Геологический аммиак без выбросов CO2: недра Земли как производственная фабрика

Исследователи предложили новый подход к производству аммиака, используя земное тепло и естественные геофизические процессы вместо энергоёмких установок. Исследование иллюстрирует возможности синтеза аммиака посредством взаимодействия азотосодержащей воды с железистыми породами, исключая энергозатраты и выбросы CO2.

Эта идея появилась после удивительного геологического открытия, сделанного в 1980-х годах в Мали (Западная Африка). Местные жители обнаружили колодец, из которого выходил водород, что учёные объяснили реакцией воды с земными породами.

«Это было как озарение: мы можем использовать планету как фабрику, применяя её природное тепло и давление для более экологичного получения важных химических соединений, таких как аммиак», – подчёркивает ведущий автор исследования Ивнетим Абате из Массачусетского технологического института (MIT).

Аммиак является ключевым компонентом удобрений и обладает потенциалом стать экологически чистым топливом будущего. Тем не менее, на его современное промышленное производство уходит около 2% мировой энергии, при этом выделяется около 2,4 тонн CO2 на каждую произведённую тонну аммиака.

Чтобы протестировать концепцию «земной фабрики», группа Абате разработала установку для реакции пород и воды, аналогичную условиям внутри Земли. Они подвергали созданные в лаборатории железосодержащие минералы воздействию азотосодержащей воды, что приводило к их окислению и образованию так называемого «геологического аммиака». Процесс не требовал энергетических затрат и не сопровождался выбросами CO2, работая даже при условиях, аналогичных атмосферным.

В дальнейшем исследователи заменили синтетические минералы на природный оливин, чтобы более точно моделировать реальные условия, добавив медный катализатор и повысив температуру до 300°C. В результате, за 21 час было получено около 1,8 кг аммиака на тонну использованного оливина, что подтвердило жизнеспособность и устойчивость метода.

«Эти породы встречаются по всему миру, поэтому метод имеет потенциал для глобального применения», – утверждает Абате. Тем не менее, остаётся много сложных вопросов, которые предстоит решить.

Для практической реализации понадобится глубокое бурение в железосодержащие слои Земли, закачка азотосодержащей воды и решение вопросов, связанных с физическими и химическими изменениями пород в этих условиях. Абате стремится расширить проект, включая пилотные испытания, которые планируется провести в 2026 году через совместно основанную им компанию Addis Energy.

Стоимость производства геологического аммиака составляет около $0,55 за килограмм, что сопоставимо с традиционными методами, стоимость которых варьируется от $0,40 до $0,80. Кроме того, данное исследование может предложить новые подходы к решению проблемы загрязнения сточных вод.

«Азотистые соединения в сточных водах считаются загрязнителями, а их удаление требует значительных ресурсов. Однако мы можем использовать сточные воды для получения аммиака, что является выигрышной стратегией», – отмечает соавтор исследования Ифань Гао из MIT. Комбинирование очистки сточных вод с производством аммиака может дополнительно приносить выгоду в размере $3,82 на каждый килограмм аммиака.

Источник: iXBT