UNSWの研究者がグリーン・アンモニアの実現に一歩近づく(UNSW researchers a step closer to making green ammonia a reality)

2023-11-14

2023-11-14 ニューサウスウェールズ大学(UNSW)

◆シドニー大学の研究者が、低コストで低エネルギーかつ環境に優しい技術を用いて、肥料の生産における大きな炭素排出源であるアンモニアの農場内生産を可能にする手法を開発しました。従来のアンモニア生産は高温高圧のプロセスで行われ、大きな炭素フットを残していましたが、新しい手法はエネルギー効率を向上させ、環境に優しいアンモニアの経済的な製造を実現しました。これにより、農場での持続可能なアンモニア生産が可能となり、アンモニアを緑の水素輸送市場に活用できる可能性も示唆されています。
◆この手法は既にオーストラリアの産業パートナーにライセンス供与され、農業業界への展開が進んでいます。研究者は、持続可能なアンモニア生産が地球規模のCO2排出削減目標に不可欠であり、アンモニアは豪州の再生可能エネルギーイニシアティブに鍵を握っていると強調しています。

＜関連情報＞

ナノ秒パルスプラズマ酸化と電極触媒還元による持続可能なアンモニア生産 Sustainable ammonia production via nanosecond-pulsed plasma oxidation and electrocatalytic reduction

Jing Sun, Renwu Zhou, Jungmi Hong, Yuting Gao, Zhongping Qu, Zhijie Liu, Dingxin Liu, Tianqi Zhang, Rusen Zhou, Kostya (Ken) Ostrikov, Patrick Cullen Emma C. Lovell, Rose Amal, Ali Rouhollah Jalili
Applied Catalysis B: Environmental Available online:25 October 2023
DOI:https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2023.123426

Highlights

•Nanosecond pulsed plasma bubbles coupled with electrocatalysis for sustainable ammonia production.
•Energy mapping and reaction pathways compared for DBD and SD modes.
•SD achieves higher energy density and efficiency of 2.7 ± 0.1 kWh mol^-1 NO₃⁻_(aq).
•SD mode in a bubble interface with water generates high-density NO_x(aq).

Abstract

The production of ammonia, powered by renewable energy, in a decentralized manner is of key importance in the transition to a more sustainable future. Recent research has explored the integration of non-thermal plasma and electrochemical processes to achieve this goal. However, the success of this hybrid process is contingent on the energy efficiency of the plasma-generated species. Herein, we developed a plasma bubble reactor, driven by nanosecond pulses interfacing plasma directly with water. This reactor can comprehensively probe gas ionization processes, different energy channels, corresponding plasma catalytic reaction mechanisms, and reactive species in gas and liquid phases. By using on-and-off plasma ignition with rapid pulses, we could regulate energy consumption in cycles and achieved the lowest reported energy consumption of 2.7 ± 0.1 kWh mol^-1 NO₃⁻ and 3.2 ± 0.1 kWh mol^-1 NH₄⁺ after electrocatalytic nitrate reduction. This provides a promising pathway to producing green, renewable ammonia from air and water.