Use of catalysts for ammonia cracking

Abstract

Ammonia cracking is recognized as a highly promising hydrogen production method, overcoming the limitations of hydrogen transportation and storage. While a large part of ammonia cracking studies focuses on laboratory-scale catalyst research, recent studies have explored novel solutions by creating highly active catalysts using high entropy alloys (HEAs) and 3D printing the catalyst structures. This enables more efficient heat and mass transfer at the active sites of the catalyst. In this literature review, the recent laboratory research discoveries of highly active catalysts are discussed, including Ru- and Ni-based catalysts and HEAs. In addition, novel 3D-printed TPMS and POCS structures are examined. Finally, Joule heating methods and an integrated reactor configuration are introduced as a pathway to efficient, sustainable, and decentralized on-site hydrogen production.

Termokatalyyttinen ammoniakin hajottaminen on erittäin lupaava vedyn tuotantomenetelmä, jonka avulla vältetään vedyn hankalaan kuljetukseen ja varastointiin liittyvät haasteet. Vaikka suuri osa ammoniakin hajottamiseen liittyvistä tutkimuksista keskittyy laboratoriotason katalyytteihin, viimeaikaiset tutkimukset ovat esitelleet uusia ratkaisuja. Näissä ratkaisuissa korkean entropian metalliseokset (engl. high-entropy alloys, HEAs) ja 3D-tulostetut kantoaineet ovat osoittaneet erinomaista katalyyttistä aktiivisuutta. HEA-katalyytit ja 3D-tulostetut rakenteet tehostavat lämmön- ja aineensiirtoa suoraan katalyytin aktiivisissa kohdissa. Tässä kirjallisuuskatsauksessa käsitellään viimeaikaisia laboratoriotason tutkimuslöytöjä aktiivisimmista katalyyteistä, joihin lukeutuvat Ru- ja Ni-pohjaiset sekä HEA-katalyytit. Lisäksi työssä tarkastellaan 3D-tulostettuja TPMS- ja POCS-rakenteita katalyytin kantoaineina. Lopuksi esitellään teollisen mittakaavan kestävän ammoniakin hajottamiseen tähtääviä Joule-lämmitysmenetelmiä sekä integroitu reaktorikokonaisuus. Tämä mahdollistaa ammoniakin hajottamisen vedyksi uusiutuvalla sähköllä suoraan sen käyttökohteessa, mikä luo pohjan tehokkaalle ja hajautetulle vedyn tuotannolle.