Прихована фаза міді: ключ до «зеленого» аміаку

Наприкінці листопада 2025 року світ хімії пережив справжній землетрус. Вчені з Токійського столичного університету, очолювані професором Фуміакі Амано, здійснили монументальний прорив у виробництві аміаку. Вони запропонували метод, який має потенціал докорінно змінити столітню парадигму хімічної індустрії.

Дослідники зосередилися на детальному вивченні електрохімічного відновлення нітратів, використовуючи каталізатори на основі оксиду міді (Cu₂O). Вони виявили, що секрет високої ефективності криється у феномені, який вони назвали «прихованим мідним перемикачем». Суть його полягає у фазовому переході Cu₂O у металеву мідь (Cu⁰) безпосередньо під час реакційного процесу.

Цей несподіваний перехід активує життєво важливий етап: приєднання водню до іонів нітриту, що безпосередньо призводить до утворення аміаку. Що надзвичайно важливо, весь цей синтез відбувається за умов кімнатної температури та атмосферного тиску. Це кардинально відрізняється від процесу Габера-Боша, який вимагає екстремальних температур і тиску, і на який наразі припадає 1,4% світових викидів вуглекислого газу.

Значення цієї розробки для екології та енергетики важко переоцінити. Традиційний спосіб отримання аміаку, який забезпечує майже 40% світового продовольчого забезпечення, критично залежить від викопного палива та колосальних енерговитрат. Нова методика дає змогу виробляти аміак «на вимогу», використовуючи відновлювані джерела енергії. Це відкриває двері для створення децентралізованих виробничих потужностей та гнучкого управління навантаженням в енергосистемах.

Більше того, експериментальні дані підтвердили можливість контролювати активність каталізатора за допомогою електричної напруги. Застосування позитивного електричного потенціалу зупиняє синтез, тоді як застосування негативного потенціалу значно його прискорює. Це дає безпрецедентний рівень оперативного контролю над хімічним процесом.

Повні результати цього новаторського дослідження були опубліковані у престижному науковому виданні «ChemSusChem». Незважаючи на фундаментальний успіх, який вже вразив наукову спільноту, перед дослідниками стоять серйозні виклики. Необхідно вирішити питання промислового масштабування технології, підвищити довговічність каталізатора та оптимізувати конструкцію електрохімічних комірок для стабільної роботи.

У найближчій перспективі очікується запуск пілотних проєктів. Вони мають на меті ретельно перевірити надійність нової системи в умовах реальної експлуатації. Ця інновація прокладає нові шляхи для декарбонізації промисловості та яскраво демонструє, як сучасна наука здатна радикально трансформувати усталені виробничі процеси, роблячи їх екологічно чистими та високопродуктивними.