Fosfoniová sůl v akci. Kredit: ACES Electromaterials.

Amoniak je dnes jednou z nejvíce průmyslově vyráběných chemických látek. Pro moderní společnost je nepostradatelný. Nejvíce amoniaku spotřebuje výroba hnojiv, ale používá se i při produkci plastů, vláken, výbušnin, léčiv a v řadě dalších odvětví. Každoročně se ve světě vyrobí asi 230 milionů tun amoniaku.

Bryan Suryanto. Kredit: Monash University.

Prakticky veškerý amoniak (NH₃) se dnes vyrábí klasickou Haberovou-Boschovou syntézou. Jde o přeměnu atmosférického dusíku na amoniak reakcí s vodíkem, za vysoké teploty a tlaku, a za přítomnosti kovového katalyzátoru. Proces postupně vyvinuli na počátku 20. století němečtí chemici Fritz Haber a Carl Bosch. Tehdy to byl velmi významný objev, který změnil zemědělství i vojenskou výrobu. Právě tento proces bývá považován za „detonátor lidské populace“, protože vedl k explozi počtu lidí na Zemi.

Dnes je Haberova-Boschova syntéza vnímaná jako extrémně velká zátěž pro životní prostředí. Používaný vodík se získává z metanu, přičemž se na každých 1,1 tuny vodíku uvolní do atmosféry 6 tun oxidu uhličitého. Výsledkem je, že výroba amoniaku spotřebuje 3-5% světové produkce zemního plynu a vytvoří asi 1,8% emisí oxidu uhličitého. Zároveň se do atmosféry dostane množství nebezpečných oxidů dusíku. Celkově vzato, svět by si oddechl, kdyby se povedlo nahradit Haberovou-Boschovou syntézu moderním procesem, který by tolik nezatěžoval planetu.

Mechanismus elektrolýzy amoniaku. Kredit: ACES Electromaterials.

Takový průlomem je možná nadosah. Jsou o tom přesvědčeni badatelé australské Monash University, kteří hlásí průlom v „zelené“ výrobě amoniaku. Bryan Suryanto a jeho kolegové odstranili z rovnice výroby amoniaku zemní plyn a produkují amoniak při pokojové teplotě s vysokou výtěžností.

Jejich nový proces je podobný elektrolýze vody při výrobě vodíku. Rozdíl je v tom, že proces využívá elektrolyty známé ze světa lithiových baterií. Výroba zahrnuje elektrolytické články, v nichž je obsažený rozpuštěný dusík. Když takovým článkem prochází proud, tak na povrchu měděné katody vzniká nitrid lithia Li₃N. Elektrolyt článků obsahuje fosfoniové soli, které fungují jako účinný nosič vodíkových iontů, tedy protonů. Když vodíkové ionty dorazí ke katodě, tak nahradí všechny tři atomy lithia a z nitridu vznikne amoniak. Ten se uvolňuje z povrchu katody a může být dál využit. Fosfoniové soli se neustále recyklují a proces může nepřetržitě běžet až 4 dny.

Nový proces je tak „zelený“, jak „zelená“ je použitá elektřina. Podle svých tvůrců může běžet jak v extrémně malých zařízeních, jako jsou například skleníky, tak i v rozsáhlých průmyslových provozech. Badatelé si již tento postup patentovali a založili spin-off Jupiter Ionics, který by měl tuto technologii dostat na trh. Uvidíme, zda se jim konečně podaří „zabít“ hydru Haberovy-Boschovy syntézy.

Video: New Research from the Monash Ammonia Project

Literatura

New Atlas 29. 11. 2021.

Science 372: 1187–1191.