Kohti sähkökatalyyttista ammoniakkituotantoa

Abstract

Ammoniakkia käytetään yleisesti etenkin lannoitteissa ja myös kemianteollisuudessa. Uusia käyttötarkoituksia sille suunnitellaan myös hiilipohjaisten polttoaineiden korvikkeena ja uusiutuvan energian kuljetuksessa. Tämän hetkisen teollisen menetelmän tehokkuus perustuu korkeisiin lämpötiloihin, suuriin paineisiin ja isoihin tehtaisiin. Tähän tarvitaan muutos, jotta fossiilisten polttoaineiden käyttöä pystyttäisiin vähentämään ja muuttamaan teollisuutta vihreämmäksi ja tehokkaammaksi. Sähkökatalyyttiset reaktiot ovat lupaava suunta tälle muutokselle, sillä niiden pääasiallinen katalysaattori on lämmön ja paineen sijasta sähkövirta. Tämä on perinteiseen valmistusmenetelmään verrattuna energiatehokkaampi valmistustapa. Työn tarkoituksena on selvittää ominaisuuksiltaan lupaavimmat ammoniakin sähkökatalyyttiset valmistusmenetelmät. Tehokasta ja täysin sähköistä menetelmää ei tulla kuitenkaan saavuttamaan heti, vaan siirtymään tarvitaan välivaihteita. Vaiheiden tarkoitus on mahdollistaa sulava siirtymä tehtaiden prosesseissa, jotta suurilta muutoskustannuksilta vältyttäisiin. Siirtymän lopputuloksena on hiiletön sähkökatalyyttinen reaktio, jossa reaktio olisi lähes täysin kiertävä. Menetelmä tukee myös luonnonmukaisia kiertokulkuja, kun lähtöaineet saadaan jätteistä, esimerkiksi pilaantuneesta pohjavedestä. Uusien menetelmien tutkimustulosten arviointi ja raportointi jää usein puutteelliseksi. Raportoinnissa tulisi käyttää erityistä tarkkuutta, jotta raportit olisivat todenmukaisia ja tutkimusta pystyttäisiin kehittämään. Tulosten tulkintaa vaikeuttaa myös ammoniakin vähäinen saanto. Sähkökatalyyttisessä menetelmässä on mahdollisuus valita useista katalyytti ja elektrolyyttimateriaaleista tehokkain. Näitä materiaaleja on tutkittu ammoniakin pelkistämisen osalta useita. Vielä yhtäkään sähkökatalyyttistä valmistusmenetelmää ei ole todistetusti saatu toimimaan tavalla, jossa se olisi helppo muuttaa teolliselle tasolle.