Новая технология разлагает закись азота почти на 100% при комнатной температуре

Схематическое изображение механохимического разложения N₂O. Автор: Advanced Materials (2025). DOI: 10.1002/adma.202511666

Исследовательская группа из Национального института науки и технологий Ульсана (UNIST) разработала новую технологию, способную почти на 100% разлагать закись азота (N₂O) при комнатных температурах. Это инновационное решение использует механические удары и трение для создания высокоэнергоэффективного способа управления выбросами закиси азота из выхлопных газов двигателей и химических процессов, внося значительный вклад в сокращение парниковых газов и усилия по достижению углеродной нейтральности.

Профессор Чон-Бом Бэк и его исследовательская группа из Школы энергетики и химической инженерии UNIST опубликовали своё исследование в журнале Advanced Materials.

N₂O — газ, обычно выделяемый при химическом производстве и в выхлопных газах двигателей, обладает потенциалом глобального потепления (ПГП) примерно в 310 раз выше, чем у диоксида углерода, и ускоряет разрушение озонового слоя. Из-за своей химической стабильности традиционные методы термического катализа требуют высоких температур, превышающих 445°C, для достижения значительного разложения, что влечёт за собой существенное энергопотребление.

Исследовательская группа использовала реакционный сосуд (шаровую мельницу), содержащий миллиметровые шарики, вместе с катализатором оксида никеля (NiO) и газом закиси азота. Путём встряхивания этой установки команда вызвала высокоэнергетические столкновения и трение между шариками, что привело к образованию плотных дефектов и ультраокисленных состояний на поверхности катализатора NiO. Эти условия позволяют осуществлять быстрое низкотемпературное разложение N₂O — то, что ранее было недостижимо с традиционными термическими катализаторами.

Экспериментальные результаты показали, что этот процесс может разлагать почти 100% N₂O при температуре всего 42°C, достигая эффективности конверсии 99,98% и часовой скорости разложения 1761 мл. Это представляет собой более чем шестикратное увеличение энергоэффективности по сравнению с обычными термокаталитическими методами, которые работают при 445°C с коэффициентом конверсии 49,16% и производительностью 294,9 мл/ч.

Команда также подтвердила применимость технологии в реальных сценариях. В тестах, имитирующих выбросы дизельных двигателей автомобилей, процесс достиг 95%–100% удаления N₂O. Более того, в установках непрерывной обработки, предназначенных для имитации крупных газоочистных сооружений, поддерживался впечатляющий коэффициент конверсии около 97,6%. Технология оказалась стабильной даже в присутствии кислорода и влаги, типичных для реальных выхлопных газов.

Экономический анализ показывает, что этот механохимический метод более чем в восемь раз экономически эффективнее существующих термокаталитических процессов.

Профессор Бэк заявил: «С предстоящим введением Европейским союзом (ЕС) стандартов выбросов Евро-7, которые включают более строгое регулирование содержания закиси азота, важность эффективных технологий удаления значительно возросла. Эта инновация может эффективно решить проблему выбросов N₂O из выхлопных газов дизельных двигателей, процессов производства азотной кислоты и адипиновой кислоты, а также судовых двигателей на аммиаке, тем самым поддерживая усилия по достижению углеродной нейтральности и сокращению парниковых газов».

Дополнительная информация: Seung‐Hyeon Kim et al, Mechanochemical Nitrous Oxide Decomposition, Advanced Materials (2025). DOI: 10.1002/adma.202511666

Источник: Ulsan National Institute of Science and Technology