ปฏิกรณ์แผ่นบางชนิดอิเล็กโทรไลต์ของแข็งสําหรับการสังเคราะห์แอมโมเนีย

บทคัดย่อ

การสังเคราะห์แอมโมเนียในอุตสาหกรรมจากธาตุไฮโดรเจนและไนโตรเจนด้วยกระบวนการ HaberBosch ได้เกิดขึ้นมานานกว่า 100 ปี โดยกระบวนการนี้เกิดขึ้นภายใต้สภาวะความดันสูงและต้องการตัวเร่งปฏิกิริยาที่เฉพาะเจาะจง ประสิทธิภาพสูงสุดของกระบวนการนี้อยู่ที่ประมาณ 10-20 เปอร์เซนต์เนื่องจากขีดจำกัด ทางอุณหพลศาสตร์ในขณะเดียวกันกระบวนการนี้ปล่อยแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ในปริมาณมากจากการใช้แก๊สธรรมชาติเป็นแหล่งของไฮโดรเจน เพื่อแก้ไขปัญหาเหล่านี้จึงได้มีการเสนอกระบวนการสังเคราะห์แอมโมเนียแบบอื่นๆ กระบวนการสังเคราะห์แบบเคมีไฟฟ้าเป็นหนึ่งในกระบวนการที่มีความเป็นไปได้สูง เซลล์เคมีไฟฟ้าสังเคราะห์แอมโมเนียได้ ณ ความดันบรรยากาศและปราศจากขีดจํากัดทางอุณหพลศาสตร์เมื่อเปรียบเทียบกับอิเล็กโทรไลต์ชนิดอื่น ๆ พบว่าอิเล็กโทรไลต์ชนิดของแข็งให้เซลล์ที่สามารถปรับเปลี่ยนขนาดได้และให้ส่วนประกอบที่มีความคงทน ในบรรดาอิเล็กโทรไลต์ชนิดของแข็งพบว่าอิเล็กโทรไลต์ตัวนําโปรตอนชนิดของแข็งออกไซด์และพอลิเมอร์ให้ค่าอัตราการเกิดแอมโมเนียสูงที่สุด อีกทั้งอิเล็กโทรไลต์ชนิดตัวนําโปรตอนนี้ยังแสดงความเป็นไปได้ในการผลิตแอมโมเนียจากน้ำแทนแก๊สไฮโดรเจน ดังนั้นการปล่อยแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์และค่าใช้จ่ายโดยรวมจะลดลงอย่างมาก ตัวเร่งปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าเป็นส่วนประกอบที่มีความสําคัญโดยเฉพาะตัวเร่งปฏิกิริยาสําหรับปฏิกิริยาการเกิดแอมโมเนีย ขั้นตอนที่คาดว่าเป็นขั้นกําหนดอัตราคือปฏิกิริยาการสลายพันธะในโมเลกุลไนโตรเจนบนพื้นผิวของตัวเร่งปฏิกิริยาซึ่งเกิดขึ้นได้ช้า อนึ่ง ปัจจัยอื่นที่มีผลต่อประสิทธิภาพของปฏิกรณ์รวมทั้งสภาวะที่เหมาะสมและคุณสมบัติที่ต้องการของแต่ละองค์ประกอบ ได้อภิปรายในบทความนี้ด้วย