Учёные разработали более экологичный способ производства азотных удобрений

Обзор реактора. Автор: Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-62088-z

Человечество потребляет огромное количество аммиака: это вещество используется для производства удобрений, которые, в свою очередь, применяются в современном сельском хозяйстве. До сих пор основным методом получения азота из атмосферы был процесс Габера-Боша, требующий колоссальных затрат метана и энергии.

Профессор Николай Корниенко из Боннского университета разработал более экологичную альтернативу производства аммиака с использованием возобновляемых источников энергии. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

Как и в библейском Эдеме, зерновые, свёкла и картофель должны расти максимально обильно, чтобы обеспечить людей продовольствием. Для этого используются азотные удобрения. В начале XX века Фриц Габер и Карл Бош разработали процесс, позволяющий извлекать азот из воздуха. За это открытие они получили Нобелевскую премию по химии в 1918 году.

Процесс Габера-Боша использует железный катализатор, высокое давление и температуру до 500°C для связывания атмосферного азота с водородом и получения аммиака. Некоторые растения также умеют связывать азот с помощью бактерий в корнях, но делают это климатически нейтрально — в отличие от промышленного производства.

«Процесс Габера-Боша крайне энергозатратен», — говорит профессор Николай Корниенко из Института неорганической химии Боннского университета.

Учёные ищут альтернативные методы, позволяющие производить аммиак с использованием энергии солнца и ветра. Водород в этом случае будет получаться не из метана, а путём электролиза воды.

Азотные удобрения от солнца и ветра

Литий-опосредованная реакция восстановления азота (LiNRR) считается наиболее перспективным методом. В этой системе ионы лития восстанавливаются до металлического лития, который затем реагирует с азотом. При наличии источника водорода образуется аммиак.

Однако система требует высокого напряжения, работает только в безвоздушной среде и имеет низкий КПД (~25%). Кроме того, на литии образуется пористая плёнка, которая должна пропускать азот и водород.

Учёные нашли решение, используя палладиевую фольгу в качестве электрода и мембраны. Палладий пропускает атомы водорода, что позволило получать водород напрямую из воды.

Эксперименты подтвердили работоспособность метода с помощью инфракрасной спектроскопии и масс-спектрометрии. Однако для промышленного применения технология пока не готова — выход аммиака нужно увеличить в 1000 раз.

«Мы находимся на ранней стадии исследований», — отмечает Корниенко.

Учёные уже подали заявку на патент. Дальнейшие исследования будут сосредоточены на повышении эффективности и селективности системы.

Дополнительная информация: Hossein Bemana et al, Accelerating lithium-mediated nitrogen reduction through an integrated palladium membrane hydrogenation reactor, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-62088-z

Источник: University of Bonn