اكتشف الباحثون في مركز RIKEN لعلوم المواد الناشئة (CEMS) في اليابان مركبًا يستخدم تفاعلًا كيميائيًا لتخزين الأمونيا ، مما قد يوفر طريقة أكثر أمانًا وأسهل لتخزين هذه المادة الكيميائية المهمة.
هذا الاكتشاف ، الذي نُشر في مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية في 10 يوليو ، يجعل من الممكن ليس فقط تخزين الأمونيا بشكل آمن ومريح ، ولكن أيضًا الهيدروجين المهم الذي يحمله. يجب أن تساعد هذه النتيجة في تمهيد الطريق إلى مجتمع خالٍ من الكربون باقتصاد هيدروجين عملي.
لكي يقوم المجتمع بالتحول من الطاقة المعتمدة على الكربون إلى الطاقة المعتمدة على الهيدروجين ، نحتاج إلى طريقة آمنة لتخزين ونقل الهيدروجين ، وهو في حد ذاته قابل للاحتراق بدرجة كبيرة. تتمثل إحدى طرق القيام بذلك في تخزينه كجزء من جزيء آخر واستخراجه حسب الحاجة.
الأمونيا ، المكتوبة كيميائيًا باسم NH 3 ، تصنع حاملًا جيدًا للهيدروجين لأن ثلاث ذرات هيدروجين معبأة في كل جزيء ، مع ما يقرب من 20 ٪ من الأمونيا عبارة عن هيدروجين بالوزن.
ومع ذلك ، فإن المشكلة تكمن في أن الأمونيا غاز شديد التآكل، مما يجعل من الصعب تخزينها واستخدامها.
حاليًا ، يتم تخزين الأمونيا عمومًا عن طريق تسييلها في درجات حرارة أقل بكثير من درجة التجمد في حاويات مقاومة للضغط.
يمكن للمركبات المسامية أيضًا تخزين الأمونيا في درجة حرارة الغرفة وضغطها، ولكن سعة التخزين منخفضة ، ولا يمكن دائمًا استرداد الأمونيا بسهولة.
تشير الدراسة الجديدة إلى اكتشاف مادة البيروفسكايت، وهي مادة ذات بنية بلورية متكررة مميزة ، والتي يمكنها بسهولة تخزين الأمونيا وتسمح أيضًا باسترجاعها بسهولة وكامل في درجات حرارة منخفضة نسبيًا.
ركز فريق البحث بقيادة Masuki Kawamoto في RIKEN CEMS على يوديد الرصاص بيروفسكايت إيثيل الأمونيوم (EAPbI 3 ) ، والمكتوب كيميائيًا باسم CH 3 CH 2 NH 3 PbI 3 .
وجدوا أن هيكلها العمودي أحادي البعد يخضع لتفاعل كيميائي مع الأمونيا في درجة حرارة الغرفة وضغطها، ويتحول ديناميكيًا إلى هيكل ثنائي الأبعاد يسمى هيدروكسيد يوديد الرصاص، أو Pb (OH) I.
نتيجة لهذه العملية ، يتم تخزين الأمونيا داخل بنية ذات طبقات من خلال التحويل الكيميائي. وبالتالي ، يمكن لـ EAPbI 3 تخزين غاز الأمونيا المتآكل بأمان كمركب نيتروجين في عملية أرخص بكثير من التسييل عند -33 درجة مئوية في حاويات مضغوطة. والأهم من ذلك ، أن عملية استرداد الأمونيا المخزنة بسيطة للغاية.
يقول كاواموتو: “لدهشتنا ، يمكن استخلاص الأمونيا المخزنة في يوديد الرصاص إيثيل الأمونيوم بسهولة عن طريق تسخينها بلطف”. يخضع مركب النيتروجين المخزن لتفاعل عكسي عند 50 درجة مئوية في ظل فراغ ويعود إلى الأمونيا.
درجة الحرارة هذه أقل بكثير من 150 درجة مئوية أو أكثر اللازمة لاستخراج الأمونيا من المركبات المسامية ، مما يجعل EAPbI 3 وسيلة ممتازة للتعامل مع الغازات المسببة للتآكل في عملية بسيطة وفعالة من حيث التكلفة.
بالإضافة إلى ذلك ، بعد العودة إلى الهيكل العمودي أحادي البعد ، يمكن إعادة استخدام البيروفسكايت ، مما يسمح بتخزين واستخراج الأمونيا بشكل متكرر.
كانت المكافأة الإضافية هي أن المركب الأصفر الطبيعي أصبح أبيض بعد التفاعل، وفقًا لـ Kawamoto ، “قدرة المركب على تغيير اللون عند تخزين الأمونيا تعني أنه يمكن تطوير مستشعرات الأمونيا اللونية لتحديد كمية الأمونيا المخزنة”.
طريقة التخزين الجديدة لها استخدامات عديدة. على المدى القصير ، طور الباحثون طريقة آمنة لتخزين الأمونيا ، والتي لها بالفعل استخدامات متعددة في المجتمع ، من الأسمدة إلى الأدوية إلى المنسوجات.
يقول المؤلف المشارك Yoshihiro Ito من RIKEN CEMS: “على المدى الطويل ، نأمل أن تكون هذه الطريقة البسيطة والفعالة جزءًا من الحل لتحقيق مجتمع خالٍ من الكربون من خلال استخدام الأمونيا كهيدروجين خالٍ من الكربون الناقل.”
سيساعد هذا البحث في تحقيق أهداف التنمية المستدامة لعام 2016 (SDGs) التي حددتها الأمم المتحدة ، وخاصة الهدف 7: طاقة نظيفة وبأسعار معقولة والهدف 13: العمل المناخي.
