Южнокорейские ученые разработали технологию, которая способна преобразовывать нитраты из сточных вод в аммиак – ценное химическое вещество и перспективный источник энергии. При этом процесс полностью исключает выбросы углерода. Об этом сообщили исследователи из Ульсанского национального института науки и технологий (UNIST).
Разработка представляет собой фотоэлектрохимическую (PEC) установку, работающую исключительно на солнечном свете. Новая система позволяет получать аммиак из нитратных загрязнителей при обычных условиях: без высокой температуры и давления, как это требуется в традиционном промышленном процессе Габера-Боша.
Аммиак играет ключевую роль в мировой промышленности и аграрном секторе – ежегодно потребляется более 150 миллионов тонн. Но его производство сопряжено с огромным углеродным следом. Технология от команды UNIST решает сразу две задачи: очищает сточные воды от токсичных нитратов и предлагает экологичную альтернативу производству аммиака.
В конструкции PEC-устройства применен фотокатод из кремния с никелевым катализатором. При попадании солнечного света генерируются электроны, которые, проходя через слой гидроксида никеля (Ni(OH)₂), эффективно восстанавливают нитраты до аммиака. Это покрытие не только повышает селективность реакции, но и блокирует побочные процессы, например, выделение водорода.
Эффективность системы подтверждена как экспериментально, так и с помощью моделирования методом функционала плотности (DFT). Модель показала: слой Ni(OH)₂ создает активные участки, которые снижают энергетические барьеры и повышают скорость восстановления нитратов.
Технология уже достигла рекордной скорости синтеза – 554 мкг аммиака на квадратный сантиметр в час, при этом установка не требует внешнего источника питания. Более того, даже при увеличении площади до 25 кв. см устройство сохраняет эффективность, что открывает возможности для промышленного применения, написали в журнале Advanced Materials.
По словам одного из руководителей проекта, профессора Кваньена Со, в будущем подобные установки смогут работать прямо под открытым небом, очищая воду и одновременно создавая топливо будущего. Это шаг к экологически чистому производству и углеродной нейтральности в химической промышленности.
