Нашатырка это: Аммиак водный и нашатырный спирт

Материал подготовлен на основе информации РИА Новости и открытых источников

НАШАТЫРЬ | Энциклопедия Кругосвет

НАШАТЫРЬ – старинное название хлорида аммония NH₄Cl. Эта соль (плотностью 1,527 г/см³) образует бесцветные кристаллы с запахом аммиака, хорошо растворимые в воде (37,2 г/100 г воды при 20°). Хлорид аммония плавится при 400° С, но это происходит только при повышенном давлении. В обычных условиях высоколетучий NH₄Cl легко возгоняется, а выше 335° С разлагается. Хлорид аммония не образует кристаллогидратов. Реагирует с концентрированной серной кислотой, щелочами, различными окислителями.

Водные растворы хлорида аммония имеют кислую реакцию и окрашивают синюю лакмусовую бумажку в красный цвет вследствие реакции гидролиза:

NH₄Cl = NH₄⁺ + Cl^—

NH₄⁺ + 2H₂O NH₃·H₂O + H₃O⁺,

в которой, помимо катионов оксония H₃O⁺ – носителей кислотности, образуется слабое основание гидрат аммиака NH₃^{·H₂O. При нагревании хлорид аммония возгоняется с одновременным разложением на аммиак и хлороводород:}

NH₄Cl NH₃ + НCl

После охлаждения смеси этих газов вновь образуется хлорид аммония, реакция идет в обратном направлении. При действии гидроксидов щелочных и щелочноземельных элементов на хлорид аммония выделяется аммиак NH₃, например, в реакции с гидроксидом кальция:

2 NH₄Cl + Са(ОН)₂ = 2 NH₃­ + СаCl₂ + Н₂О

Хлорид аммония реагирует с бромной водой, окисляясь до азота:

2NH₄Cl + 3Br₂ = N₂­ + 2HCl + 6HBr

При повышенной температуре хлорид аммония взаимодействует с солями – нитратами и нитритами, образуя газообразные оксид диазота и азот:

NH₄Cl + KNO₃ = N₂O­ + KCl + 2H₂O

₄Cl + KNO₂ = N₂­ + KCl + 2H₂O

Эти реакции идут даже в растворе.

В природе нашатырь не образует больших скоплений. Он встречается в виде небольших налетов и корочек, часто вместе с серой, около вулканов, в пещерах и трещинах земной коры. Нашатырь был известен жрецам Древнего Египта еще за полторы тысячи лет до нашей эры. Его получали возгонкой из сажи дымоходов печей, отапливаемых верблюжьим пометом. Образующиеся бесцветные кристаллы арабы и египтяне называли «нушадир» (отсюда и появилось слово «нашатырь»). Хлорид аммония был также природным продуктом разложения мочи и испражнений животных в оазисе Аммона в Ливийской пустыне, через который проходили многочисленные караваны. Здесь находился широко известный в Египте храм бога Аммона. Название оазиса позднее отразилось в словах «аммиак», «соли аммония». Поклоняющихся богу Аммону называли «аммонианами». В ходе своих ритуалов они нюхали нашатырь и застывали в блаженном экстазе; надо полагать, в те времена хлорид аммония служил неким своеобразным наркотиком…

Алхимики, получавшие аммиак и хлороводород, всегда с изумлением и мистическим ужасом наблюдали образование белого дыма при смешении этих двух газов. Они считали, что в воздухе встречаются два «духа», сражение которых заканчивается пролитием их «крови» – образованием дыма и белого налета на окружающих предметах. На самом деле это была реакция нейтрализации газообразного слабого основания – аммиака летучей сильной кислотой – хлороводородом.

В 1673 английский физик и химик Роберт Бойль (1627–1691) наблюдал, как дымится палочка, смоченная соляной кислотой, над горящим навозом. «Дым» был результатом образования мельчайших кристалликов хлорида аммония при реакции выделяющегося из навоза аммиака с хлороводородом.

До 17 в. хлорид аммония ввозили в Россию из Египта и Индии. Только в 1710 был построен первый завод боярского сына Нечаевского в Енисейской губернии, который стал выпускать около пяти тонн нашатыря в год. Хлорид аммония на этом заводе получали, нейтрализуя водный раствор аммиака (нашатырный спирт) соляной кислотой.

Нашатырь применяют в медицине в виде водного раствора как мочегонное средство. Хлорид аммония легко всасывается из желудочно-кишечного тракта и превращается в мочевину (NH₂)₂CO с одновременным образованием соляной кислоты:

2NH₄Cl + CO₂ = (NH₂)₂CO + 2HCl + H₂O

Соляная кислота и мочевина удаляются из организма с мочой, увлекая излишнюю воду, а заодно и ионы хлорида натрия, вызывающего отеки.

Хлорид аммония раньше использовали при лечении бронхита и пневмонии как отхаркивающее средство. В старину пожилые светские дамы, опасаясь обморока в духоте, всегда имели при себе флакончики с «нюхательной солью» – нашатырем. В водной среде (например, под действием поглощенной из воздуха влаги) хлорид аммония подвергается гидролизу, поэтому он всегда немного пахнет аммиаком. Вдыхание аммиака вызывает возбуждение дыхательных центров. В небольшом количестве аммиак – это средство первой помощи, помогающее вывести человека из обморочного состояния, однако, большое количество аммиака может вызвать остановку дыхания.

Хлорид аммония можно найти в сухой электрической батарейке или гальваническом элементе, его используют при пайке и лужении стальных деталей вместе с хлоридом цинка. Летучесть хлорида аммония – свойство, которое позволяет использовать нашатырь как компонент дымообразующих составов. Удобрение из хлорида аммония получается не очень хорошее (мало содержание азота, да и хлорид-ион губителен для растений). Зато в медицине хлорид аммония применяется до сих пор (незаменим при отеках, усиливает действие диуретиков – мочегонных средств).

Людмила Аликберова

этимология — Почему спирт — нашатырный?

Нос дерет —нушадир —не трудно догадаться, откуда этимология. Действие совпадает с названием. Носадер, горладер-неспроста это. Остальное огрехи толмачества. Это и в тюркских есть—ношотур, naşatır салааммонит- sel ammoniac—перевод-соль аммиачная-Хлорид аммония (хлористый аммоний, техническое название — нашаты́рь) Nh5Cl — соль аммония, белый кристаллический слегка гигроскопичный порошок без запаха. Не следует путать с нашатырным спиртом — водным раствором аммиака. Аммиа́к — Nh4, нитрид водорода, при нормальных условиях — бесцветный газ с резким характерным запахом (запах нашатырного спирта). это вовсе не спирт. Название идет от латинского spirit — дух. Хлорид аммония+щелочь, выделяется аммиак. Более конкретно — аммиак выделяется при гниении испражнений(там имеется соль аммония), при непосредственном нагревании хлорида аммония с выделением еще и соляной кислоты,а нагрев само собой при гниении.

Именно этим и пользовались,нагревом и шелочной реакцией с потовыми выделениями, давая нюхать кристаллы, нагревая их.

Что касается истории — темный лес, Доходит до того, что от незнания химии, пишут ерунду откровенную, кто во что горазд.. «Римляне называли залежи нашатырного спирта(газа?), который они собирали возле Храма Амуна (от греческого Ἄμμων Аммон) в древней Ливии, «sal ammoniacus» (соль Амуна) из-за близости к соседнему храму. Соли нашатырного спирта были известны с Плиния, хотя не известно, идентичен ли термин более современному определению «sal-ammoniac» (нашатырный спирт).»

Цель собирания непонятна. Использование в больших масштабах не ясно. В природе нашатырь не образует больших скоплений. Он встречается в виде небольших налетов и корочек, часто вместе с серой, около вулканов, в пещерах и трещинах земной коры. В форме хлорида аммония (nushadir) нашатырный спирт имел важное значение для мусульманских алхимиков уже в VIII столетии, впервые его упоминает арабский химик Джабир ибн Хайян и европейским алхимикам с XIII века, когда его упомянул Альберт Великий. Его также использовали средневековые красильщики в форме сброженной мочи для изменения цвета растительных красителей. В XV веке Василий Валентин доказал, что нашатырный спирт можно получить посредством действия щелочи на хлорид аммония. Позднее, когда хлорид аммония получали посредством дистилляции копыт и рогов волов и нейтрализации полученного карбоната с соляной кислотой, нашатырный спирт называли «духом оленьего рога». spirit cervi cornibus

Источник:http://www.nazdor.ru/topics/improvement/preparations/current/469050/

Не иначе арабы в 8 веке владели русским языком, а это не исключено, либо это заимствование, опять проблемы у официальной истории..

Ученый объяснил, есть ли смысл использовать нашатырный спирт как удобрение и против вредителей

В июне одной из важных забот у огородников становится подкормка растений и борьба с вредителями. Дачные форумы пестрят народными рецептами и советами по выращиванию богатого урожая. Среди них в качестве удобрения и инсектицида часто рекомендуют применять нашатырный спирт. Насколько это оправданно и эффективно? Может ли нашатырный спирт навредить растениям? На вопросы ответил Сергей Сорока, директор Института защиты растений.

Раствор нашатырного спирта дачники-любители советуют использовать для подкормки помидоров, огурцов, лука, чеснока и других культур. Чаще всего к этому средству прибегают, если огородники по каким-либо признакам определяют, что растениям не хватает азота.

Также есть рекомендации по использованию раствора нашатырного спирта в борьбе с тлей, луковой и морковной мухами, медведкой, улитками и другими вредителями.

Бывалые дачники уверяют, что средство это эффективно и безопасно для растений. Так ли это на самом деле?

«В использовании нашатырного спирта нет необходимости»

— Аммиак (нашатырный спирт) часто рекламируют как хорошее азотное удобрение и средство для борьбы с различными вредителями, — подтверждает Сергей Сорока. — Действительно, аммиак является самым концентрированным азотным удобрением и содержит самое большое количество азота по сравнению с другими типами удобрений. Однако было замечено, что он имеет много недостатков. Это его высокая токсичность и высокая испаряемость. Поэтому при неправильной заделке в почву большое количество аммиака может быть потеряно.

С изобретением карбамида от аммиака в сельском хозяйстве отказались полностью, поскольку не надо было цистернами возить аммиачную воду, а использование карбамида намного удобнее — он легко нормируется и рассчитывается, сыпуч, легко вносится и потери азота при этом минимизируются.

Другой вопрос — это цена продукции. В аптеках продается 10% раствор аммиака, в хозяйственных магазинах можно найти 25% раствор аммиака. Однако цена за 1 кг азота в мочевине будет в 14 раз дешевле, в сульфате аммония — в 10 раз, в аммиачной селитре — в 7 раз дешевле азота в аммиаке. Поэтому использовать аммиак в виде удобрения нецелесообразно.

Раньше аммиак широко использовали для борьбы с почвенными вредителями: личинками майского жука, луковой мухой, проволочниками. Но в настоящее время на рынке присутствуют авермектины — «Фитоверм», «Актовит». Этими биологическими препаратами можно обрабатывать овощные, плодовые и ягодные растения. Они хороши для борьбы с тлей и паутинными клещами. Против муравьев в продаже есть контактно-кишечный инсектицид «Муравьед». В целом рынок химических и биологических препаратов позволяет бороться с различными вредителями, и в использовании нашатырного спирта нет необходимости.

Какую опасность представляет собой нашатырный спирт в ПЭТ таре (бутылке) — ООО «СТК»

Речь сегодня пойдет об очень популярном и полезном продукте, таком как Нашатырный спирт.

Нашатырный спирт (или аммиак водный) представляет собой водный раствор гидроксида аммония. Это бесцветная прозрачная жидкость с резким запахом. Применяется как лекарственное средство и для бытовых нужд.

Чаще всего, в быту используют нашатырный спирт с 10% концентрацией.

Издавна нашатырный спирт выпускался только в стеклянной таре, так как производство пластика еще не было освоено. Тара изготовленная из стекла опасна тем, что при падении она может разбиться и все содержимое бутылки разольется. Я думаю, что каждый знаком с запахом нашатырного спирта и представляет последствия такой ситуации. А если это произойдет в торговом зале, то будет полностью парализована работа торговой точки, люди не смогут находиться в помещении, а убрать такой запах очень сложно.

Сейчас, в век технологий, мы привыкли видеть технические жидкости в пластиковой таре. Но не всякий пластик подходит для хранения и транспортировки таких продуктов, как нашатырный спирт.

Многие недобросовестные производители удобрений и бытовой химии в погоне за прибылью используют разные варианты удешевления продукции игнорируя качество и последствия для потребителя. Кто-то преднамеренно занижает концентрацию, а кто-то идет и на более опасные деяния.

Для изготовления тары сейчас используют в основном два вида материалов — это ПЭТ (полиэтилентерефталат) и полиэтилен (PE). Это два абсолютно разных материала с разными физико-химическими и защитными свойствами. Тара, изготовленная из ПЭТ, используется в основном для хранения пищевых продуктов, таких как молоко, питьевая вода. В бутылке из ПЭТ нельзя хранить даже натуральные соки, так как в них содержаться высококонцентрированные кислоты, например лимонная кислота.

Для хранения агрессивных химических продуктов, кислот, щелочей, удобрений используется тара, изготовленная из полиэтилена! Полиэтилен стоек к воздействию широкого ряда химикатов — от питьевой воды до агрессивных отходов.

Но недобросовестных производителей мало интересует, что будет происходить с продукцией, после того, как она покинет место производства и окажется на витрине магазина или у конечного потребителя дома. Их больше волнует удешевление себестоимости, а тара изготовленная из ПЭТ стоит гораздо дешевле полиэтиленовой тары.

Но самое страшное, что ПЭТ под воздействием нашатырного спирта начинает разрушаться и терять защитные свойства. И со временем бутылка из ПЭТ неизбежно протекает, а последствия вы уже представляете. 

_______

Источник информации по свойствам материалов: Швейцер Ф.А. «Коррозия пластмасс и резин»

Аммиак — возобновляемое топливо, получаемое из солнца, воздуха и воды — может обеспечить энергию земного шара без углерода | Наука

Автор Роберт Ф. Сервис 12 июля 2018 г., 14:00

СИДНЕЙ, БРИСБАН И МЕЛЬБУРН, АВСТРАЛИЯ— Древние засушливые ландшафты Австралии — плодородная почва для нового роста, — говорит Дуглас Макфарлейн, химик из Университета Монаш в пригороде Мельбурна: огромные леса ветряных мельниц и солнечных батарей.На страну падает больше солнечного света на квадратный метр, чем на любой другой, а сильные ветры обрушиваются на ее южное и западное побережье. В целом Австралия может похвастаться потенциалом возобновляемых источников энергии в 25 000 гигаватт, что является одним из самых высоких показателей в мире и примерно в четыре раза превышает установленную мощность производства электроэнергии на планете. Тем не менее, при небольшом населении и ограниченном количестве способов хранения или экспорта энергии его возобновляемые источники энергии в значительной степени не используются.

Вот где появляется Макфарлейн. Последние 4 года он работал над топливным элементом, который может преобразовывать возобновляемую электроэнергию в безуглеродное топливо: аммиак.Топливные элементы обычно используют энергию, хранящуюся в химических связях, для производства электричества; MacFarlane’s действует наоборот. В своей лаборатории на третьем этаже он демонстрирует одно из устройств размером с хоккейную шайбу, покрытое нержавеющей сталью. Две пластиковые трубки на его задней стороне подают азот и воду, а шнур питания подает электричество. Через третью трубку в передней части он бесшумно выдыхает газообразный аммиак, и все это без тепла, давления и выбросов углерода, которые обычно необходимы для производства химического вещества.«Это вдыхание азота и выдыхание аммиака», — говорит Макфарлейн, сияя, как гордый отец.

Компании по всему миру уже производят аммиак на сумму 60 миллиардов долларов в год, в основном в качестве удобрений, и штуковина Макфарлейна может позволить им производить аммиак более эффективно и чисто. Но у него есть амбиции сделать гораздо больше, чем просто помочь фермерам. Преобразуя возобновляемую электроэнергию в богатый энергией газ, который можно легко охладить и сжать в жидкое топливо, топливный элемент MacFarlane эффективно сдерживает солнечный свет и ветер, превращая их в товар, который можно отправлять в любую точку мира и преобразовывать обратно в электричество или газообразный водород для питания транспортных средств на топливных элементах.Газ, выходящий из топливного элемента, бесцветен, но для окружающей среды, по словам Макфарлейна, аммиак настолько зеленый, насколько это возможно. «Жидкий аммиак — это жидкая энергия», — говорит он. «Нам нужны устойчивые технологии».

Аммиак — один атом азота, связанный с тремя атомами водорода — может показаться не идеальным топливом: химическое вещество, используемое в бытовых чистящих средствах, имеет неприятный запах и токсично. Но его удельная энергия по объему почти вдвое больше, чем у жидкого водорода — его основного конкурента в качестве экологически чистого альтернативного топлива — и его легче транспортировать и распространять.«Вы можете хранить его, отправлять, сжигать и преобразовывать обратно в водород и азот», — говорит Тим ​​Хьюз, исследователь накопителей энергии из производственного гиганта Siemens в Оксфорде, Великобритания. «Во многих отношениях это идеальный вариант».

Исследователи по всему миру преследуют то же самое видение «аммиачной экономики», и Австралия позиционирует себя, чтобы возглавить ее. «Это только начало», — говорит Алан Финкель, главный ученый Австралии из Канберры. По словам Финкеля, федеральным политикам еще предстоит предложить какое-либо серьезное законодательство в поддержку возобновляемого аммиака, что, возможно, и понятно для страны, долгое время связанной с экспортом угля и природного газа.Но в прошлом году Австралийское агентство по возобновляемым источникам энергии заявило, что создание экспортной экономики для возобновляемых источников энергии является одним из его приоритетов. В этом году агентство объявило о выделении 20 млн австралийских долларов на финансирование экспортных технологий из возобновляемых источников, включая доставку аммиака.

Ветреные побережья Австралии предлагают изобилие энергии, которую она однажды может экспортировать в качестве безуглеродного топлива.

В штатах Австралии политики рассматривают возобновляемый аммиак как потенциальный источник местных рабочих мест и налоговых поступлений, говорит Бретт Купер, председатель Renewable Hydrogen, консалтинговой фирмы по возобновляемым источникам топлива в Сиднее.В Квинсленде официальные лица обсуждают создание экспортного терминала аммиака в портовом городе Гладстон, который уже является центром отгрузки сжиженного природного газа в Азию. В феврале штат Южная Австралия выделил 12 миллионов австралийских долларов в виде грантов и ссуд для проекта по возобновляемым источникам аммиака. А в прошлом году международный консорциум объявил о планах строительства комбинированной ветро-солнечной электростанции стоимостью 10 миллиардов долларов США, известной как Азиатский центр возобновляемой энергии в штате Западная Австралия. Хотя большая часть из 9000 мегаватт электроэнергии проекта будет проходить по подводному кабелю для питания миллионов домов в Индонезии, часть этой энергии может быть использована для производства аммиака для экспорта на большие расстояния.«Аммиак — ключевой фактор для экспорта возобновляемых источников энергии», — говорит Дэвид Харрис, директор по исследованиям технологий с низким уровнем выбросов в Энергетической организации Австралийского Союза научных и промышленных исследований (CSIRO) в Пулленвейле. «Это мост в совершенно новый мир».

Однако сначала проповедники возобновляемого аммиака должны будут заменить один из крупнейших, самых грязных и проверенных временем промышленных процессов в мире: то, что называется Haber-Bosch.

Аммиачный завод, металлический мегаполис труб и резервуаров, находится там, где красные скалы пустыни Пилбара в Западной Австралии встречаются с океаном.Завод, принадлежащий Yara, крупнейшему производителю аммиака в мире, построенный в 2006 году, все еще процветает. Он находится в авангарде технологий и является одним из крупнейших в мире заводов по производству аммиака. Тем не менее, в его основе — стальные реакторы, в которых до сих пор используется вековой рецепт производства аммиака.

До 1909 года азотфиксирующие бактерии производили большую часть аммиака на планете. Но в том же году немецкий ученый Фриц Габер обнаружил реакцию, которая с помощью железных катализаторов может расщепить прочную химическую связь, удерживающую вместе молекулы азота, N ₂ , и соединить атомы с водородом с образованием аммиака.Реакция требует грубой силы — давление до 250 атмосфер в высоких узких стальных реакторах — процесс, впервые внедренный немецким химиком Карлом Бошем. Процесс довольно эффективен; около 60% энергии, затрачиваемой на установку, в конечном итоге хранится в аммиачных связях. Этот процесс, масштабируемый до заводов размером с Yara, может производить огромное количество аммиака. Сегодня предприятие производит и отгружает 850 000 метрических тонн аммиака в год, что более чем вдвое превышает вес Эмпайр-стейт-билдинг.

Большинство используется как удобрение. Растения нуждаются в азоте, который используется для построения белков и ДНК, а аммиак доставляет его в биологически доступной форме. Реакторы Haber-Bosch могут производить аммиак намного быстрее, чем естественные процессы, и в последние десятилетия эта технология позволила фермерам прокормить быстро растущее население мира. Подсчитано, что по крайней мере половина азота в организме человека сегодня поступает из завода по производству синтетического аммиака.

Haber-Bosch привел к «зеленой революции», но процесс совсем не зеленый.Для этого требуется источник газообразного водорода (H ₂ ), который отделяется от природного газа или угля в реакции с использованием сжатого перегретого пара. Остается двуокись углерода (CO ₂ ), на которую приходится около половины выбросов от всего процесса. Второе сырье, N ₂ , легко отделяется от воздуха, который на 78% состоит из азота. Но создание давления, необходимого для смешивания водорода и азота в реакторах, потребляет больше ископаемого топлива, что означает больше CO ₂ .Сумма выбросов складывается: производство аммиака потребляет около 2% мировой энергии и производит 1% его CO ₂ .

Экологичный способ производства аммиака

Обратные топливные элементы могут использовать возобновляемую энергию для производства аммиака из воздуха и воды, что является гораздо более экологически безопасным методом, чем промышленный процесс Хабера-Боша. Возобновляемый аммиак может служить удобрением — традиционная роль аммиака — или энергоемким топливом.

V. ALTOUNIAN / НАУКА

Yara делает первый шаг к озеленению этого процесса с помощью пилотного завода, который должен открыться в 2019 году и который будет располагаться рядом с существующим заводом Pilbara.Вместо того, чтобы полагаться на природный газ для производства H ₂ , новая надстройка будет подавать энергию от солнечной батареи мощностью 2,5 мегаватта в блок электролизеров, которые разделяют воду на H ₂ и O ₂ . Завод по-прежнему будет полагаться на реакцию Габера-Боша для объединения водорода с азотом для получения аммиака. Но источник водорода на солнечной энергии сокращает общие выбросы CO ₂ от процесса примерно вдвое.

Другие проекты следуют этому примеру. В феврале штат Южная Австралия объявил о планах строительства завода по производству аммиака стоимостью 180 млн австралийских долларов, снова полагаясь на электролизеры, работающие на возобновляемых источниках энергии.Завод, открытие которого запланировано на 2020 год, станет региональным источником удобрений и жидкого аммиака, которые можно сжигать в турбине или пропускать через топливный элемент для производства электроэнергии. Поставка жидкой энергии поможет стабилизировать энергосистему в Южной Австралии, которая в 2016 году пострадала от изнурительного отключения электроэнергии.

Полученный таким образом аммиак должен привлечь покупателей в таких странах, как Европейский Союз и Калифорния, которые создали стимулы для покупки более экологичного топлива. По словам Харриса, по мере роста рынка будут увеличиваться и маршруты распределения для импорта аммиака и технологии его использования.К тому времени топливные элементы, подобные топливным элементам MacFarlane, могут быть готовы заменить саму Haber-Bosch — и полузеленый подход к производству аммиака может стать полностью экологичным.

Вместо того, чтобы применять ужасающую температуру и давление, обратные топливные элементы производят аммиак, ловко перебирая ионы и электроны. Как и в заряжаемой батарее, заряженные ионы проходят между двумя электродами, на которые подается электричество. Анод, покрытый катализатором, расщепляет молекулы воды на O ₂ , ионы водорода и электроны.Протоны проходят через электролит и проницаемую для протонов мембрану к катоду, в то время как электроны проходят через провод. На катоде катализаторы расщепляют молекулы N ₂ и побуждают ионы и электроны водорода реагировать с азотом и производить аммиак.

В настоящее время урожайность невысока. При комнатной температуре и давлении реакции топливных элементов обычно имеют эффективность от 1% до 15%, а производительность незначительна. Но Макфарлейн нашел способ повысить эффективность за счет замены электролита.В электролите на водной основе, который используют многие группы, молекулы воды иногда реагируют с электронами на катоде, крадя электроны, которые в противном случае пошли бы на образование аммиака. «Мы постоянно боремся с переходом электронов в водород», — говорит Макфарлейн.

Компонент обратного топливного элемента использует возобновляемую энергию для соединения воды и азота для производства аммиака.

Чтобы минимизировать эту конкуренцию, он выбрал так называемый ионный жидкий электролит.Такой подход позволяет большему количеству N ₂ и меньшему количеству воды находиться рядом с катализаторами на катоде, увеличивая производство аммиака. В результате эффективность топливных элементов резко возросла с 15% до 60%, сообщил он и его коллеги в прошлом году в отчете Energy & Environmental Science . С тех пор результат улучшился до 70%, говорит Макфарлейн, но с компромиссом. Ионная жидкость в его топливном элементе вязкая, в 10 раз более вязкая, чем вода. Протоны должны продвигаться к катоду, замедляя темпы производства аммиака.«Это причиняет нам боль», — говорит Макфарлейн.

Чтобы ускорить процесс, Макфарлейн и его коллеги играют со своими ионными жидкостями. В исследовании, опубликованном в апреле в ACS Energy Letters , они сообщают о разработке одного, богатого фтором, который помогает протонам легче проходить и ускоряет производство аммиака в 10 раз. его клетки могут соответствовать целям, установленным для данной области Министерством энергетики США (DOE), которые бросят вызов Хаберу-Бошу.

Рядом с университетом Монаша Сарб Гидди и его коллеги из офиса CSIRO Energy в Клейтоне производят аммиак с помощью своего «мембранного реактора». Он основан на высоких температурах и умеренном давлении — намного меньшем, чем в реакторе Габера-Боша, — что, по сравнению с ячейкой Макфарлейна, увеличивает пропускную способность, жертвуя при этом эффективностью. Конструкция реактора предусматривает использование пары концентрических длинных металлических трубок, нагретых до 450 ° C. В узкий зазор между трубками течет H ₂ , который может быть изготовлен с помощью электролизера, работающего на солнечной или ветровой энергии.Катализаторы, выстилающие зазор, расщепляют молекулы H ₂ на отдельные атомы водорода, которые затем под небольшим давлением проталкиваются через атомную решетку стенки внутренней трубки к ее полой сердцевине, где ожидают поступающие по трубопроводу молекулы N ₂ . Каталитически активный металл, такой как палладий, выстилает внутреннюю поверхность, расщепляя N ₂ и уговаривая водород и азот объединиться в аммиак — намного быстрее, чем в ячейке Макфарлейна. Пока только небольшая часть входящего H ₂ вступает в реакцию за каждый проход — это еще один удар по эффективности реактора.

Другие подходы находятся в разработке. В Колорадской горной школе в Голдене исследователи под руководством Райана О’Хейра разрабатывают обратные топливные элементы размером с кнопку. Изготовленный из керамики, чтобы выдерживать высокие рабочие температуры, элемент может синтезировать аммиак с рекордной скоростью — примерно в 500 раз быстрее, чем топливный элемент MacFarlane. Подобно мембранным реакторам Гидди, керамические топливные элементы приносят в жертву некоторую эффективность ради производительности. Даже в этом случае, говорит О’Хейр, им все равно необходимо повысить производительность еще в 70 раз, чтобы достичь целей Министерства энергетики.«У нас много идей, — говорит О’Хейр.

Пока неизвестно, окажется ли какой-либо из этих подходов одновременно эффективным и быстрым. «Сообщество все еще пытается выяснить, в каком направлении двигаться», — говорит Лорен Гринли, инженер-химик из Университета Арканзаса в Фейетвилле. С этим согласен Григорий Соловейчик, менеджер в Вашингтоне, округ Колумбия, программы Министерства энергетики США по перспективным исследовательским проектам по производству возобновляемых видов топлива. «Сделать [зеленый] аммиак несложно», — говорит он.«Сделать это экономично в больших масштабах сложно».

Похоже, интереса достаточно, чтобы начать эту отрасль.

Дэвид Харрис, CSIRO Energy

Какой бы отдаленной ни была перспектива следующих в Азию танкеров с зеленым австралийским аммиаком, возникает следующий вопрос. «Как только вы доставите аммиак на рынок, как вы получите из него энергию?» — спрашивает Майкл Долан, химик из CSIRO Energy в Брисбене.

По словам Долана, самый простой вариант — использовать зеленый аммиак в качестве удобрения, как современный аммиак, но без штрафа за углерод.Кроме того, аммиак можно преобразовать в электричество на электростанции, приспособленной для сжигания аммиака, или в традиционном топливном элементе, как планирует это сделать завод в Южной Австралии. Но в настоящее время самая высокая ценность аммиака — это богатый источник водорода, используемый в транспортных средствах на топливных элементах. В то время как аммиачные удобрения продаются по цене около 750 долларов за тонну, водород для автомобилей на топливных элементах может быть более чем в 10 раз дороже.

В Соединенных Штатах автомобили на топливных элементах кажутся почти мертвыми, побежденными автомобилями с батарейным питанием.Но Япония по-прежнему активно поддерживает топливные элементы. Страна потратила более 12 миллиардов долларов на водородные технологии в рамках своей стратегии по сокращению импорта ископаемого топлива и выполнения своего обязательства по сокращению выбросов CO ₂ в соответствии с Парижским соглашением по климату. Сегодня в стране всего около 2500 автомобилей на топливных элементах. Но к 2030 году японские официальные лица ожидают 800 000 человек. И страна рассматривает аммиак как способ заправить их.

Преобразование водорода в аммиак только для его обратного преобразования может показаться странным.Но водород трудно транспортировать: его нужно сжижать, охлаждая до температуры ниже -253 ° C, используя треть его энергетической ценности. Аммиак, напротив, разжижается при -10 ° C под небольшим давлением. По словам Долана, затраты энергии на преобразование водорода в аммиак и обратно примерно такие же, как и при охлаждении водорода, а поскольку для обработки и транспортировки аммиака уже существует гораздо большая инфраструктура, аммиак — более безопасный вариант.

Последний шаг — удаление водорода из молекул аммиака — это то, над чем работают Долан и его коллеги.На огромном металлическом складе в кампусе CSIRO, который долгое время использовался для изучения горения угля, двое коллег Долана собирают реактор высотой 2 метра, который затмевает находящийся поблизости угольный реактор. При включении реактор «расщепляет» аммиак на две составляющие: H ₂ для продажи и N ₂ для возврата в воздух.

Обзор соответствующего исследования

Этот реактор по сути является увеличенной версией мембранного реактора Гидди, работающего в обратном направлении.Только здесь газообразный аммиак подается в пространство между двумя концентрическими металлическими трубками. Тепло, давление и металлические катализаторы расщепляют молекулы аммиака и толкают атомы водорода к полой сердцевине трубки, где они объединяются, образуя H ₂ , который отсасывается и хранится.

В конечном итоге, говорит Долан, реактор будет производить 15 килограммов водорода с чистотой 99,9999% в день, чего достаточно для питания нескольких автомобилей на топливных элементах. В следующем месяце он планирует продемонстрировать реактор автопроизводителям, используя его для заправки баков Toyota Mirai и Hyundai Nexo, двух автомобилей на топливных элементах.Он говорит, что его команда на поздней стадии обсуждает с компанией возможность построить коммерческую пилотную установку на основе этой технологии. «Это очень важная часть головоломки, — говорит Купер.

Согласно плану развития возобновляемых источников энергии, недавно опубликованному Министерством экономики, торговли и промышленности Японии, после 2030 года Япония, вероятно, будет импортировать водород на сумму от 10 до 20 миллиардов долларов в год. Япония, Сингапур и Южная Корея начали переговоры с австралийскими официальными лицами о создании портов для импорта водорода или аммиака, произведенного из возобновляемых источников.«Я не знаю, как все это сочетается с экономической точки зрения», — говорит Харрис. «Но похоже, что есть достаточно интереса, чтобы начать эту отрасль».

Купер знает, чем он хочет закончить. За кофе дождливым утром в Сиднее он описывает свое футуристическое видение возобновляемого аммиака. Когда он прищуривается, то видит, что лет через 30, побережье Австралии усеяно супертанкерами, пришвартованными к морским буровым установкам. Но они не стали бы заправляться маслом. Линии электропередач на морском дне будут передавать возобновляемую электроэнергию на установки от ветряных и солнечных ферм на берегу.На борту одно устройство будет использовать электричество для опреснения морской воды и подачи пресной воды в электролизеры для производства водорода. Другое устройство будет фильтровать азот с неба. Обратные топливные элементы соединят их вместе в аммиак для загрузки на танкеры — изобилие энергии солнца, воздуха и моря.

Это мечта, которой ядерный синтез так и не осуществился, говорит он: неиссякаемая безуглеродная энергия, только на этот раз за счет аммиака. «Он никогда не закончится, и в системе нет углерода.«

аммиака | Определение и использование

Аммиак (NH ₃ ) , бесцветный едкий газ, состоящий из азота и водорода. Это простейшее стабильное соединение из этих элементов и служит исходным материалом для производства многих коммерчески важных соединений азота.