Japanse onderzoekers zeggen een katalysator voor ammoniaksynthese in handen te hebben die zó efficiënt werkt dat het splitsen van stikstof niet meer de snelheidsbepalende stap is. Kinetiekstudies bewijzen het, schrijven ze in Nature Communications.

Als actieve drager voor hun katalysator gebruiken ze een electride, dat is een zout waarin losse elektronen optreden als anion. Gewoonlijk zijn zulke zouten alleen bij lage temperaturen stabiel, maar een paar jaar geleden ontdekten de Japanners er eentje die ook bij veel hogere temperaturen kan bestaan. Het is een mengsel van calcium- en aluminiumoxide met de formule [Ca₂₄Al₂₈O₆₈]⁴⁺(e^-)₄, waarbij de elektronen als het ware opgesloten zitten in kooitjes binnen het positief geladen kristalrooster.

Dat electride gebruiken ze weer als drager voor ruthenium. Dat metaal katalyseert sowieso de vorming van NH₃ uit H₂ en N₂, maar doet dat veel efficiënter wanneer het een paar elektronen van het electride kan lenen. Die elektronen worden dan weer in de p-orbitalen van het N₂ gepompt teneinde de driedubbele binding tin dat molecuul te destabiliseren.

Zo ver waren Masaaki Kitano en collega’s dus al, maar ze hebben er nu nog eens verder aan geëxperimenteerd en gerekend. Conclusie: het werkt nog beter dan ze dachten. Sinds Haber en Bosch was het splitsen van N₂ altijd de moeilijkste en dus snelheidsbepalende stap, die alleen wilde lukken bij sterk verhoogde drukken en temperaturen. Maar bij déze katalysator gaat onder vergelijkbare condities die splitsing warempel sneller dan de additie van waterstof aan de losse stikstofkernen. Hoe die additie precies verloopt is overigens nog niet helemaal duidelijk; volgens de Japanners zijn er minstens twee mogelijkheden.

Over de vraag of het nieuwe proces zich ook leent voor grootschalige ammoniakproductie, en dan liefst onder wat minder energievretende condities, wordt in de publicatie overigens geen enkele uitspraak gedaan. Mogelijk zal dat uiteindelijk afhangen van de vraag of de energiebesparing opweegt tegen de prijs van ruthenium.

bron: Nature Communications