Met samariumdijodide kun je protonen losweken uit water, zodat een andere katalysator ze kan verwerken in ammoniak. Het is nog geen serieus alternatief voor het Haber-Boschproces maar het zou het ooit wel kunnen worden, suggereert een Nature-publicatie van Yoshiaki Nishibayashi en collega’s van de University of Tokyo.

In een begeleidend commentaar leggen Princeton-onderzoekers Máté Bezdek and Paul Chirik uit dat de Haber-Boschreactie, al meer dan honderd jaar verantwoordelijk voor zowat de hele industriële ammoniakproductie, thermodynamisch gezien eigenlijk nauwelijks valt te verbeteren. Het proces vraagt onaangenaam hoge temperaturen en drukken maar de energieverliezen zitten daarbij niet in de reactie zelf, maar in de constructie- en bedrijfskosten van hogedrukreactoren. En vooral ook in de noodzaak om waterstofgas te maken uit - meestal - water, want dát kost wel heel veel energie.

Natuurlijke nitrogenase-enzymen worden vaak aangedragen als alternatief omdat ze wél bij omgevingstemperatuur en -druk werken. Maar de manier waarop zij hun H⁺ niet uit water maar uit organische verbindingen halen, is volgens Bezdek en Chirik thermodynamisch heel wat minder efficiënt - vermoedelijk komt die aap uit de mouw zodra je zulke processen, die nog nooit het lab zijn ontgroeid, serieus probeert op te schalen.

Vandaar dat Nishibayashi het op een heel andere manier probeert. Ruim twee jaar geleden kwam hij al met een molybdeenjodidecomplex dat stikstof uit de atmosfeer (N₂) in principe kan splitsen. Maar om er vervolgens ammoniak van te maken heb je ook een H⁺-bron nodig. En wat hij indertijd als zodanig opvoerde, werkte wel maar was veel te exotisch om serieus te nemen voor een grootschalig proces.

De huidige publicatie lijkt wat dat betreft iets realistischer. Van samariumjodide (SmI₂) is al langer bekend dat het zichzelf kan omringen met water of iets grotere alcoholen, zoals etheenglycol. De O-H bindingen in die moleculen blijken daardoor dusdanig te worden afgezwakt dat H⁺ kan overgaan op een aan een molybdeencomplex gekoppeld stikstofatoom. En voilà, NH₃ oftewel ammoniak.

Voorlopig werkt het nog lang niet goed genoeg om aan industriële toepassingen te denken. Samarium is daar trouwens sowieso te duur voor. Maar het onderliggende idee lijkt nteressant genoeg voor nader onderzoek.

bron: Nature