طور فريق بحثي طريقة مبتكرة وأكثر فعالية من حيث التكلفة لتخليق محفز تحلل الأمونيا، مما يتيح استخدام الأمونيا بكفاءة أعلى لإنتاج الهيدروجين، ومن المتوقع أن يساهم بشكل كبير في تحقيق اقتصاد طاقة الهيدروجين. نُشرت نتائج البحث في مجلة Small. يقود الفريق الدكتور Kee Young Koo من قسم أبحاث طاقة الهيدروجين في معهد KIER.
تتكون الأمونيا من ثلاث ذرات هيدروجين وذرة نيتروجين واحدة، وتحتوي على نسبة عالية من الهيدروجين، مما يجعلها ناقلاً واعدًا للهيدروجين يُستخدم في النقل لمسافات طويلة والتخزين على نطاق واسع. كما أن البنية التحتية العالمية لنقل وتخزين الأمونيا قائمة بالفعل، مما يجعلها وسيلة أكثر اقتصادية لنقل الهيدروجين. ومع ذلك، فإن تقنية تحلل الأمونيا لإنتاج الهيدروجين في نقاط الطلب لا تزال في مراحل التطوير المبكرة.
جوهر هذه التقنية هو استخدام محفز الروثينيوم (Ru)، الذي يمكنه تحقيق تحلل سريع للأمونيا عند درجات حرارة منخفضة (بين 500°C و600°C)، أي أقل بأكثر من 100°C من المحفزات الأخرى. لكن الروثينيوم معدن نادر يُكتشف في دول قليلة فقط، مما يجعل الحصول عليه صعبًا. سابقًا، كان الروثينيوم يُستخدم على شكل جسيمات نانوية لتعظيم الأداء، لكن عملية إنتاج المحفزات النانوية على نطاق واسع معقدة ومكلفة، مما يعيق التسويق التجاري لتقنية تحلل الأمونيا.
لذلك، طور الفريق البحثي طريقة جديدة لتخليق محفز الروثينيوم بناءً على عملية البوليول لتحسين الجدوى الاقتصادية للمحفز. المحفز الناتج عن هذه الطريقة يظهر أداء تحلل الأمونيا أعلى بثلاث مرات من المحفزات التقليدية.
تُستخدم عملية البوليول عادةً لتخليق الجسيمات النانوية المعدنية، وتتطلب العمليات التقليدية إضافة عوامل إغلاق لمنع تجمع الجسيمات، مما يزيد من تعقيد العملية وتكلفتها. صمم الفريق طريقة للتحكم في تجمع الجسيمات النانوية دون الحاجة إلى عوامل إغلاق، مع التركيز على تأثير طول الجزيئات العضوية (سلاسل الكربون) على درجة التجمع، بافتراض أن التحكم في هيكل وطول سلسلة الكربون يمكن أن يمنع التجمع بفعالية.
أثبتت التجارب أن استخدام البيوتانديول ذو السلسلة الكربونية الأطول يمكنه، دون إضافة عوامل إغلاق، توزيع جسيمات الروثينيوم بحجم 2.5 نانومتر بشكل متساوٍ، كما تم التحقق من تكوين "B5 sites" (مواقع التفاعل النشطة لإنتاج الهيدروجين). المحفز الناتج يتفوق بشكل ملحوظ على المحفزات الحالية، حيث انخفضت طاقة التنشيط بنحو 20% مقارنة بمحفز الروثينيوم التقليدي الذي لا يستخدم البيوتانديول، وزادت معدل تكوين الهيدروجين بـ 1.7 مرة. من حيث أداء تحلل الأمونيا لكل وحدة حجم، فإن كفاءته تفوق بثلاث مرات المحفزات المنتجة بطرق التخليق التقليدية، مما يبرز إمكاناته الاقتصادية الممتازة.
