Импульсный электролиз может стать основой для экологичного производства удобрений

Иллюстрация перспектив традиционных и новых направлений в импульсном электролизе. Автор: Angewandte Chemie International Edition (2025). DOI: 10.1002/anie.202516909

Азотные удобрения необходимы для современного сельского хозяйства, а такие соединения, как аммиак и мочевина, также широко используются в промышленности. Однако их традиционное производство и применение создают серьёзные экологические проблемы.

Промышленный синтез аммиака по процессу Габера-Боша потребляет огромное количество энергии, а избыточный сток удобрений загрязняет почву и воду. Более того, закись азота, побочный продукт производства азотных соединений, является мощным парниковым газом с почти 300-кратным потенциалом глобального потепления по сравнению с углекислым газом.

«Импульсный электролиз может предложить устойчивую альтернативу, — говорит химик из Университета Иоганна Гутенберга в Майнце доктор Даньдань Гао. — Этот новый метод использует избыточный азот из воздуха и воды в качестве исходного материала, позволяя энергоэффективно производить ценные соединения, такие как аммиак и мочевина».

В статье, опубликованной в Angewandte Chemie International Edition, Гао, коллеги из Майнцского университета и сотрудники из Харбинского технологического института в Шэньчжэне (Китай) обобщили последние достижения в этой перспективной области и наметили ключевые направления для будущих исследований.

«Предоставляя чёткий обзор того, что уже достигнуто и что ещё предстоит изучить, мы стремимся ускорить прогресс в направлении устойчивого преобразования азота, — объясняет Гао. — В конечном счёте, мы хотим помочь превратить отработанный азот в окружающей среде в полезные продукты».

Традиционно аммиак производится по процессу Габера-Боша, который требует высоких температур (от 400 до 500 градусов Цельсия) и давлений, что делает его чрезвычайно энергоёмким.

В отличие от этого, импульсный электролиз позволяет получать аммиак и даже мочевину при комнатной температуре с использованием электричества, в идеале получаемого от солнечных или ветровых электростанций. В этом процессе два электрода погружаются в воду, содержащую нитраты или нитриты. При подаче электрического напряжения эти азотные соединения восстанавливаются до аммиака.

В отличие от обычного электролиза, импульсный электролиз варьирует напряжение и ток, что не только повышает эффективность реакции, но и может естественным образом согласовываться с прерывистыми возобновляемыми источниками энергии.

«Поскольку всеобъемлющий обзор этой темы всё ещё отсутствовал, мы проанализировали все доступные исследования по импульсному электролизу и сравнили их результаты, — говорит Гао. — Наша цель — подчеркнуть потенциал этой экологически значимой технологии и предоставить дорожную карту для будущей работы».

В долгосрочной перспективе Гао предполагает, что импульсный электролиз может помочь переопределить азотный цикл, сделав производство удобрений более чистым, эффективным и лучше соответствующим будущему на возобновляемой энергии.

Дополнительная информация: Kiarash Torabi et al, Reductive Nitrogen Species Activation via Pulsed Electrolysis: Recent Advances and Future Prospects, Angewandte Chemie International Edition (2025). DOI: 10.1002/anie.202516909

Источник: Johannes Gutenberg University Mainz