Ученые Массачусетского технологического института (MIT) предложили электрохимический способ, который ускоряет выделение водорода из аммиака и одновременно очищает его до высокой степени чистоты. Аммиак рассматривается как удобный носитель водорода, поскольку он легко хранится и перевозится в жидком виде. Однако традиционный процесс разложения аммиака требует очень высоких температур и последующей дополнительной очистки получаемой газовой смеси, что ограничивает его применение.
Новая разработка позволяет снизить температуру и энергозатраты, необходимые для извлечения водорода из аммиака и других химических носителей. Ключевым элементом системы стало соединение палладиевой мембраны с электродом, вырабатывающим водород, через расплавленный гидроксидный электролит. Такая мембрана пропускает только водород, отсекая остальные компоненты реакции, что исключает необходимость в отдельном этапе очистки.
В ходе эксперимента аммиак сначала расщепляется под действием катализатора на основе рутения и цезия. Затем водород поступает к мембране, где электрохимический градиент создает мощную движущую силу для его переноса. Внутри системы водород преобразуется в протоны и электроны, которые движутся разными путями и вновь соединяются на втором электроде, образуя газообразный водород. Поскольку мембрана избирательно пропускает только водород, на выходе получается концентрированный поток газа без примесей.
Автор исследования Йогеш Сурендранат отметил, что электрохимия позволяет проводить реакции, которые в обычных условиях требуют значительных усилий. По его словам, данный подход не только отделяет продукт, но и меняет среду реакции, позволяя извлекать водород в более мягких условиях. Благодаря этому процесс протекает при температуре около 200–300 градусов Цельсия, что значительно ниже, чем при классическом крекинге аммиака.
Ученые продемонстрировали, что метод работает не только с аммиаком, но и с метилциклогексаном, который относится к жидким органическим носителям водорода. По мнению исследователей, технология может найти применение на транспорте, а также в производстве полупроводников и электроники, где требуется особо чистый водород. Профессор Университета Британской Колумбии Куртис Берлингетт, не участвовавший в работе, назвал этот подход мощным новым способом решения проблемы получения чистого водорода из химических носителей.
В настоящее время авторы работают над снижением количества дорогостоящего палладия в составе мембраны и масштабированием процесса для промышленного использования. Исследование финансировалось Национальным научным фондом США и опубликовано в журнале Nature.