Учёные предложили инновационный способ производства аммиака, используя естественное тепло и силы Земли вместо энергоёмких реакторов. Исследование демонстрирует возможность получения аммиака путём смешивания воды, насыщенной азотом, с железосодержащими породами без затрат энергии и выбросов CO2.

Идея возникла после необычного геологического явления, обнаруженного в 1980-х годах в Мали (Западная Африка). Местные жители нашли колодец, из которого выделялся водород, что учёные позже объяснили химической реакцией воды и пород под поверхностью Земли.

«Это был момент озарения. Мы можем использовать Землю как фабрику, используя её тепло и давление для производства ценных химических веществ, таких как аммиак, более экологичным способом», – говорит старший автор исследования Ивнетим Абате из Массачусетского технологического института (MIT).

Иллюстрация: Yifan Gao and Iwnetim Abate

Аммиак – ключевой компонент удобрений и потенциальное чистое топливо будущего. Однако современное промышленное производство аммиака энергоёмко, потребляя около 2% мировой энергии и выбрасывая примерно 2,4 тонны CO2 на каждую тонну произведённого аммиака.

Для проверки идеи «земной фабрики» команда Абате создала систему реакции породы и воды, имитирующую подземную среду Земли. Они подвергли синтетические железосодержащие минералы воздействию воды, насыщенной азотом, что вызвало химическую реакцию, окислившую породу и давшую аммиак, названный «геологическим аммиаком». Процесс не требовал энергозатрат, не выделял CO2 и даже работал при обычных условиях.

Затем команда заменила синтетический минерал на оливин, – природную железосодержащую породу, для лучшего моделирования реальных условий. Они оптимизировали процесс, добавив медный катализатор и повысив температуру до 300°C. За 21 час было произведено около 1,8 кг аммиака на тонну оливина, что продемонстрировало осуществимость и устойчивость метода.

«Эти породы распространены по всему миру, поэтому метод может быть широко адаптирован в глобальном масштабе», – отмечает Абате. Однако «предстоит решить ещё много сложных задач».

Реализация потребует бурения в железосодержащие породы глубоко под землёй, закачки воды, насыщенной азотом, и решения сложностей, связанных с тем, как породы трескаются, расширяются и взаимодействуют с газами и жидкостями. Абате работает над масштабированием проекта, включая пилотные испытания к 2026 году, через компанию Addis Energy, соучредителем которой он является.

Производство геологического аммиака стоит около $0,55 за килограмм, что сопоставимо с традиционными методами, цена которых составляет $0,40–$0,80. Исследование также может открыть новые способы решения проблемы загрязнения сточных вод.

«Источники азота считаются загрязнителями в сточных водах, и их удаление требует денег и энергии. Но мы можем использовать сточные воды для производства аммиака. Это беспроигрышная стратегия», – говорит соавтор исследования Ифань Гао из MIT. Интеграция очистки сточных вод с производством аммиака может принести дополнительную прибыль в размере $3,82 на килограмм аммиака.