből és nitrogénből szintézis útján, valamint bomlás útján számos nitrogéntartalmú vegyületből.

Emiatt sok szempontból előnyös lenne, ha úgy lehetne üzemanyagként használni, hogy közben nem termelődik vele még több károsanyag. Ugyanis az ammóniát már régen használják üzemanyagforrásként: a II. világháború idején autókban használták gázolaj helyett, és a tudósok ma is fontolgatják, hogyan lehetne a benzint helyettesítve motorokat működtetni vele, különösen a hajózásban és a szállítmányozásban. Az ammónia elégetésekor azonban mérgező nitrogén-oxid gázok szabadulnak fel.

A Wisconsin-Madison Egyetem kutatása ezt a problémát oldja meg: az ammónia hozzáadása a platinaszerű ruthénium elemet tartalmazó fémkatalizátorhoz spontán módon nitrogént termel, ami azt jelenti, hogy nincs szükség hozzáadott energiára. Ehelyett ez a folyamat hasznosítható elektromos áram előállítására, melléktermékként protonok és nitrogéngáz keletkezik. Ráadásul a fémkomplex oxigénnel való érintkezés révén újrahasznosítható és többször is felhasználható, ami mind sokkal tisztább folyamat, mint a szénalapú üzemanyagok használata - derül ki a Phys.org cikkéből.

Az új fémkatalizátorral elkerülhetők a mérgező melléktermékek. Ha a reakciót egy olyan üzemanyagcellában helyeznék el, ahol az ammónia és a ruthénium egy elektródfelületen reagál, akkor katalitikus átalakító nélkül, tisztán termelhetne villamos energiát.

"Olyan kémiai vegyületeket fedeztünk fel, amelyek szobahőmérsékleten, alkalmazott feszültség vagy hozzáadott vegyszerek nélkül katalizálják az ammónia nitrogénné történő átalakulását. Tudomásunk szerint ez az első olyan eljárás, amely ezt lehetővé teszi" - kommentálta Wallen a felfedezésüket, amelyet az egyik legrangosabb tudományos lapban, a Nature Chemistryben tettek közzé november 8-án.

Viszont önmagában a katalizátor még nem lesz elég az ammóniameghajtású autók áttöréséhez: az új ruthénium katalizátoros technológia lehetővé teheti a szénmentes üzemanyag-gazdaságot, de ez csak a kirakós egyik fele. Az ammóniaszintézis egyik hátránya, hogy az előállításhoz használt hidrogén földgázból és fosszilis tüzelőanyagokból származik.

A csoport következő kutatási céljai között szerepel annak kitalálása, hogyan lehet olyan üzemanyagcellát tervezni, amely kihasználja az új felfedezés előnyeit, és a szükséges kiindulási anyagok előállításának környezetbarát módját is igyekeznek kidolgozni.

A már használt szennyező ammóniaelőállítás helyett már a piaci szereplők is keresnek új módszereket. A gyártók már megpróbálnak "zöld" ammóniát előállítani, amelyben a hidrogénatomokat szén-dioxid-semleges vízelektrolízissel biztosítják az energiaigényes Haber-Bosch-eljárás helyett.

A szerzők szerint az ammónia szintézisével kapcsolatos kihívások megoldásával a gáz általános energiaforrásként vagy üzemanyagként való felhasználása számos előnnyel jár majd. A propánhoz hasonlóan összenyomható, könnyen szállítható és tárolható. Bár már léteznek ammónia üzemanyagcellák, ezek - ellentétben ezzel az új eljárással - hozzáadott energiát igényelnek, például úgy, hogy az ammóniát először nitrogénre és hidrogénre bontják.

"Az egyik következő kihívás, amin szeretnénk megoldani, az az, hogy hogyan lehetne hidrogéngáz helyett vízből ammóniát előállítani. Az álom az, hogy a víz, a levegő és a napfény hármasával hozzunk létre üzemanyagot" - mondják a kutatás vezetői.